Самарий - кобальт магнит
Самариум -кобальт (SMCO) магнит, тип редкоземельного магнита , является сильным постоянным магнитом из двух основных элементов: самарий и кобальт .
Они были разработаны в начале 1960-х годов на основе работы Карла Стрната на базе ВВС-Паттерсон и Олден Рэй в Университете Дейтона . В частности, Strnat и Ray разработали первую формулировку SMCO 5 . [ 1 ] [ 2 ]
Самарий -кобальтовые магниты, как правило, ранжируются одинаково по прочности по неодимским магнитам , [ 3 ] но имеют более высокие оценки температуры и более высокую коэрцитивность .
Атрибуты
[ редактировать ]Некоторые атрибуты самария-кобальта:
- Самариум -кобальтовые магниты чрезвычайно устойчивы к размагметизации.
- Эти магниты имеют хорошую стабильность температуры [(максимальная температура использования между 250 ° C (523 K) и 550 ° C (823 K)]; температуры Curie от 700 ° C (973 K) до 800 ° C (1 070 К).
- Они дороги и подвержены колебаниям цен (кобальт чувствителен к рыночной цене).
- Самарий -кобальтовые магниты обладают сильной устойчивостью к коррозии и устойчивости к окислению, как правило, не нужно покрывать и могут широко использоваться при высокой температуре и плохих условиях труда. [ 4 ]
- Они хрупкие и склонны к треску и разбиванию. Самарий-кобальтовые магниты имеют максимальную энергетическую продукцию (BH Max ), которые варьируются от 14 мегагаус-эерс (Mg · OE) до 33 мг · OE, то есть ок. 112 кДж/м 3 до 264 кДж/м 3 ; Их теоретический предел составляет 34 мг · OE, около 272 кДж/м 3 .
Стопленные самарий -кобальтовые магниты демонстрируют магнитную анизотропию , что означает, что они могут быть намагничены только в оси их магнитной ориентации. Это делается путем выравнивания кристаллической структуры материала во время производственного процесса.
| Свойство (единица) | Неодим | SM-что |
|---|---|---|
| Остановленность (т) | 1–1.5 | 0.8–1.16 |
| Коэрцитивность (ма/м) | 0.875–2.79 | 0.493–2.79 |
| Относительная проницаемость ( -) | 1.05 | 1.05–1.1 |
| Температурный коэффициент остаточной (%/k) | –0.09..–0.12 | −0.03..–0.05 |
| Температурный коэффициент коэрцитивности (%/k) | −0.40..–0.65 | −0.15..–0.30 |
| Температура кури (° C) | 310–370 | 700–850 |
| Плотность (г/см 3 ) | 7.3–7.7 | 8.2–8.5 |
| CTE , направление намагничивания (1/K) | (3–4)×10 −6 | (5–9)×10 −6 |
| CTE , нормальный до намагничивания направления (1/K) | (1–3)×10 −6 | (10–13)×10 −6 |
| Прочность на изгиб (N/мм 2 ) | 200–400 | 150–180 |
| Прочность на сжатие (N/мм 2 ) | 1000–1100 | 800–1000 |
| Прочность на растяжение (N/мм 2 ) | 80–90 | 35–40 |
| Твердость Виккерса (HV) | 500–650 | 400–650 |
| Электрическое удельное сопротивление (ω · см) | (110–170)×10 −6 | (50–90)×10 −6 |
Ряд
[ редактировать ]Самариум -кобальтовые магниты доступны в двух «сериях», а именно: магниты SMCO 5 и магниты SM 2 CO 17 . [ 7 ] [ 8 ]
Серия 1: 5
[ редактировать ]Эти сплавы с самарием-кобальтом (обычно написанные как SMCO 5 , или SMCO Series 1: 5) имеют один атом редко -земного самария на пять атомов кобальта. По весу этот магнитный сплав обычно содержит 36% самариума баланса с кобальтом . [ 9 ] Энергетические продукты этих сплавов самария -кобальта варьируются от 16 мг · OE до 25 мг · OE, то есть ок. 128–200 кДж/м 3 Полем Эти самарий -кобальтовые магниты обычно имеют обратимый коэффициент температуры -0,05%/° C. Намагничение насыщения может быть достигнуто с помощью умеренного поля намагничивания. Эта серия магнита легче калибровать в определенное магнитное поле, чем серии SMCO 2:17.
В присутствии умеренно сильного магнитного поля негметизированные магниты этой серии будут пытаться выравнивать свою ось ориентации с магнитным полем, тем самым становясь слегка намагниченным. Это может быть проблемой, если постобработка требует, чтобы магнит был покрыт или покрыт покрытие. Небольшое поле, которое поднимает магнит, может привлечь мусор во время процесса покрытия или покрытия, вызывая разрушение покрытия или механическое состояние устойчивости.
B R дрейфует с температурой, и это одна из важных характеристик производительности магнита. Некоторые приложения, такие как инерционные гироскопы и пробирки -волновые трубки (TWT), должны иметь постоянное поле в широком диапазоне температур. Обратимый коэффициент температуры (RTC) B R определяется как
- (∆B r /b r ) x (1 /∆t) × 100%.
Для удовлетворения этих требований в конце 1970 -х годов были разработаны магниты, компенсируемые температурой. Для обычных магнитов SMCO B R уменьшается с повышением температуры. И наоборот, для магнитов GDCO B R повышается по мере повышения температуры в пределах определенных температурных диапазонов. Сочетая самарий и гадолиний в сплаве, коэффициент температуры может быть уменьшен почти до нуля.
Магниты SMCO 5 обладают очень высокой коэрцитивностью (принудительная сила); То есть они нелегко размагнировать. Они изготавливаются путем упаковки широкозернистых магнитных порошков. Все магнитные домены выровнены с простым направлением оси. В этом случае все доменные стены составляют 180 градусов. Когда нет примесей, процесс обращения объемного магнита эквивалентен одиноко-домену, где когерентное вращение является доминирующим механизмом. Однако из -за несовершенства изготовления примеси могут быть введены в магнитах, которые образуют ядра. В этом случае, поскольку примеси могут иметь более низкую анизотропию или смещенные простые оси, их направления намагниченности легче вращаться, что разбивает конфигурацию стенки домена 180 °. В таких материалах коэрцитивность контролируется зародышей. Чтобы получить большую коэрцитивность, контроль примесей имеет решающее значение в процессе изготовления.
Серия 2:17
[ редактировать ]Эти сплавы (написанные как SM 2 CO 17 , или SMCO Series 2:17), закреплены по возрасту составом двух атомов редко -земного самария на 13–17 атомов переходных металлов (TM). Содержание TM богато кобальтом, но содержит другие элементы, такие как железо и медь. Другие элементы, такие как цирконий , хафний и такие, могут быть добавлены в небольших количествах для достижения лучшего ответа на термообработку. По весу сплав, как правило, будет содержать 25% самария. Максимальная энергетическая продукция этих сплавов варьируется от 20 до 32 мГО, что составляет около 160-260 кДж/м 3 Полем Эти сплавы имеют наилучший обратимый коэффициент температуры всех редко -земляных сплавов, как правило, составляют -0,03%/° C. Материалы «второго поколения» также могут использоваться при более высоких температурах. [ 10 ]
В SM 2 CO 17 магнитов механизм коэрцитивности основан на доменной стенке . Примеси внутри магнитов препятствуют движению доменной стенки и тем самым сопротивляются процессу изменения намагниченности . Чтобы повысить коэрцитивность, примеси намеренно добавляются в процессе изготовления.
Производство
[ редактировать ]Сплавы самариума -кобальта обычно обрабатываются в негнитированном состоянии. Самарий-кобальт должен быть заземлен, используя мокрый процесс шлифования (охлаждающие жидкости на водной основе) и ручное измельчение алмаза. Тот же тип процесса требуется, если бурение отверстий или других функций, которые ограничены. Изготовленные отходы шлифования не должны полностью высохнуть, так как самарий -кобальт имеет низкую точку зажигания. Небольшая искра, такая как созданная со статическим электричеством, может легко инициировать сгорание. [ 11 ] Полученное произведение пожара может быть чрезвычайно горячим и трудным для контроля. [ Оригинальное исследование? ]
Метод восстановления/расплава и метод уменьшения/диффузии используется для изготовления самарий -кобальтовых магнитов. Метод сокращения/расплава будет описан, поскольку он используется как для производства SMCO 5 , так и SM 2 CO 17 . Сырье растоплено в индукционной печи, заполненной газом аргона. Смесь отличается в плесень и охлаждается водой, образуя слиток. На слиток пульверируется, и частицы дополнительно фрезеруют, чтобы дополнительно уменьшить размер частиц. Полученный порошок прижимается в матрице желаемой формы, в магнитном поле, чтобы ориентироваться на магнитное поле частиц. Спекание применяется при температуре 1100 ° C - 1250 ° C, затем обработка раствора при 1100 ° C - 1200 ° C, и отпуск, наконец, выполняется на магните примерно при 700 ° C - 900 ° C. [ Цитация необходима ] Затем он является наземным и дальнейшим намагниченным, чтобы увеличить его магнитные свойства. Готовый продукт тестируется, осматривается и упакован. [ Цитация необходима ]
Самарий может быть заменен частью других редкоземельных элементов, включая празеодимиум , церий и гадолиний ; Кобальт может быть заменен частью других переходных металлов, включая железо , медь и цирконий . [ 12 ]
Использование
[ редактировать ]
Fender использовал одну из дизайнеров Билла Лоуренса Samarium Cobalt Series of Electric Guitar в винтажном Hot Rod Fender's Vintage Hot Rod '57 Stratocaster . [ 13 ] Эти пикапы использовались в американских гитар и басах серии Deluxe с 2004 по начало 2010 года. [ 14 ]
Самарий-кобальт (SMCO) магниты используются в аэрокосмической промышленности и защите из-за их исключительных магнитных свойств. [ 15 ] Они используются в высокопроизводительных двигателях и приводах , датчиках точности и гироскопах , а также в спутниковых системах, где важна стабильность и надежность. [ 16 ] Они также используются в медицинских технологиях, включая машины МРТ , кардиостимуляторы и медицинские насосы. [ 17 ]
В середине 1980-х годов в некоторых дорогих наушниках, таких как Ross Re-278, использовались датчики Samarium-Cobalt "Super Magnet".
Другое использование включает в себя:
- Высококачественные электродвигатели, используемые в более конкурентоспособных классах в Slotcar Racing
- Турбомайн
- для передвижений Полевые магниты
- Приложения, которые потребуют от системы функционировать при криогенных температурах или очень горячих температурах (более 180 ° C)
- Приложения, в которых производительность должна соответствовать изменению температуры
- Спектрометры ЯМР
- Роторные кодеры, где он выполняет функцию магнитного привода
Смотрите также
[ редактировать ]- Lanthanidide -тривалентные металлические редкозвездочные элементы
- Магнитная рыбалка - поиск в открытых водах для ферромагнитных объектов
- Недимийский магнит - самый сильный тип постоянного магнита из сплава неодима, железа и бора
- Редкоземельный магнит -сильный постоянный магнит, сделанный из сплавов редкоземельных элементов
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Дейтон вносит свой вклад в историю магнитных материалов» . 1998. Архивировано из оригинала 2013-05-27 . Получено 2017-01-10 .
- ^ Исследование и разработка сплавов переходных металлов редкоземельных земель в качестве постоянных магнитных материалов, AD-750 746 Alden E. Ray, et al, август 1972 г.
- ^ «Toshiba: пресс-релиз (16 августа 2012 г.): Toshiba развивает безмолвного самарий-кобальтового магнита, чтобы заменить теплостойкий неодимский магнит в основных применениях» . www.toshiba.co.jp .
- ^ Коррозия и устойчивость к окислению магнита SMCO , коррозия и устойчивость к окислению.
- ^ Юха Пирхонен; Тапани Джокинен; Valéria Hrabovcová (2009). Конструкция вращающихся электрических машин . Джон Уайли и сыновья. P. 978-0-470-69516-6 .
- ^ Типичные физические и химические свойства некоторых магнитных материалов , сравнение и выбор постоянных магнитов.
- ^ К. Стрнат; Г. Хоффер; Дж. Олсон; W. Ostertag; JJ Becker (1967). «Семейство новых материалов с постоянным магнитом кобальта». Журнал прикладной физики . 38 (3): 1001–1002. Bibcode : 1967jap .... 38.1001s . doi : 10.1063/1.1709459 .
- ^ Т. Оджима; С. Томизава; Т. Йониама; Т. Хори (1977). «Магнитные свойства нового типа редкоземельных кобальтовых магнитов SM2 (Co, Cu, Fe, M) 17». IEEE транзакции на магнитике . 13 (5): 1317. Bibcode : 1977itm .... 13.1317o . doi : 10.1109/tmag.1977.1059703 .
- ^ Marchio, Кэти (14 июня 2024 г.). «Все, что вам нужно знать о самарием кобальтовых магнитах» . Стэнфордские магниты . Получено 29 августа 2024 года .
- ^ Нанокомпозит SM-CO расплавленные ленты
- ^ Cobalt HSFS , Департамент здравоохранения и служб здравоохранения Нью -Джерси.
- ^ Стопленные SMCO Magnets , Введение в самариум -кобальтовые магниты.
- ^ «Fender Vintage Hot Rod '57 Stratocaster» . Fender Hot Rod '57 Stratocaster . Крыло. Архивировано с оригинала 2012-12-09.
- ^ Смит, Дэн. «Сердце и душа новой серии Fender American Deluxe» . История бесшумных пикапов самария . Крыло. Архивировано из оригинала 2012-10-02 . Получено 2012-08-16 .
- ^ «Самарий кобальтовые магниты (магниты SMCO)» . Стэнфордские магниты . Получено 10 августа 2024 года .
- ^ Мичиганский университет (1993). Космический справочник Джейн . Информационная группа Джейн. п. 547. ISBN 0710610750 .
- ^ «Недимийские магниты против кобальтовых магнитов самария» . JDA магнит . Получено 10 августа 2024 года .