Самарий-кобальтовые магниты (SmCo): особенности, характеристики, производство и применение

Самарий-кобальтовые магниты (SmCo) относятся к редкоземельным элементам. Основные производимые типы имеют химический состав SmCo₅ и Sm₂Co₁₇. Они очень популярны и являются вторыми по силе типом магнитов, менее сильными, чем неодимовые магниты, но, при этом, они имеют более высокие рабочие температуры и более высокую коэрцитивную силу. Такие магниты очень хорошо противостоят коррозии, но они хрупкие, склонны к растрескиванию и сколам.

Их изготавливают аналогично неодимовым магнитам путем прессования в магнитном поле и последующего спекания.

Они представляют группу со второй по величине внутренней энергии после неодимовых магнитов (NdFeB). Так как они очень устойчивы к коррозии и не требуют обработки поверхности, то такие магниты лучшее неодимовых по работе при высоких температурах и неблагоприятных условиях.

Кроме того, в отличие от неодимовых (Nd) магнитов в магнитах из SmCo используются более широко доступные материалы, которые по своей природе стабильны при температурах значительно выше точки Кюри. Это делает ценообразование на SmCo более стабильным и менее подверженным рыночным изменениям.

Их недостаток — более высокая цена. Другими их недостатками являются высокая хрупкость, низкое сопротивление растягивающим усилиям и особенно высокая склонность к раскалыванию.

Самарий-кобальтовые магниты чрезвычайно устойчивы к внешним полям размагничивания из-за высокого значения максимальной энергии Hc_max. Эта особенность делает самариево-кобальтовые магниты особенно подходящими для электромеханических применений.

Эти магниты могут использоваться при значительно более высоких температурах, чем неодимовые магниты, максимальная рабочая температура магнитов SmCo составляет от 250 до 300 °C. Их температурный коэффициент составляет 0,04% при 1 °С.

Еще одним фактором, влияющим на сопротивление магнита, является его форма и возможное наличие внешнего магнитопровода. Тонкие магниты (с типичной формой стержня) размагничиваются легче, чем толстые магниты.

SmCo магниты из самария и кобальта были разработаны Альбертом Гейлом и Дилипом К. Дасом и их командой из Raytheon Corporation в 1970 году.

Для изготовления самарий-кобальтовых  магнитов сырье плавится в индукционной печи, заполненной аргоном. Смесь выливают в изложницу и охлаждают водой до образования слитка. Слиток измельчается, а частицы измельчаются для уменьшения их размера. Полученный порошок прессуют в магнитном поле в матрицу желаемой формы для желаемой ориентации магнитного поля.

Спекание проводят при температуре 1100–1250 °C, затем обрабатывают раствором при 1100–1200 °C. Наконец, его отпускают при температуре примерно 700-900 °C. Затем он заземляется и дополнительно намагничивается для увеличения магнитной силы. Готовый продукт тестируется, проверяется и готовится к отгрузке покупателям.

Таким образом, процесс производства SmCo аналогичен производству неодимовых магнитов — прессование в магнитном поле и последующее спекание.

Самарий-кобальтовый магнитный материал очень хрупкий, что затрудняет использование станков при их изготовлении. Хрупкость, связанная с зерном (кристаллической структурой) металлического порошка, не позволяет использовать твердосплавные инструменты.

Большинство магнитных материалов обрабатываются в немагнитном состоянии, а обработанный впоследствии магнит намагничивается до насыщения. Для сверления отверстий в таких магнитах используется алмазный инструмент и охлаждающая жидкость на водной основе.

Отходы измельчения не должны быть полностью сухими, так как самарий-кобальт имеет низкую температуру вспышки, всего 150–180 °C. Небольшая искра, например, вызванная статическим электричеством, может легко вызвать возгорание материала. Получающееся в результате пламя становится очень горячим, и его трудно контролировать.

Самарий-кобальтовые магниты чрезвычайно сильны и требуют большого намагничивающего поля. Анизотропный характер спеченных магнитов из самария и кобальта приводит к единственному направлению намагничивания. Оно во время намагничивания должно сохраняться, когда магнит помещается в окончательную сборку.

Направление намагничивания измеряется индикатором, который определяет определенный магнитный полюс для данной машины или оборудования во время производства.

Самарий-кобальтовые магниты широко используются в автомобильной, аэрокосмической, оборонной и промышленной сфере в различном оборудовании, аппаратах и приборах, таких как электродвигатели, электрогенераторы, электромагнитные муфты, микрофоны, динамики, в устройствах распыления для вакуумного нанесения покрытий, датчиках Холла, ускорителях частиц и многих других устройствах.