Czy magnesy samarowo-kobaltowe można stosować przez ponad dziesięć lat — długoterminowa stabilność kobaltu samarowego w wysokiej temperaturze

Długoterminowa stabilność magnesów jest przedmiotem troski każdego użytkownika. Stabilność magnesów samarowo-kobaltowych (SmCo) jest ważniejsza ze względu na ich trudne warunki stosowania. W 2000 roku Chen^[1]i Liu^[2]i wsp. badali skład i strukturę wysokotemperaturowego SmCo i opracowali odporne na wysokie temperatury magnesy samarowo-kobaltowe. Maksymalna temperatura pracy (T_maks) magnesów SmCo zwiększono z 350°C do 550°C. Następnie Chen i in. poprawił odporność SmCo na utlenianie poprzez osadzenie niklu, aluminium i innych powłok na magnesach SmCo.

W 2014 roku dr Mao Shoudong, założyciel „MagnetPower”, systematycznie badał stabilność SmCo w wysokich temperaturach, a wyniki opublikowano w JAP^[3]. Ogólne wyniki przedstawiają się następująco:

1. KiedySmCoznajduje się w stanie wysokiej temperatury (500°C, powietrze), łatwo tworzy się na powierzchni warstwa degradacyjna. Warstwa degradacyjna składa się głównie z kamienia zewnętrznego (wyczerpanie samaru) i warstwy wewnętrznej (duża ilość tlenków). Podstawowa struktura magnesów SmCo została całkowicie zniszczona w warstwie degradacyjnej. Jak pokazano na rysunku 1 i rysunku 2.

Ryc.1. Mikrografie optyczne Sm₂Co₁₇magnesy poddane obróbce izotermicznej w powietrzu w temperaturze 500 °C przez różny czas. Warstwy degradacyjne pod powierzchniami, które są (a) równoległe i (b) prostopadłe do osi c.

Ryc.2. Mikrografia BSE i skan linii elementów EDS w poprzek Sm₂Co₁₇magnesy poddane obróbce izotermicznej w powietrzu w temperaturze 500°C przez 192 godziny.

2. Główne powstawanie warstwy degradacyjnej znacząco wpływa na właściwości magnetyczne SmCo, jak pokazano na rysunku 3. Warstwy degradacyjne składały się głównie ze stałego roztworu Co(Fe), CoFe2O4, Sm2O3 i ZrOx w warstwach wewnętrznych oraz Fe3O4, CoFe2O4 i CuO w skalach zewnętrznych. Co(Fe), CoFe2O4 i Fe3O4 działały jak miękkie fazy magnetyczne w porównaniu z twardą fazą magnetyczną centralnych nienaruszonych magnesów Sm2Co17. Należy kontrolować zachowanie degradacji.

Rys. 3. Krzywe namagnesowania Sm₂Co₁₇magnesy poddane obróbce izotermicznej w powietrzu w temperaturze 500 °C przez różny czas. Temperatura testowa krzywych namagnesowania wynosi 298 K. Pole zewnętrzne H jest równoległe do osi c Sm₂Co₁₇magnesy.

3. Jeśli na SmCo zostaną osadzone powłoki o wysokiej odporności na utlenianie w celu zastąpienia oryginalnych powłok galwanicznych, proces degradacji SmCo można znacznie zahamować i poprawić stabilność SmCo, jak pokazano na rysunku 4. ZastosowanieLUB powłokaznacząco hamują wzrost masy SmCo i utratę właściwości magnetycznych.

Ryc.4 struktura powłoki odpornej na utlenianie OR na Sm₂Co₁₇magnes.

Od tego czasu „MagnetPower” przeprowadził eksperymenty dotyczące długoterminowej stabilności (~4000 godzin) w wysokiej temperaturze, co może stanowić punkt odniesienia dla stabilności magnesów SmCo do przyszłego zastosowania w wysokich temperaturach.

W 2021 roku, w oparciu o wymagania dotyczące maksymalnej temperatury roboczej, „MagnetPower” opracował serię gatunków od 350°C do 550°C （Seria T） Gatunki te mogą zapewnić wystarczający wybór w zastosowaniach SmCo w wysokiej temperaturze, a właściwości magnetyczne są korzystniejsze. Jak pokazano na rysunku 5. Szczegółowe informacje można znaleźć na stronie internetowej:https://www.magnetpower-tech.com/t-series-sm2co17-smco-magnet-supplier-product/

Rys.5 Wysokotemperaturowe magnesy SmCo (seria T) „MagnetPower”

WNIOSKI

1. Jako bardzo stabilne magnesy trwałe z metali ziem rzadkich, SmCo może być stosowany w wysokiej temperaturze (≥350°C) przez krótki okres czasu. Wysokotemperaturowy SmCo (seria T) może być stosowany w temperaturze 550°C bez nieodwracalnego rozmagnesowania.

2. Jeżeli jednak magnesy SmCo były używane przez dłuższy czas w wysokiej temperaturze (≥350°C), na powierzchni może pojawić się warstwa degradacyjna. Zastosowanie powłoki przeciwutleniającej może zapewnić stabilność SmCo w wysokiej temperaturze.

Odniesienie

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

[2] JF Liu, Journal of Applied Physics, 85, 2800-2804, (1999);

[3] Shoudong Mao, Journal of Applied Physics, 115, 043912,1-6 (2014)