Haruldaste muldmetallide püsimagnetite ajalugu mootoritele

haruldased muldmetallid (haruldaste muldmetallide püsimagnetid) on perioodilisuse tabeli keskel 17 metallilist elementi (aatomnumbrid 21, 39 ja 57–71), millel on ebaharilikud fluorestseeruvad, juhtivad ja magnetilised omadused, mis muudavad need kokkusobimatuks enamlevinud metallidega, nagu raud), on väga kasulik, kui legeeritud või segatud väikestes kogustes. Geoloogiliselt võttes pole haruldased muldmetallid eriti haruldased. Nende metallide ladestusi leidub paljudes maailma paikades ja mõningaid elemente leidub ligikaudu samas koguses kui vaske või tina. Haruldasi muldmetalli elemente pole aga kunagi leitud väga kõrges kontsentratsioonis ja sageli segunevad need omavahel või radioaktiivsete elementidega, nagu uraan. Haruldaste muldmetallide elementide keemilised omadused muudavad nende eraldamise ümbritsevatest materjalidest keeruliseks ja need omadused muudavad ka neid raskesti puhastatavaks. Praegused tootmismeetodid nõuavad suurtes kogustes maagi ja tekitavad suures koguses ohtlikke jäätmeid, et eraldada ainult väikeses koguses haruldasi muldmetalle, kusjuures töötlemismeetodite jäätmed, sealhulgas radioaktiivne vesi, mürgine fluor ja happed.

Varaseimad avastatud püsimagnetid olid mineraalid, mis tagasid stabiilse magnetvälja. Kuni 19. sajandi alguseni olid magnetid haprad, ebastabiilsed ja valmistatud süsinikterasest. 1917. aastal avastas Jaapan koobaltmagnetterase, mida täiustati. Püsimagnetite jõudlus on pärast nende avastamist jätkuvalt paranenud. Alnicose (Al/Ni/Co sulamid) puhul avaldus 1930. aastatel see areng suurenenud energiatoote (BH)max maksimaalses arvus, mis parandas oluliselt püsimagnetite kvaliteeditegurit ning antud magneti mahu puhul maksimaalset energiatihedust saab teisendada võimsuseks, mida saab kasutada magneteid kasutavates masinates.

Esimene ferriitmagnet avastati kogemata 1950. aastal Hollandis Philipsi tööstusuuringutele kuuluvas füüsikalaboris. Üks assistent sünteesis selle kogemata – ta pidi valmistama teise proovi, mida pooljuhtmaterjalina uurida. Leiti, et see oli tegelikult magnetiline, nii et see anti edasi magnetiuuringute meeskonnale. Tänu heale magnetina toimimisele ja madalamale tootmiskulule. Sellisena oli see Philipsi väljatöötatud toode, mis tähistas püsimagnetite kasutamise kiire kasvu algust.

1960. aastatel esimesed haruldaste muldmetallide magnetid(haruldaste muldmetallide püsimagnetid)olid valmistatud lantaniidelemendi ütriumi sulamitest. Need on tugevaimad püsimagnetid, millel on kõrge küllastusmagnetiseeritus ja hea demagnetiseerimiskindlus. Kuigi need on kallid, haprad ja kõrgel temperatuuril ebatõhusad, hakkavad nad turul domineerima, kuna nende rakendused muutuvad asjakohasemaks. Personaalarvutite omamine sai laialt levinud 1980. aastatel, mis tähendas suurt nõudlust kõvaketaste püsimagnetite järele.

Sellised sulamid nagu samarium-koobalt töötati välja 1960. aastate keskel koos esimese põlvkonna siirdemetallide ja haruldaste muldmetallidega ning 1970. aastate lõpus tõusis koobalti hind Kongo ebastabiilse tarne tõttu tõsiselt. Sel ajal oli samarium-koobalti püsimagnetite (BH)max kõrgeim väärtus ja teadlaskond pidi need magnetid välja vahetama. Mõni aasta hiljem, 1984. aastal, pakkusid Nd-Fe-B-l põhinevate püsimagnetite väljatöötamist esmakordselt välja Sagawa jt. Kasutades Sumitomo Special Metalsi pulbermetallurgia tehnoloogiat, kasutades General Motorsi sulaketrusprotsessi. Nagu on näidatud alloleval joonisel, on (BH)max paranenud peaaegu sajandi jooksul, alustades ≈1 MGOe terasest ja jõudes umbes 56 MGOe NdFeB magnetite puhul viimase 20 aasta jooksul.

Jätkusuutlikkus tööstusprotsessides on viimasel ajal muutunud prioriteediks ning haruldaste muldmetallide elemendid, mida riigid on oma suure tarneriski ja majandusliku tähtsuse tõttu peamiseks tooraineks tunnistanud, on avanud valdkondi uute haruldaste muldmetallideta püsimagnetite uurimisele. Üks võimalik uurimissuund on vaadata tagasi kõige varasematele väljatöötatud püsimagnetitele, ferriitmagnetitele ja uurida neid edasi, kasutades kõiki viimastel aastakümnetel kättesaadavaid uusi vahendeid ja meetodeid. Mitmed organisatsioonid töötavad praegu uute uurimisprojektide kallal, mille eesmärk on asendada haruldaste muldmetallide magnetid rohelisemate ja tõhusamate alternatiividega.