Motorlar için nadir toprak kalıcı mıknatıslarının tarihi

Nadir Dünya elementleri(nadir toprak kalıcı mıknatıslar) periyodik tablonun ortasında yer alan 17 metalik elementtir (atom numaraları 21, 39 ve 57-71), olağandışı flüoresan, iletken ve onları Demir gibi daha yaygın metallerle uyumsuz hale getiren manyetik özelliklere sahiptir) alaşımlı veya küçük miktarlarda karıştırılmış. Jeolojik olarak konuşursak, nadir toprak elementleri özellikle nadir değildir. Bu metallerin birikintileri dünyanın birçok yerinde bulunur ve bazı elementler kabaca bakır veya kalayla aynı miktarda bulunur. Bununla birlikte, nadir toprak elementleri hiçbir zaman çok yüksek konsantrasyonlarda bulunmamıştır ve genellikle birbirleriyle veya uranyum gibi radyoaktif elementlerle karıştırılır. Nadir toprak elementlerinin kimyasal özellikleri, çevredeki malzemelerden ayrılmalarını zorlaştırmakta ve bu özellikleri aynı zamanda saflaştırılmalarını da zorlaştırmaktadır. Mevcut üretim yöntemleri, büyük miktarlarda cevher gerektirir ve radyoaktif su, toksik flor ve asitler dahil olmak üzere işleme yöntemlerinden kaynaklanan atıklarla birlikte yalnızca küçük miktarlarda nadir toprak metallerini çıkarmak için büyük miktarlarda tehlikeli atık üretir.

Keşfedilen en eski kalıcı mıknatıslar, kararlı bir manyetik alan sağlayan minerallerdi. 19. yüzyılın başlarına kadar mıknatıslar kırılgan, dengesiz ve karbon çeliğinden yapılıyordu. 1917'de Japonya, iyileştirmeler yapan kobalt mıknatıs çeliğini keşfetti. Kalıcı mıknatısların performansı, keşfedilmelerinden bu yana gelişmeye devam etti. 1930'larda Alnicos (Al/Ni/Co alaşımları) için bu evrim, kalıcı mıknatısların kalite faktörünü büyük ölçüde iyileştiren ve belirli bir mıknatıs hacmi için, maksimum artan enerji ürünü (BH)max sayısında kendini gösterdi. maksimum enerji yoğunluğu, mıknatıs kullanan makinelerde kullanılabilecek güce dönüştürülebilir.

İlk ferrit mıknatıs tesadüfen 1950 yılında Hollanda'daki Philips Industrial Research'e ait fizik laboratuvarında keşfedildi. Bir asistan onu yanlışlıkla sentezledi - yarı iletken bir malzeme olarak çalışmak için başka bir örnek hazırlaması gerekiyordu. Aslında manyetik olduğu bulundu, bu yüzden manyetik araştırma ekibine aktarıldı. Mıknatıs olarak iyi performansı ve daha düşük üretim maliyeti nedeniyle. Bu nedenle, sabit mıknatısların kullanımında hızlı bir artışın başlangıcını belirleyen, Philips tarafından geliştirilmiş bir üründü.

1960'larda ilk nadir toprak mıknatısları(nadir toprak kalıcı mıknatıslar)lantanid elementi itriyumun alaşımlarından yapılmıştır. Yüksek doygunluk manyetizasyonu ve demanyetizasyona karşı iyi direnci olan en güçlü kalıcı mıknatıslardır. Pahalı, kırılgan ve yüksek sıcaklıklarda verimsiz olmalarına rağmen, uygulamaları daha alakalı hale geldikçe pazara hakim olmaya başlıyorlar. Kişisel bilgisayarların mülkiyeti 1980'lerde yaygınlaştı, bu da sabit diskler için kalıcı mıknatıslara yüksek talep anlamına geliyordu.

Samaryum-kobalt gibi alaşımlar, 1960'ların ortalarında ilk nesil geçiş metalleri ve nadir toprak elementleri ile geliştirildi ve 1970'lerin sonunda, Kongo'daki istikrarsız arz nedeniyle kobaltın fiyatı ciddi şekilde arttı. O zamanlar en yüksek samaryum-kobalt kalıcı mıknatıslar (BH)max en yüksekti ve araştırma topluluğu bu mıknatısları değiştirmek zorunda kaldı. Birkaç yıl sonra, 1984'te, Nd-Fe-B'ye dayalı kalıcı mıknatısların geliştirilmesi ilk olarak Sagawa ve diğerleri tarafından önerildi. Sumitomo Special Metals'de toz metalürjisi teknolojisi, General Motors'un eriyik eğirme prosesi kullanılarak. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, (BH)max yaklaşık bir asırdır iyileşmiştir, son 20 yılda çelik için ≈1 MGOe'den başlayıp NdFeB mıknatıslar için yaklaşık 56 MGOe'ye ulaşmıştır.

Endüstriyel süreçlerde sürdürülebilirlik son zamanlarda bir öncelik haline geldi ve yüksek tedarik riski ve ekonomik önemi nedeniyle ülkeler tarafından kilit hammaddeler olarak kabul edilen nadir toprak elementleri, yeni nadir toprak içermeyen kalıcı mıknatıslara yönelik araştırma alanları açtı. Olası bir araştırma yönü, en erken geliştirilen kalıcı mıknatıslara, ferrit mıknatıslara bakmak ve son yıllarda mevcut olan tüm yeni araçları ve yöntemleri kullanarak bunları daha fazla incelemektir. Birkaç kuruluş, nadir toprak mıknatıslarını daha yeşil, daha verimli alternatiflerle değiştirmeyi umut eden yeni araştırma projeleri üzerinde çalışıyor.