La storia dei magneti permanenti in terre rare per i motori

elementi delle terre rare (magneti permanenti di terre rare) sono 17 elementi metallici al centro della tavola periodica (numeri atomici 21, 39 e 57-71) che hanno insolite proprietà fluorescenti, conduttive e magnetiche che li rendono incompatibili con metalli più comuni come il ferro) è molto utile quando legato o miscelato in piccole quantità. Geologicamente parlando, gli elementi delle terre rare non sono particolarmente rari. I depositi di questi metalli si trovano in molte parti del mondo e alcuni elementi sono presenti all'incirca nella stessa quantità del rame o dello stagno. Tuttavia, gli elementi delle terre rare non sono mai stati trovati in concentrazioni molto elevate e sono spesso mescolati tra loro o con elementi radioattivi come l'uranio. Le proprietà chimiche degli elementi delle terre rare rendono difficile separarli dai materiali circostanti e queste proprietà li rendono anche difficili da purificare. Gli attuali metodi di produzione richiedono grandi quantità di minerale e generano grandi quantità di rifiuti pericolosi per estrarre solo piccole quantità di metalli delle terre rare, con rifiuti dai metodi di lavorazione tra cui acqua radioattiva, fluoro tossico e acidi.

I primi magneti permanenti scoperti erano minerali che fornivano un campo magnetico stabile. Fino all'inizio del XIX secolo, i magneti erano fragili, instabili e realizzati in acciaio al carbonio. Nel 1917, il Giappone scoprì l'acciaio magnetico al cobalto, che apportò miglioramenti. Le prestazioni dei magneti permanenti hanno continuato a migliorare dalla loro scoperta. Per Alnicos (leghe Al/Ni/Co) negli anni '30, questa evoluzione si è manifestata nel numero massimo di prodotti energetici aumentati (BH) max, che ha notevolmente migliorato il fattore di qualità dei magneti permanenti e, per un dato volume di magneti, il la massima densità di energia potrebbe essere convertita in potenza che può essere utilizzata in macchine che utilizzano magneti.

Il primo magnete in ferrite fu scoperto per caso nel 1950 nel laboratorio di fisica della Philips Industrial Research nei Paesi Bassi. Un assistente lo ha sintetizzato per errore: avrebbe dovuto preparare un altro campione da studiare come materiale semiconduttore. Si è scoperto che era effettivamente magnetico, quindi è stato trasmesso al team di ricerca magnetica. Grazie alle sue buone prestazioni come magnete e ai costi di produzione inferiori. In quanto tale, è stato un prodotto sviluppato da Philips che ha segnato l'inizio di un rapido aumento nell'uso dei magneti permanenti.

Negli anni '60, i primi magneti in terre rare(magneti permanenti di terre rare)erano costituiti da leghe dell'elemento lantanide, l'ittrio. Sono i magneti permanenti più potenti con un'elevata magnetizzazione di saturazione e una buona resistenza alla smagnetizzazione. Sebbene siano costosi, fragili e inefficienti alle alte temperature, stanno iniziando a dominare il mercato man mano che le loro applicazioni diventano più rilevanti. Il possesso di personal computer si è diffuso negli anni '80, il che ha comportato un'elevata domanda di magneti permanenti per dischi rigidi.

Leghe come il samario-cobalto sono state sviluppate a metà degli anni '60 con la prima generazione di metalli di transizione e terre rare e alla fine degli anni '70 il prezzo del cobalto è aumentato notevolmente a causa dell'instabilità delle forniture in Congo. A quel tempo, il massimo dei magneti permanenti samario-cobalto (BH) era il più alto e la comunità di ricerca doveva sostituire questi magneti. Pochi anni dopo, nel 1984, lo sviluppo di magneti permanenti basati su Nd-Fe-B fu proposto per la prima volta da Sagawa et al. Utilizzando la tecnologia della metallurgia delle polveri presso Sumitomo Special Metals, utilizzando il processo di filatura a fusione di General Motors. Come mostrato nella figura sottostante, (BH)max è migliorato in quasi un secolo, partendo da ≈1 MGOe per l'acciaio e raggiungendo circa 56 MGOe per i magneti NdFeB negli ultimi 20 anni.

La sostenibilità nei processi industriali è recentemente diventata una priorità e gli elementi delle terre rare, che sono stati riconosciuti dai paesi come materie prime chiave a causa del loro elevato rischio di approvvigionamento e importanza economica, hanno aperto aree per la ricerca di nuovi magneti permanenti privi di terre rare. Una possibile direzione di ricerca è guardare indietro ai primi magneti permanenti sviluppati, i magneti in ferrite, e studiarli ulteriormente utilizzando tutti i nuovi strumenti e metodi disponibili negli ultimi decenni. Diverse organizzazioni stanno ora lavorando a nuovi progetti di ricerca che sperano di sostituire i magneti delle terre rare con alternative più ecologiche ed efficienti.