Материал самарий-кобальт (SmCo) впервые был использован в конце 70-х годов прошлого века в Дэйтонском университете в рамках одного из проектов ВВС США. Энергия магнитного поля этого материала оказалась значительно более высокой, чем у Альнико, а температурная стабильность - просто превосходной.
Как магниты SmCo, так и Альнико широко используются в оборонной промышленности. Ферритовые магниты не так часто применяются в этой области из-за их температурной нестабильности и низкой коэрцитивной силы при низких температурах.
Достоинства магнитов SmCo включают в себя высокие остаточную намагниченность Br (до 11.5 кГ), коэрцитивную силу Hci(от 5.5 до 25 кЭ) и высокую температуру Кюри. Существует две марки SmCo: 1:5 -сплав, у которого температура Кюри 750 0С, и 2:17 -сплав с температурой Кюри 825 0С. Магниты SmCo имеют очень хорошую температурную стабильность 0.035 (% / 0С), их температурный коэффициент индукции чуть больше, чем у Альнико. Они также обладают достаточно высоким значением энергетического произведения (BH)max на единицу объёма ( (BH)max изменяется в пределах от 16 до 30 МГ*Э).
Недостатками магнитов SmCo являются их высокая стоимость и хрупкость. Это самый дорогой из имеющихся магнитных материалов. Высокая цена материала определяется использованием в нём дорогих редкоземельных металлов. В частности, технология очистки самария достаточно дорога, так же, как и кобальта, который широко используется в производстве сталей высоких марок.
Из двух сплавов - 1:5 и 2:17 – менее дорогим (на 10-15 %) является сплав 2:17, поскольку в нем небольшая часть используемого кобальта замещена железом, и содержание самария также меньше, чем в чистом сплаве 1:5. Выпуск магнитов из сплава 2:17 пока на 50 % выше, чем из сплава 1:5. Разработанные из сплава 2:17 магнитные системы имеют большую магнитную энергию, при этом сплав 2:17 производит ту же работу, что и сплав 1:5, и имеет меньшую стоимость. Второй существенный недостаток материала SmCo – это его хрупкость. Заказчикам обычно советуют иметь магниты SmCo с фасками радиусом скругления 0,004 дюйма.
Тем не менее, во многих военных разработках, где требуется стабильность и надёжность, а цена имеет второстепенное значение, магниты SmCo сменили Альнико.
Неодим- железо- бор
Научные исследования нового магнитного материала - неодим-железо-бор (NdFeB) - начались с 80-х годов прошлого века, а его широкое применение в промышленности - с 1984 года. Производители искали магнитный материал, который обладал бы такой же магнитной энергией, как SmCo, но имел существенно более низкую стоимость. Было установлено, что у сплавов NdFeB очень высокое энергетическое произведение - вплоть до 50-55 MG*Oe- при значительно меньшей цене, чем цена SmCo.
Магниты NdFeB имеют широкий диапазон рабочих температур (от -40 0С до +150 0С), некоторые их виды можно использовать вплоть до 200 0С, однако, они имеют пониженные значения магнитных характеристик по сравнению с остальными марками.
Магниты NdFeB имеют меньшую температурную стабильность, чем магниты SmCo – их температурный коэффициент магнитной индукции изменяется от 0.07 до 0.13 (% / 0С) (сравните с 0.035 (% / 0С) у SmCo). Вследствие этого при температурах более 180 0С магниты SmCo могут создавать большие значения магнитного поля, чем магниты NdFeB.
Материал NdFeB очень сильно подвержен коррозии, поэтому его покрывают цинком, никелем, медью или комбинацией этих материалов. Кроме того, во избежание возникновения химически нестабильных соединений в структуре сплава процесс изготовления проводится в отсутствие воздуха.
NdFeB имеет низкую температуру Кюри – примерно 310 0С, которая может быть повышена добавлением кобальта. Однако, как отмечалось ранее, использование кобальта вместо железа ведет к удорожанию материала.
В настоящее время магниты NdFeB очень широко используются в двигателях электроприводов в компьютерной технике благодаря своим высоким энергетическим магнитным характеристикам . Ранее (в 80-х годах прошлого века) для этих целей использовались ферритовые магниты, позже - магниты из SmCo. Использование наиболее сильных магнитов позволяет сделать привод диска более миниатюрным. На сегодняшний день в приводах жестких дисков используется NdFeB. Устройства считывания и записи информации (так называемые VCM, а также все дисковые и шпиндельные моторы используют спеченые NdFeB. Примерно 60 % использующегося в промышленности магнитного материала NdFeB применяется в приводах компьютерных дисков.
Подверженность коррозии NdFeB вынуждает наносить на магниты покрытие. Окраска, покрытие эпоксидной смолой хороши в качестве защиты от окисления, но добавляют лишний слой между магнитом и другими частями изделия. Этот слой вызывает дополнительное магнитное сопротивление в цепи, подобно сопротивлению в электрической цепи. Покрытия никелем и цинком наиболее выгодны из-за возможности нанесения слоя очень малой толщины. Никель особенно эффективно защищает магнит от воздуха и влажности благодаря своей герметичности. Кроме того, это один из наиболее дешевых методов защиты от окисления. Как правило, толщина покрытия никелем не превышает 15-20 мкм.
В настоящее время магниты NdFeB доступны с присадками из различных материалов, такими как диспрозий, кобальт, ниобий, ванадий, галлий и т.д. Добавление данных химических элементов ведет к улучшению стабильности магнита с температурной и коррозионной точек зрения. Эти модифицированные магниты могут быть использованы до температур +220 0С. Для успешного использования при повышенных температурах дизайн магнитной цепи должен быть оптимизирован с точки зрения минимизации процессов размагничивания при высоких температурах.
При добавлении кобальта температура Кюри данных магнитов была несколько повышена, но типичной считается область 310-330 0С. Магниты из NdFeB в основном используются в промышленных моторах, датчиках и исполнительных механизмах. Военно-промышленный комплекс пока еще использует их в ограниченных размерах, однако, определённый прогресс в данной области налицо.
