I magneti in samario cobalto possono essere utilizzati per più di dieci anni? La stabilità a lungo termine del samario cobalto alle alte temperature

La stabilità a lungo termine dei magneti è una preoccupazione di ogni utente. La stabilità dei magneti in samario-cobalto (SmCo) è più importante per il loro difficile ambiente applicativo. Nel 2000, Chen^[1]e Liu^[2]et al., hanno studiato la composizione e la struttura dell'SmCo ad alta temperatura e hanno sviluppato magneti in samario-cobalto resistenti alle alte temperature. La temperatura massima di esercizio (T_massimo) dei magneti SmCo è stata aumentata da 350°C a 550°C. Successivamente, Chen et al. ha migliorato la resistenza all'ossidazione di SmCo depositando nichel, alluminio e altri rivestimenti sui magneti SmCo.

Nel 2014, il Dr. Mao Shoudong, il fondatore di “MagnetPower”, ha studiato sistematicamente la stabilità di SmCo alle alte temperature e i risultati sono stati pubblicati su JAP^[3]. I risultati generali sono i seguenti:

1. QuandoSmCoè in uno stato ad alta temperatura (500°C, aria), è facile che si formi uno strato di degrado sulla superficie. Lo strato di degradazione è composto principalmente da una scaglia esterna (il Samario è impoverito) e da uno strato interno (molti ossidi). La struttura di base dei magneti SmCo è stata completamente distrutta nello strato di degrado. Come mostrato nella Figura 1 e nella Figura 2.

Fig.1. Le micrografie ottiche dello Sm₂Co₁₇magneti isotermici trattati in aria a 500 °C per tempi diversi. Gli strati di degrado sotto superfici che sono (a) parallele e (b) perpendicolari all'asse c.

Fig.2. Micrografia della BSE e scansione lineare degli elementi EDS attraverso lo Sm₂Co₁₇magneti isotermici trattati in aria a 500 °C per 192 h.

2. La formazione principale dello strato di degradazione influisce in modo significativo sulle proprietà magnetiche di SmCo, come mostrato nella Figura 3. Gli strati di degradazione erano composti principalmente da soluzione solida di Co(Fe), CoFe2O4, Sm2O3 e ZrOx negli strati interni e Fe3O4, CoFe2O4 e CuO nelle scale esterne. Co(Fe), CoFe2O4 e Fe3O4 hanno agito come fasi magnetiche morbide rispetto alla fase magnetica dura dei magneti centrali Sm2Co17 non interessati. Il comportamento di degrado dovrebbe essere controllato.

fig. 3. Le curve di magnetizzazione di Sm₂Co₁₇magneti isotermici trattati in aria a 500 °C per tempi diversi. La temperatura di prova delle curve di magnetizzazione è 298 K. Il campo esterno H è parallelo all'allineamento dell'asse c di Sm₂Co₁₇magneti.

3. Se su SmCo vengono depositati rivestimenti con elevata resistenza all'ossidazione per sostituire i rivestimenti galvanici originali, il processo di degradazione di SmCo può essere inibito in modo più significativo e la stabilità di SmCo può essere migliorata, come mostrato nella Figura 4. L'applicazione diO rivestimentoinibiscono significativamente l’aumento di peso dello SmCo e la perdita delle proprietà magnetiche.

Fig.4 la struttura del rivestimento OR di resistenza all'ossidazione sullo Sm₂Co₁₇magnete.

Da allora “MagnetPower” ha effettuato esperimenti di stabilità a lungo termine (~4000 ore) ad alta temperatura, che possono fornire un riferimento di stabilità dei magneti SmCo per il futuro utilizzo ad alte temperature.

Nel 2021, in base ai requisiti di temperatura operativa massima, “MagnetPower” ha sviluppato una serie di gradi da 350°C a 550°C （Serie T）. Questi gradi possono fornire scelte sufficienti per applicazioni SmCo ad alta temperatura e le proprietà magnetiche sono più vantaggiose. Come mostrato nella Figura 5. Fare riferimento alla pagina Web per i dettagli:https://www.magnetpower-tech.com/t-series-sm2co17-smco-magnet-supplier-product/

Fig.5 I magneti SmCo ad alta temperatura (serie T) di “MagnetPower”

CONCLUSIONI

1. Essendo un magnete permanente di terre rare altamente stabile, SmCo può essere utilizzato ad alta temperatura (≥350°C) per un breve periodo di tempo. L'SmCo ad alta temperatura (serie T) può essere applicato a 550°C senza smagnetizzazione irreversibile.

2. Tuttavia, se i magneti SmCo vengono utilizzati a lungo ad alta temperatura (≥350°C), la superficie tende a produrre uno strato di degrado. L'uso del rivestimento antiossidante può garantire la stabilità dello SmCo alle alte temperature.

Riferimento

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

[2] JF Liu, Giornale di fisica applicata, 85, 2800-2804, (1999);

[3] Shoudong Mao, Giornale di fisica applicata, 115, 043912,1-6 (2014)