Историја трајних магнета ретких земаља за моторе

Елементи ретке земље (стални магнети ретких земаља) су 17 металних елемената у средини периодног система (атомски бројеви 21, 39 и 57-71) који имају необична флуоресцентна, проводљива и магнетна својства која их чине некомпатибилнима са уобичајенијим металима као што је гвожђе) је веома корисно када легирани или помешани у малим количинама. Геолошки гледано, ретки земни елементи нису посебно ретки. Наслаге ових метала налазе се у многим деловима света, а неки елементи су присутни у приближно истој количини као бакар или калај. Међутим, реткоземни елементи никада нису пронађени у веома високим концентрацијама и често се мешају једни са другима или са радиоактивним елементима као што је уранијум. Хемијска својства ретких земних елемената отежавају одвајање од околних материјала, а ова својства такође чине да их је тешко пречишћавати. Тренутне методе производње захтевају велике количине руде и стварају велике количине опасног отпада за екстракцију само малих количина ретких земних метала, са отпадом од прерадних метода укључујући радиоактивну воду, отровни флуор и киселине.

Најранији откривени трајни магнети били су минерали који су обезбедили стабилно магнетно поље. Све до раног 19. века, магнети су били крхки, нестабилни и направљени од угљеничног челика. Године 1917. Јапан је открио челик од кобалт магнета, који је направио побољшања. Перформансе трајних магнета су наставиле да се побољшавају од њиховог открића. За Алницос (Ал/Ни/Цо легуре) 1930-их, ова еволуција се манифестовала у максималном броју повећаног енергетског производа (БХ)мак, што је значајно побољшало фактор квалитета трајних магнета, а за дату запремину магнета, максимална густина енергије могла би се претворити у снагу која се може користити у машинама које користе магнете.

Први феритни магнет случајно је откривен 1950. године у лабораторији за физику која припада Пхилипс Индустриал Ресеарцх-у у Холандији. Асистент га је синтетизовао грешком – требало је да припреми још један узорак за проучавање као полупроводнички материјал. Утврђено је да је заправо магнетно, па је пренето тиму за истраживање магнета. Због својих добрих перформанси као магнета и нижих трошкова производње. Као такав, био је то производ који је развио Пхилипс који је означио почетак брзог повећања употребе трајних магнета.

Шездесетих година прошлог века, први магнети ретких земаља(стални магнети ретких земаља)су направљене од легура лантанидног елемента, итријума. Они су најјачи трајни магнети са високом магнетизацијом засићења и добром отпорношћу на демагнетизацију. Иако су скупи, крхки и неефикасни на високим температурама, почињу да доминирају тржиштем како њихове примене постају све релевантније. Власништво над персоналним рачунарима постало је широко распрострањено 1980-их, што је значило велику потражњу за трајним магнетима за чврсте дискове.

Легуре као што је самаријум-кобалт развијене су средином 1960-их са првом генерацијом транзиционих метала и ретких земаља, а крајем 1970-их цена кобалта је значајно порасла због нестабилних снабдевања у Конгу. У то време, највећи самаријум-кобалт перманентни магнети (БХ)мак је био највећи и истраживачка заједница је морала да замени ове магнете. Неколико година касније, 1984. године, развој трајних магнета на бази Нд-Фе-Б први су предложили Сагава ет ал. Користећи технологију металургије праха у Сумитомо Специал Металс-у, користећи процес центрифугирања из талине из Генерал Моторса. Као што је приказано на слици испод, (БХ)мак се побољшао током скоро једног века, почевши од ≈1 МГОе за челик и достижући око 56 МГОе за НдФеБ магнете у последњих 20 година.

Одрживост у индустријским процесима је недавно постала приоритет, а ретки земљани елементи, које су земље препознале као кључне сировине због високог ризика у снабдевању и економског значаја, отвориле су подручја за истраживање нових трајних магнета без ретких земаља. Један могући правац истраживања је да се осврнемо на најраније развијене трајне магнете, феритне магнете, и да их даље проучавамо користећи све нове алате и методе доступне последњих деценија. Неколико организација сада ради на новим истраживачким пројектима који се надају да ће магнете ретких земаља заменити зеленијим, ефикаснијим алтернативама.