Istraživači sa Instituta za kritične materijale, centra za inovacije u američkom Ministarstvu energetike, koje vodi Ames National Laboratori, razvili su novu metodu za proizvodnju trajnih magneta visokih performansi.
Ovaj novi proces „Hot-roll Nano Neo Magnet“ proizvodi nanozrna neodimijumski permanentni magnet upakovan u nerđajući čelik u jednostavnom, komercijalno skalabilnom procesu. Ovaj proces je polu-kontinuiran, u poređenju sa serijskim procesima koji se trenutno koriste u industriji, što ga čini jeftinijim i energetski efikasnijim.
Neodimijum gvožđe-bor (Neo) permanentni magneti su sve važniji za razne tehnologije, uključujući turbine na vetar, električne automobile i mobilne telefone. U mnogim primenama, trajni magneti moraju da funkcionišu na visokim temperaturama. Nažalost, čak i umerene temperature oko 150°C (302°F) pogoršavaju performanse trajnih magneta.
Prema Junu Cuiju, naučniku iz laboratorije Ames, najveći izazov stvaranja trajnih magneta je povećanje njihove otpornosti na demagnetizaciju na visokim temperaturama. On je objasnio dva načina za rešavanje ovog izazova. Prvi je dodavanje disprozijuma Neo magnetu. Međutim, DOE i mnoge druge zemlje navode disprozijum kao kritičan materijal, što znači da je dostupan u veoma ograničenoj ponudi. Drugi način je proizvodnja magneta koji imaju male veličine zrna započinjanjem proizvodnog procesa sa mnogo manjim česticama magnetnog materijala.
Cui je objasnio: „Postoje dva tradicionalna načina pravljenja magneta. Jedan je da napravite puno praha određene veličine, tri mikrona do pet mikrona, to je obično veličina. A ti puderi su strašno osetljivi na vazduh. Toliko je osetljiv da može da se zapali, tako da sa svime morate pažljivo da rukujete“. Drugi uključuje početak sa prahovima koji su manji, umesto da se mere u mikronima, oni se mere u nanometrima. Za referencu, ljudska kosa je obično prečnika 70 mikrona, a jedan mikron je jednak 1.000 nanometara.
Prahovi veličine mikrona su izloženi magnetnom polju da bi magnetni polovi svake čestice bili usmereni u istom smeru, a zatim se kompaktirali. Nakon toga se spajaju u jedan čvrsti, potpuno gust materijal. Za Neo magnet koji sadrži disprozijum, proces sinterovanja uključuje zagrevanje materijala do ekstremno visokih temperatura da bi se magnet zgusnuo.
Za metodu nanočestica, praškovi ne sadrže nikakav disprozijum, ali moraju biti izuzetno čvrsto upakovani za početak, zatim prolazi kroz dve faze vruće deformacije da bi se magnet zgusnuo. Kada se ovi magneti formiraju, oni su i dalje osetljivi na vazduh, tako da prolaze kroz završni proces premazivanja gde su obloženi niklom.
Nova metoda koju su Cui i njegov tim razvili pojednostavljuje proces. „Na kraju tek počinjemo kao prah, a zatim ih pakujemo u cev od nerđajućeg čelika. Pakujemo ih stvarno gusto i onda ih samo toplo uvaljamo“, objasnio je Cui. „Zagrejemo ga, a zatim ga pošaljemo u valjaonicu i onda cela stvar jednostavno prođe.
Cui je spomenuo nekoliko prednosti ovog novog procesa. Prvo, nije potrebna vakuumska peć za zaštitu magnetnih materijala od vazduha, jer je cev od nerđajućeg čelika potpuno zaptivena. Drugo, mogu napraviti tanje magnete koji održavaju svoj strukturni integritet i magnetna svojstva. Treće, eliminiše korak premazivanja, pošto materijali ostaju u kućištu od nerđajućeg čelika tokom celog procesa. Konačno, umesto serijskog procesa, „Možemo kontinuirano da pravimo veoma dugačke magnete, koji se mogu iseći na brojne manje magnete“, rekao je Cui. „Dakle, sada odjednom gledate na potpuno nov način pravljenja magneta koji je isplativ.“
