Τα νέα κράματα μαγνήτη ενεργοποιούν τις εφαρμογές εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας

Επιστήμονες από το Εθνικό Ινστιτούτο Υλικών ανακοίνωσαν πρόσφατα την ανάπτυξη νέων κραμάτων μετάλλων μετάπτωσης σπάνιων γαιών που μπορούν να λειτουργούν σταθερά σε θερμοκρασίες άνω των 500 μοιρών διατηρώντας ισχυρές μαγνητικές ιδιότητες. Αυτά τα νέα κράματα επιλύουν μια μακροχρόνια πρόκληση για εφαρμογές όπως μαγνητική ψύξη, μαγνητικά συστήματα ψύξης και μαγνητικά υποβοηθούμενη ανάφλεξη ορυκτών καυσίμων σε υψηλές θερμοκρασίες.

Οι συμβατικοί μαγνήτες που βασίζονται σε κράματα NdFeB και SmCo παρουσιάζουν μειωμένες μαγνητικές ιδιότητες πάνω από 300 μοίρες λόγω της μειωμένης ανισοτροπίας και της επιταχυνόμενης διάχυσης των στοιχείων σπάνιων γαιών. Για να αντιμετωπίσουν αυτό το ζήτημα, οι επιστήμονες κράμασαν στοιχεία σπάνιων γαιών με άφθονα μέταλλα μετάπτωσης όπως ο σίδηρος και το κοβάλτιο και βελτιστοποίησαν τη σύνθεση και τον έλεγχο της μικροδομής των κραμάτων. Διαπίστωσαν ότι η αύξηση του αριθμού των μεταλλοειδών όπως το Si και το Al και η μείωση του μεγέθους των κόκκων θα μπορούσαν να βελτιώσουν αποτελεσματικά τη σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες.

Τα πρόσφατα αναπτυγμένα κράματα επέδειξαν ισχυρό μαγνητισμό ακόμα και μετά από μακροχρόνια θερμική γήρανση στους 600 βαθμούς. Το μέγιστο ενεργειακό τους προϊόν στους 500 βαθμούς παρέμεινε υψηλότερο από 10 MGOe, συγκρίσιμο με τους εμπορικούς μαγνήτες NdFeB σε θερμοκρασία δωματίου. Το κόστος αυτών των κραμάτων είναι επίσης χαμηλότερο λόγω της μειωμένης χρήσης στοιχείων σπάνιων γαιών. Δείχνουν πολλά υποσχόμενες προοπτικές για εμπορευματοποίηση σε μαγνητικές συσκευές και εξαρτήματα υψηλής τεχνολογίας που λειτουργούν σε ακραία περιβάλλοντα.

Ωστόσο, η μαζική παραγωγή αυτών των νέων κραμάτων με επεκτάσιμο και οικονομικά αποδοτικό τρόπο παραμένει πρόκληση. Οι επιστήμονες πρότειναν ότι οι τεχνικές ταχείας στερεοποίησης και μηχανικών κραμάτων θα μπορούσαν να γεφυρώσουν το χάσμα μεταξύ της επιτυχίας σε εργαστηριακή κλίμακα και της βιομηχανικής εφαρμογής. Απαιτούνται συνεργασίες μεταξύ χωρών και κλάδων για την επιτάχυνση της μεταφοράς τεχνολογίας.

Αυτή η σημαντική ανακάλυψη ανοίγει το δρόμο για την επόμενη γενιά μαγνητών υψηλής θερμοκρασίας που δεν απαιτούν ακριβές προσθήκες δυσπροσίου και τερβίου. Η ευρύτερη υιοθέτηση αυτών των νέων κραμάτων θα μπορούσε να μειώσει την εξάρτηση από κρίσιμα υλικά και να βελτιώσει τη σταθερότητα της εφοδιαστικής αλυσίδας των στρατηγικών μαγνητικών προϊόντων. Συνολικά, αυτή η ανακάλυψη έχει σημαντικές επιπτώσεις για προηγμένες τεχνολογίες βιώσιμης ενέργειας και πρόωσης.