Nieuwe magneetlegeringen maken toepassingen bij extreem hoge temperaturen mogelijk

Wetenschappers van het National Institute of Materials hebben onlangs de ontwikkeling aangekondigd van nieuwe zeldzame aarde-overgangsmetaallegeringen die stabiel kunnen werken bij temperaturen boven de 500 graden, terwijl ze sterke magnetische eigenschappen behouden. Deze nieuwe legeringen lossen een langdurige uitdaging op voor toepassingen zoals magnetische koeling, magnetische koelsystemen en magnetisch ondersteunde fossiele brandstofontsteking bij hoge temperaturen.

Conventionele magneten op basis van NdFeB- en SmCo-legeringen vertonen verminderde magnetische eigenschappen boven 300 graden vanwege de verminderde anisotropie en versnelde diffusie van zeldzame aardmetalen. Om dit probleem aan te pakken, hebben de wetenschappers zeldzame aardmetalen gelegeerd met overvloedige overgangsmetalen zoals ijzer en kobalt, en de samenstelling en microstructuurcontrole van legeringen geoptimaliseerd. Ze ontdekten dat het verhogen van het aantal metalloïden zoals Si en Al en het verkleinen van de korrelgrootte effectief de stabiliteit bij hoge temperaturen kon verbeteren.

De nieuw ontwikkelde legeringen vertoonden een sterk magnetisme, zelfs na langdurige thermische veroudering bij 600 graden. Hun maximale energieproduct bij 500 graden bleef hoger dan 10MGOe, vergelijkbaar met commerciële NdFeB-magneten bij kamertemperatuur. De kosten van deze legeringen zijn ook lager vanwege het verminderde gebruik van zeldzame aardmetalen. Ze tonen veelbelovende vooruitzichten voor commercialisering in hoogwaardige magnetische apparaten en componenten die in extreme omgevingen werken.

Massaproductie van deze nieuwe legeringen op een schaalbare en kosteneffectieve manier blijft echter een uitdaging. De wetenschappers suggereerden dat snelle stolling en mechanische legeringstechnieken de kloof tussen succes op laboratoriumschaal en industriële toepassing zouden kunnen overbruggen. Samenwerkingen tussen landen en disciplines om technologieoverdracht te versnellen zijn nodig.

Deze doorbraak maakt de weg vrij voor de volgende generatie hogetemperatuurmagneten die geen dure toevoegingen van dysprosium en terbium vereisen. Een bredere acceptatie van deze nieuwe legeringen zou de afhankelijkheid van kritieke materialen kunnen verminderen en de stabiliteit van de toeleveringsketen van strategische magnetische producten kunnen verbeteren. Over het geheel genomen heeft deze ontdekking belangrijke implicaties voor geavanceerde duurzame energie- en voortstuwingstechnologieën.