Bolehkah magnet samarium kobalt digunakan selama lebih daripada sepuluh tahun——kestabilan jangka panjang samarium kobalt pada suhu tinggi

Kestabilan jangka panjang magnet adalah kebimbangan setiap pengguna. Kestabilan magnet samarium kobalt (SmCo) adalah lebih penting untuk persekitaran aplikasi yang keras. Pada tahun 2000, Chen^[1]dan Liu^[2]et al., mengkaji komposisi dan struktur SmCo suhu tinggi, dan membangunkan magnet samarium-kobalt tahan suhu tinggi. Suhu operasi maksimum (T_maks) magnet SmCo telah dinaikkan daripada 350°C kepada 550°C. Selepas itu, Chen et al. meningkatkan rintangan pengoksidaan SmCo dengan mendepositkan nikel, aluminium dan salutan lain pada magnet SmCo.

Pada 2014, Dr. Mao Shoudong, pengasas "MagnetPower", secara sistematik mengkaji kestabilan SmCo pada suhu tinggi, dan hasilnya diterbitkan dalam JAP^[3]. Keputusan umum adalah seperti berikut:

1. BilaSmCoberada dalam keadaan suhu tinggi (500°C, udara), ia mudah untuk membentuk lapisan degradasi pada permukaan. Lapisan degradasi terutamanya terdiri daripada skala luaran (Samarium habis) dan lapisan dalaman (banyak oksida). Struktur asas magnet SmCo telah musnah sepenuhnya dalam lapisan degradasi. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1 dan Rajah 2.

Rajah.1. Mikrograf optik Sm₂Co₁₇magnet isoterma dirawat di udara pada 500 °C untuk masa yang berbeza. Lapisan degradasi di bawah permukaan yang (a) selari dan (b) berserenjang dengan paksi-c.

Rajah.2. Imbasan garisan mikrograf BSE dan elemen EDS merentasi Sm₂Co₁₇magnet isoterma dirawat di udara pada 500 °C selama 192 jam.

2. Pembentukan utama lapisan degradasi memberi kesan ketara kepada sifat magnetik SmCo, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Lapisan degradasi terutamanya terdiri daripada larutan pepejal Co(Fe), CoFe2O4, Sm2O3, dan ZrOx dalam lapisan dalaman dan Fe3O4, CoFe2O4, dan CuO dalam skala luaran. Co(Fe), CoFe2O4, dan Fe3O4 bertindak sebagai fasa magnet lembut berbanding fasa magnet keras magnet Sm2Co17 pusat yang tidak terjejas. Tingkah laku degradasi harus dikawal.

Rajah 3. Lengkung kemagnetan Sm₂Co₁₇magnet isoterma dirawat di udara pada 500 °C untuk masa yang berbeza. Suhu ujian bagi lengkung kemagnetan ialah 298 K. Medan luar H selari dengan penjajaran paksi c bagi Sm₂Co₁₇magnet.

3. Jika salutan dengan rintangan pengoksidaan yang tinggi didepositkan pada SmCo untuk menggantikan salutan penyaduran elektro asal, proses degradasi SmCo boleh dihalang dengan lebih ketara dan kestabilan SmCo boleh dipertingkatkan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. PenggunaanATAU salutandengan ketara menghalang pertambahan berat SmCo dan kehilangan sifat magnetik.

Rajah 4 struktur rintangan pengoksidaan ATAU salutan pada Sm₂Co₁₇magnet.

“Kuasa Magnet” sejak itu telah menjalankan eksperimen kestabilan jangka panjang (~4000jam) pada suhu tinggi, yang boleh memberikan rujukan kestabilan magnet SmCo untuk kegunaan masa hadapan pada suhu tinggi.

Pada tahun 2021, berdasarkan keperluan suhu operasi maksimum, "Kuasa Magnet" telah membangunkan satu siri gred daripada 350°C hingga 550°C （Siri T）. Gred ini boleh memberikan pilihan yang mencukupi untuk aplikasi SmCo suhu tinggi, dan sifat magnetik adalah lebih berfaedah. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5. Sila rujuk halaman web untuk butiran:https://www.magnetpower-tech.com/t-series-sm2co17-smco-magnet-supplier-product/

Rajah.5 Magnet SmCo suhu tinggi (siri T) "Kuasa Magnet"

KESIMPULAN

1. Sebagai magnet kekal nadir bumi yang sangat stabil, SmCo boleh digunakan pada suhu tinggi (≥350°C) untuk jangka masa yang singkat. Suhu tinggi SmCo (siri T) boleh digunakan pada 550°C tanpa penyahmagnetan tak boleh balik.

2. Walau bagaimanapun, jika magnet SmCo digunakan pada suhu tinggi (≥350°C) untuk masa yang lama, permukaan terdedah untuk menghasilkan lapisan degradasi. Penggunaan salutan anti-pengoksidaan boleh memastikan kestabilan SmCo pada suhu tinggi.

Rujukan

[1] CHhen, IEEE Transactions on Magnetics, 36, 3291-3293, (2000);

[2] JF Liu, Jurnal Fizik Gunaan, 85, 2800-2804, (1999);

[3] Shoudong Mao, Jurnal Fizik Gunaan, 115, 043912,1-6 (2014)