Самарий -кобальтовый (SmCo) магнит, разновидность редкоземельного магнита , представляет собой сильный постоянный магнит, состоящий из двух основных элементов: самария и кобальта .
Они были разработаны в начале 1960-х годов на основе работ, проделанных Карлом Стрнатом на базе ВВС Райт-Паттерсон и Олденом Рэем в Дейтонском университете . В частности, Стрнат и Рэй разработали первую рецептуру SmCo 5 . [1] [2]
Самариево-кобальтовые магниты обычно по силе приравниваются к неодимовым магнитам [3] , но имеют более высокие температурные характеристики и более высокую коэрцитивную силу .
Некоторые характеристики самария-кобальта:
Спеченные самарий-кобальтовые магниты обладают магнитной анизотропией , то есть намагничивать их можно только по оси их магнитной ориентации. Это достигается путем выравнивания кристаллической структуры материала в процессе изготовления.
Самарий-кобальтовые магниты доступны в двух «сериях», а именно магниты SmCo 5 и магниты Sm 2 Co 17 . [7] [8]
Эти магнитные сплавы самария и кобальта (обычно обозначаемые как SmCo 5 или SmCo Series 1:5) содержат один атом редкоземельного самария на пять атомов кобальта. По весу этот магнитный сплав обычно содержит 36% самария и остальное - кобальта. Энергетические продукты этих самарий-кобальтовых сплавов составляют от 16 МГ·Э до 25 МГ·Э, т.е. ок. 128–200 кДж/м 3 . Эти самарий-кобальтовые магниты обычно имеют обратимый температурный коэффициент -0,05%/°C. Намагниченность насыщения может быть достигнута с помощью умеренного намагничивающего поля. Магниты этой серии легче калибровать по определенному магнитному полю, чем магниты серии SmCo 2:17.
При наличии умеренно сильного магнитного поля ненамагниченные магниты этой серии будут пытаться совместить свою ось ориентации с магнитным полем, при этом слегка намагничиваясь. Это может стать проблемой, если постобработка требует нанесения покрытия на магнит. Небольшое поле, которое улавливает магнит, может притягивать мусор во время процесса нанесения покрытия или нанесения покрытия, вызывая разрушение покрытия или механическое нарушение допуска.
B r дрейфует с температурой, и это одна из важных характеристик работы магнита. В некоторых приложениях, таких как инерциальные гироскопы и лампы бегущей волны (ЛБВ), необходимо иметь постоянное поле в широком диапазоне температур. Обратимый температурный коэффициент (RTC) B r определяется как
Чтобы удовлетворить эти требования, в конце 1970-х годов были разработаны магниты с температурной компенсацией. Для обычных магнитов SmCo B r уменьшается с повышением температуры. И наоборот, для магнитов GdCo B r увеличивается с увеличением температуры в определенных температурных диапазонах. Объединив в сплаве самарий и гадолиний, температурный коэффициент можно снизить практически до нуля.
Магниты SmCo 5 обладают очень высокой коэрцитивной силой (коэрцитивной силой); то есть их нелегко размагнитить. Их изготавливают путем упаковки широкозернистых однодоменных магнитных порошков. Все магнитные домены ориентированы в направлении легкой оси. В этом случае все доменные стенки расположены под углом 180 градусов. Когда примесей нет, процесс реверсирования объемного магнита эквивалентен пылинкам с одиночными доменами, где когерентное вращение является доминирующим механизмом. Однако из-за несовершенства изготовления в магниты могут вноситься примеси, образующие зародыши. В этом случае, поскольку примеси могут иметь меньшую анизотропию или смещенные легкие оси, их направления намагничивания легче вращать, что нарушает конфигурацию доменной стенки 180 °. В таких материалах коэрцитивность контролируется зародышеобразованием. Для достижения большей принудительности контроль примесей имеет решающее значение в процессе производства.
Эти сплавы (обозначаются как Sm 2 Co 17 или SmCo Series 2:17) стареют и имеют состав: два атома редкоземельного самария на 13–17 атомов переходных металлов (ПМ). Содержание ТМ богато кобальтом, но содержит и другие элементы, такие как железо и медь. Другие элементы, такие как цирконий , гафний и т.п., могут быть добавлены в небольших количествах для достижения лучшего отклика на термообработку. По весу сплав обычно содержит 25% самария. Максимальные энергетические продукты этих сплавов составляют от 20 до 32 МГОэ, что составляет около 160-260 кДж/м 3 . Эти сплавы имеют лучший обратимый температурный коэффициент из всех редкоземельных сплавов, обычно составляющий -0,03%/°C. Материалы «второго поколения» также можно использовать при более высоких температурах. [9]
В магнитах Sm 2 Co 17 механизм коэрцитивности основан на закреплении доменных стенок . Примеси внутри магнитов препятствуют движению доменной стенки и тем самым препятствуют процессу перемагничивания . Чтобы увеличить коэрцитивную силу, в процессе изготовления намеренно добавляются примеси.
Сплавы самария и кобальта обычно обрабатываются в ненамагниченном состоянии. Самарий-кобальт следует измельчать методом мокрого шлифования (смазочно-охлаждающие жидкости на водной основе) с использованием алмазного шлифовального круга. Тот же тип процесса требуется при сверлении отверстий или других ограниченных элементов. Нельзя допускать полного высыхания образующихся отходов шлифования, поскольку самарий-кобальт имеет низкую температуру воспламенения. Небольшая искра, например, возникающая при статическом электричестве, может легко вызвать возгорание. [10] Возникающий в результате пожар может быть очень горячим, и его трудно контролировать. [ оригинальное исследование? ]
Для изготовления самарий-кобальтовых магнитов используются метод восстановления-расплава и метод восстановления-диффузии. Будет описан метод восстановления/плавления, поскольку он используется как для производства SmCo 5 , так и для производства Sm 2 Co 17 . Сырье плавится в индукционной печи, наполненной аргоном. Смесь заливают в форму и охлаждают водой до образования слитка. Слиток измельчают, а частицы измельчают для дальнейшего уменьшения размера частиц. Полученный порошок прессуют в штампе желаемой формы в магнитном поле для ориентации магнитного поля частиц. Спекание проводится при температуре 1100–1250 °С, затем следует обработка на раствор при температуре 1100–1200 °С и окончательный отпуск на магните при температуре около 700–900 °С. [ нужна цитация ] Затем его измельчают и дополнительно намагничивают, чтобы улучшить его магнитные свойства. Готовая продукция тестируется, проверяется и упаковывается. [ нужна цитата ]
Самарий может быть заменен частью других редкоземельных элементов, включая празеодим , церий и гадолиний ; кобальт может быть заменен частью других переходных металлов, включая железо , медь и цирконий . [11]
Fender использовал один из звукоснимателей для электрогитары Samarium Cobalt Noiseless дизайнера Билла Лоуренса в модели Fender Vintage Hot Rod '57 Stratocaster . [12] Эти звукосниматели использовались в гитарах и бас-гитарах серии American Deluxe с 2004 по начало 2010 года. [13]
В середине 1980-х годов в некоторых дорогих наушниках, таких как Ross RE-278, использовались самарий-кобальтовые преобразователи «Супермагнит».
Другие варианты использования включают: