Historien om sjeldne jordarters permanentmagneter for motorer

Sjeldne jordelementer (sjeldne jordarters permanentmagneter) er 17 metalliske grunnstoffer i midten av det periodiske systemet (atomnummer 21, 39 og 57-71) som har uvanlige fluorescerende, ledende og magnetiske egenskaper som gjør dem uforenlige med mer vanlige metaller som jern) er svært nyttig når legert eller blandet i små mengder. Geologisk sett er sjeldne jordartselementer ikke spesielt sjeldne. Forekomster av disse metallene finnes i mange deler av verden, og noen grunnstoffer er tilstede i omtrent samme mengde som kobber eller tinn. Imidlertid har sjeldne jordartselementer aldri blitt funnet i svært høye konsentrasjoner og er ofte blandet med hverandre eller med radioaktive elementer som uran. De kjemiske egenskapene til sjeldne jordartselementer gjør det vanskelig å skille fra omkringliggende materialer, og disse egenskapene gjør også at de er vanskelige å rense. Dagens produksjonsmetoder krever store mengder malm og genererer store mengder farlig avfall for å utvinne bare små mengder sjeldne jordmetaller, med avfall fra prosesseringsmetoder inkludert radioaktivt vann, giftig fluor og syrer.

De tidligste permanente magnetene som ble oppdaget var mineraler som ga et stabilt magnetfelt. Fram til tidlig på 1800-tallet var magneter skjøre, ustabile og laget av karbonstål. I 1917 oppdaget Japan koboltmagnetstål, som gjorde forbedringer. Ytelsen til permanente magneter har fortsatt å forbedre seg siden de ble oppdaget. For Alnicos (Al/Ni/Co-legeringer) på 1930-tallet ble denne utviklingen manifestert i det maksimale antallet økte energiprodukter (BH)max, noe som i stor grad forbedret kvalitetsfaktoren til permanente magneter, og for et gitt volum av magneter, maksimal energitetthet kan konverteres til kraft som kan brukes i maskiner som bruker magneter.

Den første ferrittmagneten ble ved et uhell oppdaget i 1950 i fysikklaboratoriet tilhørende Philips Industrial Research i Nederland. En assistent syntetiserte det ved en feiltakelse - han skulle forberede en annen prøve for å studere som et halvledermateriale. Det ble funnet at det faktisk var magnetisk, så det ble sendt videre til det magnetiske forskningsteamet. På grunn av sin gode ytelse som magnet og lavere produksjonskostnader. Som sådan var det et Philips-utviklet produkt som markerte begynnelsen på en rask økning i bruken av permanente magneter.

På 1960-tallet, de første sjeldne jordarters magneter(sjeldne jordarters permanentmagneter)ble laget av legeringer av lantanidelementet, yttrium. De er de sterkeste permanentmagnetene med høy metningsmagnetisering og god motstand mot avmagnetisering. Selv om de er dyre, skjøre og ineffektive ved høye temperaturer, begynner de å dominere markedet etter hvert som applikasjonene deres blir mer relevante. Eierskap av personlige datamaskiner ble utbredt på 1980-tallet, noe som betydde stor etterspørsel etter permanente magneter til harddisker.

Legeringer som samarium-kobolt ble utviklet på midten av 1960-tallet med den første generasjonen overgangsmetaller og sjeldne jordarter, og på slutten av 1970-tallet steg prisene på kobolt kraftig på grunn av ustabile forsyninger i Kongo. På den tiden var de høyeste samarium-kobolt permanente magnetene (BH)max høyest og forskningsmiljøet måtte erstatte disse magnetene. Noen år senere, i 1984, ble utviklingen av permanente magneter basert på Nd-Fe-B først foreslått av Sagawa et al. Ved å bruke pulvermetallurgiteknologi hos Sumitomo Special Metals, ved å bruke smeltespinningsprosessen fra General Motors. Som vist i figuren nedenfor, har (BH)max forbedret seg over nesten et århundre, og startet ved ≈1 MGOe for stål og nådde omtrent 56 MGOe for NdFeB-magneter i løpet av de siste 20 årene.

Bærekraft i industrielle prosesser har nylig blitt en prioritet, og sjeldne jordartsmetaller, som har blitt anerkjent av land som viktige råvarer på grunn av deres høye forsyningsrisiko og økonomiske betydning, har åpnet opp områder for forskning på nye permanente magneter uten sjeldne jordarter. En mulig forskningsretning er å se tilbake på de tidligst utviklede permanentmagnetene, ferrittmagneter, og studere dem videre ved å bruke alle de nye verktøyene og metodene som er tilgjengelige de siste tiårene. Flere organisasjoner jobber nå med nye forskningsprosjekter som håper å erstatte sjeldne jordartsmagneter med grønnere og mer effektive alternativer.