Kan samarium-koboltmagneter bruges i mere end ti år - den langsigtede stabilitet af samarium-kobolt ved høj temperatur

Den langsigtede stabilitet af magneter er en bekymring for enhver bruger.Stabiliteten af ​​samarium cobalt (SmCo) magneter er vigtigere for deres barske anvendelsesmiljø.I 2000, Chen^[1]og Liu^[2]et al., studerer sammensætningen og strukturen af ​​højtemperatur SmCo og udviklede højtemperaturbestandige samarium-koboltmagneter.Den maksimale driftstemperatur (T_max) af SmCo-magneter blev øget fra 350°C til 550°C.Derefter har Chen et al.forbedret SmCos oxidationsmodstand ved at afsætte nikkel, aluminium og andre belægninger på SmCo-magneterne.

I 2014 undersøgte Dr. Mao Shoudong, grundlæggeren af ​​"MagnetPower", systematisk stabiliteten af ​​SmCo ved høje temperaturer, og resultaterne blev offentliggjort i JAP^[3].De generelle resultater er som følger:

1. HvornårSmCoer i højtemperaturtilstand (500°C, luft), er det let at danne et nedbrydningslag på overfladen.Nedbrydningslaget er hovedsageligt sammensat af en ekstern skæl (Samarium er udtømt) og et indre lag (en masse oxider).SmCo-magneternes grundlæggende struktur blev fuldstændig ødelagt i nedbrydningslaget.Som vist i figur 1 og figur 2.

Fig.1.De optiske mikrofotografier af Sm₂Co₁₇magneter isotermisk behandlet i luft ved 500 °C til forskellige tidspunkter.Nedbrydningslagene under overflader, som er (a) parallelle og (b) vinkelrette på c-aksen.

Fig.2.BSE-mikrografi og EDS-elementer line-scan på tværs af Sm₂Co₁₇magneter isotermisk behandlet i luft ved 500 °C i 192 timer.

2. Hoveddannelsen af ​​nedbrydningslaget påvirker i væsentlig grad SmCos magnetiske egenskaber, som vist i figur 3. Nedbrydningslagene var hovedsageligt sammensat af Co(Fe) fast opløsning, CoFe2O4, Sm2O3 og ZrOx i de indre lag og Fe3O4, CoFe2O4 og CuO i de eksterne skalaer.Co(Fe), CoFe2O4 og Fe3O4 fungerede som bløde magnetiske faser sammenlignet med den hårde magnetiske fase af de centrale upåvirkede Sm2Co17-magneter.Nedbrydningsadfærden bør kontrolleres.

Fig. 3. Magnetiseringskurverne for Sm₂Co₁₇magneter isotermisk behandlet i luft ved 500 °C til forskellige tidspunkter.Testtemperaturen for magnetiseringskurverne er 298 K. Det ydre felt H er parallelt med c-aksejusteringen af ​​Sm'en₂Co₁₇magneter.

3. Hvis belægninger med høj oxidationsmodstand aflejres på SmCo for at erstatte de originale galvaniseringsbelægninger, kan nedbrydningsprocessen af ​​SmCo hæmmes mere væsentligt, og stabiliteten af ​​SmCo kan forbedres, som vist i figur 4. Anvendelsen afELLER belægningvæsentligt hæmme vægtstigningen af ​​SmCo og tabet af magnetiske egenskaber.

Fig.4 strukturen af ​​oxidationsmodstanden ELLER belægningen på Sm₂Co₁₇magnet.

"MagnetPower" har siden udført eksperimenter med langtidsstabilitet (~4000 timer) ved høj temperatur, hvilket kan give en stabilitetsreference for SmCo-magneter til fremtidig brug ved høje temperaturer.

I 2021 har "MagnetPower" baseret på det maksimale driftstemperaturkrav udviklet en række kvaliteter fra 350°C til 550°C （T-serien）.Disse kvaliteter kan give tilstrækkelige valgmuligheder til højtemperatur SmCo-anvendelse, og de magnetiske egenskaber er mere fordelagtige.Som vist i figur 5. Se venligst websiden for detaljer:https://www.magnetpower-tech.com/t-series-sm2co17-smco-magnet-supplier-product/

Fig.5 SmCo-magneterne med høj temperatur (T-serien) fra "MagnetPower"

KONKLUSIONER

1. Som en meget stabil sjældne jordarters permanentmagneter kan SmCo bruges ved høj temperatur (≥350°C) i en kort periode.Højtemperatur SmCo (T-serien) kan påføres ved 550°C uden irreversibel afmagnetisering.

2. Men hvis SmCo-magneterne blev brugt ved høj temperatur (≥350°C) i lang tid, er overfladen tilbøjelig til at producere et nedbrydningslag.Brugen af ​​antioxidationsbelægning kan sikre stabiliteten af ​​SmCo ved høj temperatur.

Reference

[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)