Самарий -кобальтовый (SmCo) магнит, тип 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 работы, проделанной Карлом Стрнатом на авиабазе Райт-Паттерсон и Олденом Рэем в Дейтонском университете . В частности, Стрнат и Рэй разработали первую формулу SmCo 5 . [1] [2]
Самарий-кобальтовые магниты, как правило, имеют такую же прочность, как и неодимовые магниты , [3], но имеют более высокие температурные характеристики и более высокую коэрцитивную силу .
Некоторые свойства самария-кобальта:
Спеченные самарий-кобальтовые магниты проявляют магнитную анизотропию , то есть они могут быть намагничены только по оси своей магнитной ориентации. Это достигается путем выравнивания кристаллической структуры материала в процессе производства.
Самарий-кобальтовые магниты доступны в двух «сериях», а именно магниты SmCo 5 и магниты Sm 2 Co 17. [7] [8]
Эти самариево-кобальтовые магнитные сплавы (обычно обозначаемые как SmCo 5 или SmCo Series 1:5) имеют один атом редкоземельного самария на пять атомов кобальта. По весу этот магнитный сплав обычно содержит 36% самария с остатком кобальта . [9] Энергетические продукты этих самариево-кобальтовых сплавов варьируются от 16 МГ·Э до 25 МГ·Э, то есть приблизительно 128–200 кДж/м 3 . Эти самариево-кобальтовые магниты обычно имеют обратимый температурный коэффициент -0,05%/°C. Насыщенное намагничивание может быть достигнуто с помощью умеренного намагничивающего поля. Эту серию магнитов легче калибровать для определенного магнитного поля, чем магниты серии SmCo 2:17.
В присутствии умеренно сильного магнитного поля ненамагниченные магниты этой серии будут пытаться выровнять свою ось ориентации с магнитным полем, таким образом, становясь слегка намагниченными. Это может быть проблемой, если постобработка требует, чтобы магнит был покрыт или покрыт. Слабое поле, которое улавливает магнит, может притягивать мусор во время процесса нанесения покрытия или покрытия, вызывая разрушение покрытия или состояние механического выхода за пределы допуска.
B r дрейфует с температурой, и это одна из важных характеристик производительности магнита. Некоторые приложения, такие как инерциальные гироскопы и лампы бегущей волны (ЛБВ), требуют постоянного поля в широком диапазоне температур. Обратимый температурный коэффициент (RTC) B r определяется как
Для удовлетворения этих требований в конце 1970-х годов были разработаны магниты с температурной компенсацией. Для обычных магнитов SmCo B r уменьшается с ростом температуры. Наоборот, для магнитов GdCo B r увеличивается с ростом температуры в определенных температурных диапазонах. Объединив самарий и гадолиний в сплаве, температурный коэффициент можно снизить почти до нуля.
Магниты SmCo 5 имеют очень высокую коэрцитивность (коэрцитивную силу); то есть они нелегко размагничиваются. Они изготавливаются путем упаковки широкозернистых однодоменных магнитных порошков. Все магнитные домены выровнены по направлению легкой оси. В этом случае все доменные стенки находятся под углом 180 градусов. Когда нет примесей, процесс реверсирования объемного магнита эквивалентен однодоменным частицам, где доминирующим механизмом является когерентное вращение. Однако из-за несовершенства изготовления в магниты могут быть введены примеси, которые образуют зародыши. В этом случае, поскольку примеси могут иметь более низкую анизотропию или невыровненные легкие оси, их направления намагничивания легче вращать, что нарушает конфигурацию доменной стенки 180°. В таких материалах коэрцитивность контролируется зародышеобразованием. Чтобы получить большую коэрцитивность, контроль примесей имеет решающее значение в процессе изготовления.
Эти сплавы (называемые Sm 2 Co 17 , или SmCo Series 2:17) упрочнены старением с составом из двух атомов редкоземельного самария на 13–17 атомов переходных металлов (ПМ). Содержание ПМ 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 термическую обработку. По весу сплав обычно будет содержать 25% самария. Максимальные энергетические продукты этих сплавов находятся в диапазоне от 20 до 32 MGOe, 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 могут использоваться при более высоких температурах. [10]
В магнитах Sm 2 Co 17 механизм коэрцитивности основан на закреплении доменных стенок . Примеси внутри магнитов препятствуют движению доменных стенок и тем самым противостоят процессу перемагничивания . Для увеличения коэрцитивности примеси намеренно добавляются в процессе изготовления.
Самарий-кобальтовые сплавы обычно обрабатываются в ненамагниченном состоянии. Самарий-кобальт следует шлифовать с использованием процесса мокрой шлифовки (охлаждающие жидкости на водной основе) и алмазного шлифовального круга. Тот же тип процесса требуется при сверлении отверстий или других ограниченных элементов. Образующиеся при шлифовке отходы не должны полностью высохнуть, поскольку самарий-кобальт имеет низкую температуру воспламенения. Небольшая искра, например, вызванная статическим электричеством, может легко инициировать возгорание. [11] Возникающий в результате пожар может быть чрезвычайно горячим и его трудно контролировать. [ оригинальное исследование? ]
Метод восстановления/расплавления и метод восстановления/диффузии используются для производства самариево-кобальтовых магнитов. Метод восстановления/расплавления будет описан, поскольку он используется как для производства SmCo 5 , так и для производства Sm 2 Co 17. Сырье плавят в индукционной печи, заполненной аргоновым газом. Смесь отливают в форму и охлаждают водой, чтобы сформировать слиток. Слиток измельчают, а частицы дополнительно измельчают для дальнейшего уменьшения размера частиц. Полученный порошок прессуют в пресс-форме желаемой формы в магнитном поле для ориентации магнитного поля частиц. Спекание применяется при температуре 1100˚C–1250˚C, за которым следует обработка на твердый раствор при 1100˚C–1200˚C, и, наконец, выполняется отпуск магнита при температуре около 700˚C–900˚C. [ необходима цитата ] Затем его измельчают и дополнительно намагничивают для повышения его магнитных свойств. Готовый продукт тестируется, проверяется и упаковывается. [ необходима 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 . [12]
Fender использовал один из звукоснимателей серии Samarium Cobalt Noiseless дизайнера Билла Лоуренса в модели Fender Vintage Hot Rod '57 Stratocaster . [13] Эти звукосниматели использовались в гитарах и бас-гитарах American Deluxe Series с 2004 по начало 2010 года. [14]
Самарий-кобальтовые (SmCo) магниты используются в аэрокосмической и оборонной промышленности из-за их исключительных магнитных свойств. [15] Они используются в высокопроизводительных двигателях и приводах , прецизионных датчиках и гироскопах , а также в спутниковых системах, где стабильность и надежность имеют важное значение. [16] Они также используются в медицинских технологиях, включая аппараты МРТ , кардиостимуляторы и медицинские насосы. [17]
В середине 1980-х годов в некоторых дорогих наушниках, таких как Ross RE-278, использовались самарий-кобальтовые преобразователи «Super Magnet».
Другие области применения включают: