تاريخ المغناطيس الدائم الأرضي النادر للمحركات

العناصر الأرضية النادرة(مغناطيس دائم الأرض النادرة) عبارة عن 17 عنصرًا معدنيًا في منتصف الجدول الدوري (الأرقام الذرية 21 و 39 و 57-71) التي لها خصائص فلورية وموصلة ومغناطيسية غير عادية تجعلها غير متوافقة مع المعادن الأكثر شيوعًا مثل الحديد) مفيدة جدًا عندما مخلوط أو مخلوط بكميات صغيرة. من الناحية الجيولوجية ، العناصر الأرضية النادرة ليست نادرة بشكل خاص. توجد رواسب هذه المعادن في أجزاء كثيرة من العالم ، وبعض العناصر موجودة تقريبًا بنفس المقدار مثل النحاس أو القصدير. ومع ذلك ، لم يتم العثور على العناصر الأرضية النادرة بتركيزات عالية جدًا وغالبًا ما يتم خلطها مع بعضها البعض أو مع العناصر المشعة مثل اليورانيوم. تجعل الخصائص الكيميائية للعناصر الأرضية النادرة من الصعب فصلها عن المواد المحيطة بها ، كما أن هذه الخصائص تجعل من الصعب تنقيتها. تتطلب طرق الإنتاج الحالية كميات كبيرة من الخام وتولد كميات كبيرة من النفايات الخطرة لاستخراج كميات صغيرة فقط من المعادن الأرضية النادرة ، مع النفايات من طرق المعالجة بما في ذلك المياه المشعة والفلور السام والأحماض.

كانت أقدم المغناطيسات الدائمة التي تم اكتشافها هي المعادن التي وفرت مجالًا مغناطيسيًا مستقرًا. حتى أوائل القرن التاسع عشر ، كانت المغناطيسات هشة وغير مستقرة ومصنوعة من الفولاذ الكربوني. في عام 1917 ، اكتشفت اليابان فولاذ مغناطيسي كوبالت ، مما أدى إلى تحسينات. استمر أداء المغناطيس الدائم في التحسن منذ اكتشافها. بالنسبة إلى Alnicos (سبائك Al / Ni / Co) في ثلاثينيات القرن الماضي ، تجلى هذا التطور في الحد الأقصى لعدد منتجات الطاقة المتزايدة (BH) ، مما أدى إلى تحسن كبير في عامل جودة المغناطيس الدائم ، ولحجم معين من المغناطيس ، يمكن تحويل كثافة الطاقة القصوى إلى طاقة يمكن استخدامها في الآلات التي تستخدم المغناطيس.

تم اكتشاف أول مغناطيس حديدي بالصدفة في عام 1950 في مختبر الفيزياء التابع لشركة Philips Industrial Research في هولندا. قام أحد المساعدين بتركيبها عن طريق الخطأ - كان من المفترض أن يعد عينة أخرى للدراسة كمادة أشباه الموصلات. وجد أنه مغناطيسي بالفعل ، لذلك تم تمريره إلى فريق البحث المغناطيسي. بسبب أدائها الجيد كمغناطيس وتكلفة إنتاج أقل. على هذا النحو ، كان منتجًا طورته Philips يمثل بداية زيادة سريعة في استخدام المغناطيس الدائم.

في الستينيات ، أول مغناطيس أرضي نادر(مغناطيس دائم الأرض النادرة)مصنوعة من سبائك عنصر اللانثانيد ، الإيتريوم. إنها أقوى مغناطيس دائم مع مغنطة عالية التشبع ومقاومة جيدة لإزالة المغناطيسية. على الرغم من أنها باهظة الثمن وهشة وغير فعالة في درجات الحرارة المرتفعة ، إلا أنها بدأت في السيطرة على السوق حيث أصبحت تطبيقاتها أكثر صلة. أصبحت ملكية أجهزة الكمبيوتر الشخصية منتشرة على نطاق واسع في الثمانينيات ، مما أدى إلى ارتفاع الطلب على المغناطيس الدائم لمحركات الأقراص الثابتة.

تم تطوير سبائك مثل السماريوم والكوبالت في منتصف الستينيات مع الجيل الأول من المعادن الانتقالية والأتربة النادرة ، وفي أواخر السبعينيات ، ارتفع سعر الكوبالت بشدة بسبب الإمدادات غير المستقرة في الكونغو. في ذلك الوقت ، كان أعلى مغناطيس دائم من السماريوم والكوبالت (BH) هو الأعلى وكان على مجتمع البحث استبدال هذه المغناطيسات. بعد بضع سنوات ، في عام 1984 ، تم اقتراح تطوير مغناطيس دائم على أساس Nd-Fe-B لأول مرة بواسطة Sagawa et al. باستخدام تقنية المسحوق المعدني في سوميتومو سبيشال ميتالز ، باستخدام عملية الغزل الذائب من جنرال موتورز. كما هو موضح في الشكل أدناه ، تحسن (BH) max على مدار ما يقرب من قرن من الزمان ، بدءًا من ≈1 MGOe للصلب ووصل إلى حوالي 56 MGOe لمغناطيس NdFeB على مدار العشرين عامًا الماضية.

أصبحت الاستدامة في العمليات الصناعية مؤخرًا أولوية ، وفتحت العناصر الأرضية النادرة ، التي اعترفت الدول بها كمواد خام رئيسية نظرًا لارتفاع مخاطر الإمداد بها وأهميتها الاقتصادية ، مجالات للبحث في مغناطيس دائم جديد نادر خالٍ من الأرض. يتمثل أحد التوجهات البحثية المحتملة في إلقاء نظرة على أقدم المغناطيسات الدائمة المطورة ، ومغناطيس الفريت ، ودراستها بشكل أكبر باستخدام جميع الأدوات والأساليب الجديدة المتاحة في العقود الأخيرة. تعمل العديد من المنظمات الآن على مشاريع بحثية جديدة تأمل في استبدال المغناطيسات الأرضية النادرة ببدائل أكثر اخضرارًا وفعالية.