Ímã de samário-cobalto - Samarium–cobalt magnet

Um ímã de samário-cobalto (SmCo) , um tipo de ímã de terras raras , é um forte ímã permanente feito de dois elementos básicos samário e cobalto .

Eles foram desenvolvidos no início dos anos 1960 com base no trabalho feito por Karl Strnat na Base Aérea Wright-Patterson e Alden Ray na Universidade de Dayton . Em particular, Strnat e Ray desenvolveram a primeira formulação de SmCo 5 .

Os ímãs de samário-cobalto são geralmente classificados de forma semelhante em força aos ímãs de neodímio , mas têm classificações de temperatura mais altas e maior coercividade .

Atributos

Extremamente resistente à desmagnetização

Boa estabilidade de temperatura (temperaturas máximas de uso entre 250 ° C (523 K) e 550 ° C (823 K); temperaturas Curie de 700 ° C (973 K) a 800 ° C (1.070 K)

Caro e sujeito a flutuações de preço (o cobalto é sensível ao preço de mercado)

Os ímãs de samário-cobalto têm uma forte resistência à corrosão e resistência à oxidação, geralmente não precisam ser revestidos e podem ser amplamente usados ​​em altas temperaturas e em más condições de trabalho.

Eles são frágeis e propensos a rachar e lascar. Os ímãs de samário-cobalto têm produtos de energia máxima (BH máx. ) Que variam de 14 megagauss-oersteds (MG · Oe) a 33 MG · Oe, ou seja, aprox. 112 kJ / m 3 a 264 kJ / m 3 ; seu limite teórico é 34 MG · Oe, cerca de 272 kJ / m 3 .

Os ímãs sinterizados de samário-cobalto exibem anisotropia magnética , o que significa que só podem ser magnetizados no eixo de sua orientação magnética. Isso é feito alinhando-se a estrutura cristalina do material durante o processo de fabricação.

Comparação das propriedades físicas de ímãs de neodímio sinterizado e Sm-Co
Propriedade (unidade) Neodímio Sm-Co
Remanência (T) 1–1,5 0,8-1,16
Coercividade (MA / m) 0,875-2,79 0,493-2,79
Permeabilidade relativa (-) 1.05 1,05-1,1
Coeficiente de temperatura de remanência (% / K) –0,09 ..– 0,12 -0,03 ..- 0,05
Coeficiente de temperatura de coercividade (% / K) -0,40 ..- 0,65 -0,15 ..- 0,30
Temperatura Curie (° C) 310-370 700-850
Densidade (g / cm 3 ) 7,3-7,7 8,2-8,5
CTE , direção de magnetização (1 / K) (3–4) × 10 −6 (5–9) × 10 −6
CTE , direção normal para magnetização (1 / K) (1-3) × 10 -6 (10–13) × 10 −6
Resistência à flexão (N / mm 2 ) 200-400 150-180
Resistência à compressão (N / mm 2 ) 1000–1100 800-1000
Resistência à tração (N / mm 2 ) 80-90 35-40
Dureza Vickers (HV) 500-650 400-650
Resistividade elétrica (Ω · cm) (110-170) × 10 −6 (50–90) × 10 −6

Series

Os ímãs de samário-cobalto estão disponíveis em duas "séries", ou seja, ímãs SmCo 5 e ímãs Sm 2 Co 17 .

Série 1: 5

Essas ligas magnéticas de samário-cobalto (geralmente escritas como SmCo 5 ou SmCo Série 1: 5) têm um átomo de samário de terras raras por cinco átomos de cobalto. Em peso, essa liga de ímã normalmente contém 36% de samário com o restante de cobalto. Os produtos de energia dessas ligas de samário-cobalto variam de 16 MG · Oe a 25 MG · Oe, ou seja, aprox. 128–200 kJ / m 3 . Esses ímãs de samário-cobalto geralmente têm um coeficiente de temperatura reversível de -0,05% / ° C. A magnetização de saturação pode ser alcançada com um campo de magnetização moderado. Esta série de ímãs é mais fácil de calibrar para um campo magnético específico do que os ímãs da série SmCo 2:17.

Na presença de um campo magnético moderadamente forte, os ímãs não magnetizados desta série tentarão alinhar seu eixo de orientação ao campo magnético, tornando-se levemente magnetizados. Isso pode ser um problema se o pós-processamento exigir que o ímã seja folheado ou revestido. O leve campo que o ímã capta pode atrair detritos durante o processo de galvanização ou revestimento, causando falha do revestimento ou uma condição mecanicamente fora da tolerância.

B r varia com a temperatura e é uma das características importantes do desempenho do ímã. Algumas aplicações, como giroscópios inerciais e tubos de ondas viajantes (TWTs), precisam ter campo constante em uma ampla faixa de temperatura. O coeficiente de temperatura reversível (RTC) de B r é definido como

(∆B r / B r ) x (1 / ∆T) × 100%.

Para atender a esses requisitos, ímãs com compensação de temperatura foram desenvolvidos no final dos anos 1970. Para ímãs SmCo convencionais, B r diminui à medida que a temperatura aumenta. Por outro lado, para ímãs GdCo, B r aumenta à medida que a temperatura aumenta dentro de certas faixas de temperatura. Ao combinar samário e gadolínio na liga, o coeficiente de temperatura pode ser reduzido a quase zero.

Os ímãs SmCo 5 têm uma coercividade muito alta (força coerciva); ou seja, eles não são desmagnetizados facilmente. Eles são fabricados embalando pós magnéticos de grão largo de domínio único. Todos os domínios magnéticos estão alinhados com a direção do eixo fácil. Nesse caso, todas as paredes do domínio estão a 180 graus. Quando não há impurezas, o processo de reversão do ímã em massa é equivalente a ciscos de domínio único, onde a rotação coerente é o mecanismo dominante. Porém, devido à imperfeição de fabricação, impurezas podem ser introduzidas nos ímãs, que formam os núcleos. Nesse caso, como as impurezas podem ter menor anisotropia ou eixos fáceis desalinhados, suas direções de magnetização são mais fáceis de girar, o que quebra a configuração da parede do domínio de 180 °. Em tais materiais, a coercividade é controlada por nucleação. Para obter muita coercividade, o controle de impurezas é crítico no processo de fabricação.

Série 2:17

Essas ligas (escritas como Sm 2 Co 17 ou SmCo Série 2:17) são endurecidas pelo tempo com uma composição de dois átomos de samário de terras raras por 13-17 átomos de metais de transição (TM). O conteúdo de TM é rico em cobalto, mas contém outros elementos como ferro e cobre. Outros elementos como zircônio , háfnio e outros podem ser adicionados em pequenas quantidades para obter uma melhor resposta ao tratamento térmico. Em peso, a liga geralmente contém 25% de samário. Os produtos de energia máxima dessas ligas variam de 20 a 32 MGOe, o que é cerca de 160-260 kJ / m 3 . Essas ligas têm o melhor coeficiente de temperatura reversível de todas as ligas de terras raras, normalmente sendo -0,03% / ° C. Os materiais de "segunda geração" também podem ser usados ​​em temperaturas mais altas.

Em ímãs Sm 2 Co 17 , o mecanismo de coercividade é baseado na fixação da parede de domínio . As impurezas dentro dos ímãs impedem o movimento da parede do domínio e, portanto, resistem ao processo de reversão da magnetização . Para aumentar a coercividade, impurezas são adicionadas intencionalmente durante o processo de fabricação.

Produção

As ligas são normalmente usinadas no estado não magnetizado. O samário-cobalto deve ser moído usando um processo de retificação úmida (refrigerantes à base de água) e um rebolo de diamante. O mesmo tipo de processo é necessário para fazer furos ou outros recursos confinados. Os resíduos de trituração produzidos não devem secar completamente, pois o samário-cobalto tem um baixo ponto de ignição. Uma pequena faísca, como a produzida com eletricidade estática, pode facilmente iniciar a combustão. O fogo resultante produzido pode ser extremamente quente e difícil de controlar.

O método de redução / fusão e o método de redução / difusão são usados ​​para fabricar ímãs de samário-cobalto. O método de redução / fusão será descrito, uma vez que é usado para a produção de SmCo 5 e Sm 2 Co 17 . As matérias-primas são derretidas em um forno de indução preenchido com gás argônio. A mistura é lançada em um molde e resfriada com água para formar um lingote. O lingote é pulverizado e as partículas são posteriormente moídas para reduzir ainda mais o tamanho das partículas. O pó resultante é prensado em um molde com o formato desejado, em um campo magnético para orientar o campo magnético das partículas. A sinterização é aplicada a uma temperatura de 1100˚C – 1250˚C, seguida pelo tratamento da solução a 1100˚C – 1200˚C e o revenido é finalmente realizado no ímã em cerca de 700˚C – 900˚C. Em seguida, é aterrado e ainda mais magnetizado para aumentar suas propriedades magnéticas. O produto acabado é testado, inspecionado e embalado.

Samário pode ser substituído por uma porção de outros elementos de terras raras, incluindo praseodímio , cério e gadolínio ; o cobalto pode ser substituído por uma porção de outros metais de transição, incluindo ferro , cobre e zircônio .

Usos

Fones de ouvido vintage dos anos 80 usando ímãs de samário-cobalto

Fender usou uma das designer de Bill Lawrence 's samário cobalto silenciosas série de guitarra elétrica captadores em Fender Hot Rod Vintage '57 Stratocaster . Esses captadores foram usados ​​nas guitarras e baixos da American Deluxe Series de 2004 até o início de 2010.

Em meados da década de 1980, alguns fones de ouvido caros, como o Ross RE-278, usavam transdutores "Super Magnet" de samário-cobalto.

Outros usos incluem:

Veja também

Referências