Japońscy naukowcy proponują nowy materiał do zastosowania w magnesach trwałych silników EV

Japoński Narodowy Instytut Materiałoznawstwa (NIMS) we współpracy z Uniwersytetem Tohoku Gakuin zbadał Samar (Sm) - pierwiastek chemiczny wykorzystywany w magnesach samarowo-kobaltowych, które były zasadniczo droższymi poprzednikami tych Ne-Fe-B.

Samar to kolejny metal rzadki, jednak według NIMS opracowano materiał zawierający niewielką ilość pierwiastków należących do tej grupy. Jest on wystarczający do zastosowania w samochodowych silnikach elektrycznych oraz wykazuje lepsze właściwości magnetyczne niż magnesy neodymowe, nawet po uformowaniu go w cienką warstwę.

Materiałem jest anizotropowy Sm (Fe0,8Co0,2) 12, domieszkowany borem, w którym żelazo zastępuje część kobaltu. Należy on do rodziny magnesów samarowo-żelazowo-kobaltowych.

- Wśród pierwiastków ziem rzadkich Nd i Sm mają mniej więcej podobną naturalną wartość. Chcemy jednak używać mniej pierwiastków ziem rzadkich w magnesach trwałych, co ma miejsce w przypadku związków opartych na Sm (Fe, Co) 12 w porównaniu z magnesami Nd-Fe-B. Ponadto, rozszerzenie zastosowania różnych pierwiastków ziem rzadkich jest jedną ze strategii pozwalających uniknąć w przyszłości niedoboru pierwiastków tego typu, biorąc pod uwagę stale rosnące zapotrzebowanie na obecnie stosowane magnesy na bazie Nd-Fe-B - powiedział Hossein Sepehri-Amin, naukowiec z NIMS.

W 2017 roku NIMS potwierdził, że Sm (Fe0,8Co0,2) 12 może wyprzeć magnesy neodymowe pod względem magnetyzacji, anizotropii magnetokrystalicznej i temperatury Curie, ale pozostawał zbyt daleko w tyle pod względem koercji.

Kluczem do tych badań była obserwacja, że ​​magnesy neodymowe o wysokiej koercji mają hetrogeniczną strukturę - składają się z ułożonych mikroskopijnych kryształów Nd2Fe14B, blisko siebie, ale oddzielonych ok. 3-nanometrowymi ściankami amorficznej wersji tego samego materiału.

Skłoniło to grupę do wypróbowania Sm (Fe0.8Co0.2) 12 w zakresie przyjęcia tej samej struktury, którą udało im się uzyskać poprzez domieszkowanie go borem. Bogaty w bor Sm (Fe0.8Co0.2) 12 ma tendencję do tworzenia ścianek amorficznych, podczas gdy ubogi w bor Sm (Fe0.8Co0.2) 12 nadal tworzy kryształy oddzielone 3-nanometrowymi odległościami.

NIMS wskazuje, że związek ten ma anizotropową, ziarnistą mikrostrukturę, co pozwala mu wykazywać resztkowe namagnesowanie większe niż to wykazywane przez inne związki na bazie SmFe12. W rezultacie wykazywał dużą koercję wynoszącą 1,2 tesli (T) w połączeniu z dużą remanentną magnetyzacją 1,5 T, znacznie większą niż wcześniej opracowane związki magnetyczne na bazie SmFe12. Może on służyć jako materiał do nowych magnesów zdolnych wyprzeć te neodymowe. Koercja jest również stabilna w wysokiej temperaturze, odporna na odwrócenie magnesowania.

- Magnesy na bazie Sm (Fe, Co) 12, które nie wymagają ciężkich pierwiastków ziem rzadkich, takich jak Dy, wykazują dużą stabilność termiczną koercji, nawet lepszą niż magnesy Nd-Fe-B i (Nd, Dy) -Fe-B - powiedział Sepehri-Amin.