SmFeN Samarium Sắt Nitơ Đất Hiếm Vật Liệu Từ Tính Vĩnh Cửu
Năm 1990, Giáo sư Coey từ Ireland đã tổng hợp các hợp chất liên kim xen kẽ RE2Fe17Nx bằng phản ứng pha khí-rắn. Qua nghiên cứu, người ta thấy rằng các hợp chất Sm2Fe17Nx có tính chất từ tính nội tại tuyệt vời, báo hiệu sự ra đời của vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm SmFeN. Tích năng lượng từ cực đại theo lý thuyết của nam châm vĩnh cửu samarium sắt nitơ đạt 62 MGOe (thấp hơn một chút so với Nd2Fe14B, 64 MGOe), và độ kháng từ và nhiệt độ Curie của nó cao hơn nhiều so với neodymium sắt boron, khiến nó được sử dụng rộng rãi hơn trong các môi trường nhiệt độ cao như động cơ.
Ngoài các tính chất từ tính toàn diện tuyệt vời, nitơ sắt samari có khả năng chống ăn mòn và chống oxy hóa tốt, và so với samari coban, nó không chứa các nguyên tố kim loại chiến lược; So với neodymium sắt boron, nó không yêu cầu tiêu thụ các nguyên tố đất hiếm đắt tiền như praseodymium, neodymium, dysprosium và terbium (có hàm lượng samari tương đối cao và giá thành thấp), và đáp ứng đầy đủ các điều kiện để trở thành một loại vật liệu nam châm vĩnh cửu mới. Triển vọng hấp dẫn đã khiến nitơ sắt samari trở thành chủ đề nóng nhất trong nghiên cứu và phát triển vật liệu nam châm vĩnh cửu. Kể từ khi Coey và cộng sự phát hiện ra vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm Sm2Fe17Nx, đã có một làn sóng nghiên cứu nhanh chóng về vật liệu nam châm vĩnh cửu Sm2Fe17Nx trên toàn thế giới, với hàng trăm phòng thí nghiệm đầu tư vào lĩnh vực này tại thời điểm đó. Nhưng một loạt các thí nghiệm tiếp theo đã chứng minh rằng vật liệu nam châm vĩnh cửu này không thành công trên con đường công nghiệp hóa và tình trạng nghiên cứu nóng và lạnh đã xuất hiện.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp ô tô và quá trình thu nhỏ và giảm trọng lượng của các thiết bị điện tử, mọi người đã đưa ra các yêu cầu cao hơn về nhiệt độ môi trường và hiệu suất từ tính đối với nam châm vĩnh cửu. Vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm Sm2Fe17Nx, là vật liệu nam châm vĩnh cửu có độ ổn định nhiệt độ tốt và tính chất từ tính tuyệt vời, một lần nữa thu hút sự chú ý của mọi người về giá trị ứng dụng tiềm năng của chúng. Vật liệu nam châm vĩnh cửu Sm2Fe17Nx cũng đã mở ra một xu hướng nghiên cứu và phát triển mới. Do sự phát triển và sử dụng rộng rãi của đất hiếm, giá cả đã tăng lên. Giá Nd tăng đã dẫn đến chi phí sản xuất Nd-Fe-B tăng lên, trong khi đất hiếm Sm đang ở trạng thái tương đối dư thừa. Việc phát triển Sm-Fe-N có lợi cho việc giảm chi phí và tăng cường sử dụng toàn diện các nguồn tài nguyên đất hiếm. Vì vậy, Sm-Fe-N có khả năng thay thế Nd-Fe-B và trở thành vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm thế hệ thứ tư được mong đợi, cả về tính chất từ tính và chi phí sản xuất.
Sau hơn 20 năm nghiên cứu và thăm dò, vấn đề sản xuất Sm-Fe-N quy mô công nghiệp vẫn chưa được giải quyết. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng Sm-Fe-N phân hủy thành SmN và Fe ở nhiệt độ trên 873K, mất đi tính chất từ vĩnh cửu, điều này hạn chế rất nhiều ứng dụng của nó trong nam châm thiêu kết. Hiện tại, Sm-Fe-N chỉ có thể được sử dụng để chế tạo nam châm đúc phun, nam châm liên kết và nam châm cao su. Ban đầu, các hợp chất hữu cơ như nylon và nhựa epoxy được sử dụng làm chất kết dính. Tuy nhiên, các chất kết dính này chỉ có thể được sử dụng dưới 200 ℃ và không thể tận dụng hết các lợi thế về hiệu suất nhiệt độ cao của Sm2Fe17Nx. Do đó, làm thế nào để tạo ra bước đột phá trong quy trình và liệu có thể phát triển chất kết dính mới hay không là chìa khóa cho sự cạnh tranh giữa nam châm Sm2Fe17Nx và nam châm Nd-Fe-B. Trong những năm gần đây, một số kim loại có điểm nóng chảy thấp đã nhận được sự quan tâm rộng rãi và mọi người sử dụng các kim loại có điểm nóng chảy thấp như Zn và Sn làm chất kết dính. Tuy nhiên, do sử dụng kim loại có điểm nóng chảy thấp như Zn làm chất kết dính nên cường độ từ hóa bão hòa giảm, dẫn đến giá trị cực đại (BH) thấp hơn. Có thể thấy rằng để tận dụng tối đa hiệu suất của Sm2Fe17Nx, điều quan trọng là phải tìm được chất kết dính tốt. Trong khi đó, việc chế tạo nam châm cô đặc Sm2Fe17Nx vẫn là mục tiêu theo đuổi của các nhà nghiên cứu, vì nam châm cô đặc có thể thể hiện tốt hơn các tính chất từ lý thuyết.
Theo thống kê của Hiệp hội nam châm dính Nhật Bản, dựa trên hiệu suất từ tính cao, khả năng chống ăn mòn cao, khả năng chống khử từ ở nhiệt độ cao và ưu điểm về khả năng tự do định hình tốt của vật liệu từ tính nitơ sắt samari, hướng ứng dụng của chúng chủ yếu nằm trong các lĩnh vực truyền thông thông tin, sản xuất công nghiệp, điện tử gia dụng và ô tô, bao gồm loa/loa, động cơ màn trập máy ảnh, động cơ trục chính, hấp phụ đĩa, con lăn từ, động cơ quạt, động cơ tuyến tính, thiết bị máy hoàn toàn tự động, động cơ tốc độ cao, máy điều hòa không khí, động cơ gia dụng, cảm biến từ, máy bơm, máy phụ trợ, v.v.
Hiện nay, Sm2Fe17Nx đã có những tiến bộ đáng kể trong việc chế tạo và ứng dụng nam châm liên kết, nhưng việc làm đặc vẫn là mục tiêu được nhiều người làm việc trong lĩnh vực vật liệu từ theo đuổi và theo đuổi. Khi một quy trình chế tạo phù hợp được phát triển, có thể đạt được các tính chất từ lý thuyết của nó và đẩy nhanh quá trình thương mại hóa nam châm samarium sắt nitride.