Zastosowanie magnesów ziem rzadkich w silnikach

Jednym z ciekawszych znanych człowiekowi urządzeń magnetycznych jest pole sił magnetycznych, które może być wytworzone przez metal ziem rzadkich, taki jak żelazo, kobalt czy tytan. Pierwszym zastosowanym metalem ziem rzadkich był samar metalu ziem rzadkich, a później kadm metalu przejściowego. Nazywany także materiałem magnetycznym smaltokobaltowym (SMCo), został opracowany pod koniec lat 60. XX wieku i okazał się bardziej wydajny niż wcześniejsze materiały z magnesem trwałym. Od tego czasu do produkcji przedmiotów magnetycznych wykorzystano wiele innych metali ziem rzadkich.

Wszystkie metale o dużej gęstości można wykorzystać do produkcji magnesów trwałych ze względu na ich dużą liczbę właściwości odpychania elektrycznego i przyciągania. Wiele z tych stopów można dostosować tak, aby przybrały dowolny pożądany kształt. Te właściwości czynią je idealnymi do stosowania w zastosowaniach wymagających dużej wytrzymałości i lekkości. Niektóre z tych stopów, takie jak kobalt, tytan i stal, są już w powszechnym użyciu.

Inne stopy są bardziej kruche niż inne. Należą do nich stopy kobaltu, o których mówi się, że są mocniejsze i lżejsze od żelaza. Niektóre z innych, bardziej kruchych, obejmują tytan i nikiel. Opracowano także magnesy ziem rzadkich, które są obiecujące w zastosowaniach innych niż związane z elektrycznością. Na przykład silne magnesy są obecnie wykorzystywane do budowy miniaturowych magnesów do zasilania łodzi zdalnie sterowanych.

Kliknij, aby odwiedzić nasze produkty: Spiekany magnes NdFeB

Istnieje wiele różnych rodzajów pierwiastków ziem rzadkich, które mają różne atrakcyjne właściwości magnetyczne. Cyna, aluminium, miedź, nikiel i fosfor mają różną wytrzymałość i inne cechy, o których muszą pamiętać projektanci magnesów. Mogą również wytwarzać różne rodzaje jonów. Ważny jest także sposób wytwarzania tych jonów. Niektóre rodzaje pierwiastków ziem rzadkich wytwarzają jony ujemne, podczas gdy inne wytwarzają jony dodatnie. To właściwości wytwarzanych jonów odróżniają je od siebie.

Stopy o szczególnie dużej porowatości mogą wytwarzać silne pola elektromagnetyczne. Silne połączenie dwóch pierwiastków ziem rzadkich może wytworzyć rodzaj pola magnetycznego, który jest znacznie mniejszy niż pole elektryczne, ale jest wystarczająco silny, aby wywołać przyciąganie protonów. Na tej podstawie powstają niektóre z bardziej wydajnych silników używanych obecnie. Silniki takie wykorzystują pole magnetyczne do napędzania szeregu elektromagnesów, a aby je wzmocnić, magnesy są umieszczone w określonej orientacji.

Do bardziej powszechnych przykładów tych silników należą te wykonane przy użyciu magnesów nDFeb. Magnesy te, będące spinelami, mają szczególną orientację, która pozwala im reagować w określony sposób na powszechny, dobrze znany prąd elektryczny. Siła magnetyczna wytwarzana przez magnesy nDFeb o dużej sile magnetycznej jest wystarczająco silna, aby unieść samochód lub samolot w powietrze. Oprócz dużych rozmiarów, dzięki lekkiej konstrukcji mogą również poruszać się bardzo szybko. Są przeznaczone do zastosowań, w których potrzebne jest bardzo silne pole magnetyczne, np. w przestrzeni kosmicznej lub pod wodą.

Bardziej wydajne silniki wykorzystujące magnesy ziem rzadkich to te, w których głównym materiałem jest żelazo. Silniki te mają wiele zalet, z których najbardziej oczywistą jest to, że są w stanie wytrzymać silne pole magnetyczne przez długi czas. Stopy te mają dodatkową zaletę, że są w stanie przewodzić prąd elektryczny. Silniki zbudowane z tych stopów mogą napędzać wszystko, niezależnie od tego, czy jest to pojazd, statek czy dom: są solidne i trwałe, a ich zdolność do wytrzymywania silnego magnetyzmu sprawia, że ​​nadają się do wszelkiego rodzaju zastosowań.

Oprócz stosowania metali ziem rzadkich do budowy silników, firmy produkujące te silniki stosują również inne stopy, aby zwiększyć ich wytrzymałość i żywotność. Wiele stopów ma właściwości zwane borem, dzięki czemu są mocniejsze niż bardziej powszechne żelazo. Wiele innych stopów ma właściwości wolframu, który jest bardzo mocnym i plastycznym metalem. Większość tych stopów charakteryzuje się wyjątkowym ładunkiem elektrostatycznym, który pozwala im utrzymać bardzo silny ładunek elektryczny pod wpływem prądu przemiennego. Stopy te szczególnie dobrze nadają się do zastosowań, w których zużycie energii jest bardzo niskie lub gdzie muszą wytrzymywać silne pole magnetyczne przez długi czas.