Istoria magneților permanenți cu pământuri rare pentru motoare

elemente de pământ rare (magneți permanenți cu pământuri rare) sunt 17 elemente metalice aflate în mijlocul tabelului periodic (numerele atomice 21, 39 și 57-71) care au proprietăți fluorescente, conductoare și magnetice neobișnuite care le fac incompatibile cu metale mai comune precum fierul) este foarte utilă atunci când aliate sau amestecate în cantități mici. Din punct de vedere geologic, elementele pământurilor rare nu sunt deosebit de rare. Depozitele acestor metale se găsesc în multe părți ale lumii, iar unele elemente sunt prezente în aproximativ aceeași cantitate ca cuprul sau staniul. Cu toate acestea, elementele pământurilor rare nu au fost niciodată găsite în concentrații foarte mari și sunt adesea amestecate între ele sau cu elemente radioactive precum uraniul. Proprietățile chimice ale elementelor pământurilor rare fac dificilă separarea de materialele înconjurătoare și, de asemenea, aceste proprietăți fac ca acestea să fie dificil de purificat. Metodele actuale de producție necesită cantități mari de minereu și generează cantități mari de deșeuri periculoase pentru a extrage doar cantități mici de metale din pământuri rare, cu deșeuri din metodele de procesare, inclusiv apă radioactivă, fluor toxic și acizi.

Cei mai timpurii magneți permanenți descoperiți au fost minerale care au furnizat un câmp magnetic stabil. Până la începutul secolului al XIX-lea, magneții erau fragili, instabili și făcuți din oțel carbon. În 1917, Japonia a descoperit oțelul cu magnet de cobalt, care a adus îmbunătățiri. Performanța magneților permanenți a continuat să se îmbunătățească de la descoperirea lor. Pentru Alnicos (aliaje Al/Ni/Co) în anii 1930, această evoluție s-a manifestat în numărul maxim de produs energetic crescut (BH)max, ceea ce a îmbunătățit mult factorul de calitate al magneților permanenți, iar pentru un anumit volum de magneți, densitatea maximă de energie ar putea fi convertită în putere care poate fi utilizată în mașini care folosesc magneți.

Primul magnet de ferită a fost descoperit accidental în 1950 în laboratorul de fizică aparținând Philips Industrial Research din Olanda. Un asistent a sintetizat-o din greșeală - trebuia să pregătească o altă probă pentru a fi studiată ca material semiconductor. S-a descoperit că era de fapt magnetic, așa că a fost transmis echipei de cercetare magnetică. Datorită performanței sale bune ca magnet și a costurilor de producție mai mici. Ca atare, a fost un produs dezvoltat de Philips care a marcat începutul unei creșteri rapide a utilizării magneților permanenți.

În anii 1960, primii magneți cu pământuri rare(magneți permanenți cu pământuri rare)au fost realizate din aliaje ale elementului lantanid, ytriu. Sunt cei mai puternici magneți permanenți cu magnetizare cu saturație mare și rezistență bună la demagnetizare. Deși sunt scumpe, fragile și ineficiente la temperaturi ridicate, încep să domine piața pe măsură ce aplicațiile lor devin mai relevante. Proprietatea de computere personale a devenit larg răspândită în anii 1980, ceea ce a însemnat o cerere mare de magneți permanenți pentru hard disk.

Aliaje precum samariu-cobaltul au fost dezvoltate la mijlocul anilor 1960 odată cu prima generație de metale de tranziție și pământuri rare, iar la sfârșitul anilor 1970, prețul cobaltului a crescut puternic din cauza aprovizionării instabile în Congo. La acea vreme, cei mai înalți magneți permanenți de samariu-cobalt (BH)max erau cei mai ridicati, iar comunitatea de cercetare a trebuit să înlocuiască acești magneți. Câțiva ani mai târziu, în 1984, dezvoltarea magneților permanenți pe bază de Nd-Fe-B a fost propusă pentru prima dată de Sagawa și colab. Folosind tehnologia metalurgiei pulberilor la Sumitomo Special Metals, folosind procesul de filare în topitură de la General Motors. După cum se arată în figura de mai jos, (BH)max s-a îmbunătățit pe parcursul a aproape un secol, începând de la ≈1 MGOe pentru oțel și atingând aproximativ 56 MGOe pentru magneții NdFeB în ultimii 20 de ani.

Sustenabilitatea în procesele industriale a devenit recent o prioritate, iar elementele pământurilor rare, care au fost recunoscute de țări ca materii prime cheie datorită riscului lor ridicat de aprovizionare și importanței economice, au deschis zone pentru cercetare pentru noi magneți permanenți fără pământuri rare. O posibilă direcție de cercetare este să privim înapoi la cei mai timpurii magneți permanenți dezvoltați, magneții de ferită și să-i studiem în continuare folosind toate noile instrumente și metode disponibile în ultimele decenii. Mai multe organizații lucrează acum la noi proiecte de cercetare care speră să înlocuiască magneții din pământuri rare cu alternative mai ecologice și mai eficiente.