समैरियम-कोबाल्ट चुंबक
समैरियम-कोबाल्ट (एसएमसीओ) चुंबक, एक प्रकार का दुर्लभ-पृथ्वी चुंबक, दो मूल तत्वों से बना एक मजबूत स्थायी चुंबक है: समैरियम और कोबाल्ट।
इन्हें 1960 के दशक की शुरुआत में राइट-पैटरसन वायु सेना बेस में कार्ल स्ट्रनाट और डेटन विश्वविद्यालय में एल्डन रे द्वारा किए गए काम के आधार पर विकसित किया गया था। विशेष रूप से, स्ट्रनाट और रे ने एसएमसीओ का पहला फॉर्मूलेशन विकसित किया5.[1][2] समैरियम-कोबाल्ट मैग्नेट को आम तौर पर नेओद्यमिउम मगनेट की ताकत के समान स्थान दिया जाता है,[3] लेकिन उच्च तापमान रेटिंग और उच्च जबरदस्ती है।
गुण
समैरियम-कोबाल्ट की कुछ विशेषताएं हैं:
- समैरियम-कोबाल्ट चुंबक विचुंबकीकरण के प्रति बेहद प्रतिरोधी हैं।
- इन चुम्बकों में अच्छी तापमान स्थिरता होती है [(अधिकतम उपयोग तापमान के बीच)। 250 °C (523 K) और 550 °C (823 K)]; क्यूरी तापमान से 700 °C (973 K) को 800 °C (1,070 K).
- वे महंगे हैं और कीमत में उतार-चढ़ाव के अधीन हैं (कोबाल्ट बाजार मूल्य संवेदनशील है)।
- समैरियम-कोबाल्ट मैग्नेट में संक्षारण और ऑक्सीकरण प्रतिरोध के लिए मजबूत प्रतिरोध होता है, आमतौर पर इसे लेपित करने की आवश्यकता नहीं होती है और उच्च तापमान और खराब कामकाजी परिस्थितियों में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जा सकता है।[4]
- वे भंगुर होते हैं, और टूटने और छिलने का खतरा होता है। समैरियम-कोबाल्ट मैग्नेट में अधिकतम ऊर्जा उत्पाद (बीएच) होते हैंmax) जो कि 14 ओर्स्टेड#संग्रहीत ऊर्जा|मेगागॉस-ओरस्टेड्स (एमजी·ओई) से लेकर 33 एमजी·ओई तक है, जो लगभग है। 112 केजे/एम3से 264 kJ/m3; उनकी सैद्धांतिक सीमा 34 MG·Oe, लगभग 272 kJ/m है3.
सिंटरिंग समैरियम-कोबाल्ट मैग्नेट चुंबकीय असमदिग्वर्ती होने की दशा प्रदर्शित करते हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें केवल उनके चुंबकीय अभिविन्यास के अक्ष में ही चुंबकित किया जा सकता है। यह विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान सामग्री की क्रिस्टल संरचना को संरेखित करके किया जाता है।
| Property (unit) | Neodymium | Sm-Co |
|---|---|---|
| Remanence (T) | 1–1.5 | 0.8–1.16 |
| Coercivity (MA/m) | 0.875–2.79 | 0.493–2.79 |
| Relative permeability (–) | 1.05 | 1.05–1.1 |
| Temperature coefficient of remanence (%/K) | –0.09..–0.12 | −0.03..–0.05 |
| Temperature coefficient of coercivity (%/K) | −0.40..–0.65 | −0.15..–0.30 |
| Curie temperature (°C) | 310–370 | 700–850 |
| Density (g/cm3) | 7.3–7.7 | 8.2–8.5 |
| CTE, magnetizing direction (1/K) | (3–4)×10−6 | (5–9)×10−6 |
| CTE, normal to magnetizing direction (1/K) | (1–3)×10−6 | (10–13)×10−6 |
| Flexural strength (N/mm2) | 200–400 | 150–180 |
| Compressive strength (N/mm2) | 1000–1100 | 800–1000 |
| Tensile strength (N/mm2) | 80–90 | 35–40 |
| Vickers hardness (HV) | 500–650 | 400–650 |
| Electrical resistivity (Ω·cm) | (110–170)×10−6 | (50–90)×10−6 |
शृंखला
समैरियम-कोबाल्ट मैग्नेट दो श्रृंखलाओं में उपलब्ध हैं, अर्थात् स्मको5 मैग्नेट और एस.एम2सह17 मैग्नेट.[7][8]
शृंखला 1:5
ये समैरियम-कोबाल्ट चुंबक मिश्र धातु (आमतौर पर एसएमसीओ के रूप में लिखा जाता है5, या एसएमसीओ सीरीज 1:5) में कोबाल्ट के प्रति पांच परमाणुओं पर दुर्लभ-पृथ्वी समैरियम का एक परमाणु होता है। वजन के अनुसार, इस चुंबक मिश्र धातु में आमतौर पर शेष कोबाल्ट के साथ 36% समैरियम होगा। इन समैरियम-कोबाल्ट मिश्र धातुओं के ऊर्जा उत्पाद 16 MG·Oe से 25 MG·Oe तक होते हैं, यानी लगभग। 128-200 केजे/एम3. इन समैरियम-कोबाल्ट मैग्नेट में आमतौर पर तापमान गुणांक #प्रतिवर्ती तापमान गुणांक -0.05%/डिग्री सेल्सियस होता है। संतृप्ति चुम्बकत्व को मध्यम चुम्बकत्व क्षेत्र के साथ प्राप्त किया जा सकता है। चुंबक की इस श्रृंखला को एसएमसीओ 2:17 श्रृंखला के चुंबकों की तुलना में एक विशिष्ट चुंबकीय क्षेत्र में कैलिब्रेट करना आसान है।
मध्यम रूप से मजबूत चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में, इस श्रृंखला के अचुंबकीय चुंबक अपने अभिविन्यास अक्ष को चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखित करने का प्रयास करेंगे, इस प्रकार थोड़ा चुंबकीय हो जाएंगे। यह एक समस्या हो सकती है यदि पोस्टप्रोसेसिंग के लिए चुंबक को चढ़ाना या लेपित करना आवश्यक हो। चुंबक द्वारा उठाया गया हल्का सा क्षेत्र चढ़ाना या कोटिंग प्रक्रिया के दौरान मलबे को आकर्षित कर सकता है, जिससे कोटिंग विफल हो सकती है या यांत्रिक रूप से सहनशीलता से बाहर की स्थिति पैदा हो सकती है।
बीrतापमान के साथ बहता है और यह चुंबक के प्रदर्शन की महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक है। कुछ अनुप्रयोगों, जैसे कि जड़त्वीय जाइरोस्कोप और ट्रैवलिंग वेव ट्यूब (टीडब्ल्यूटी) को व्यापक तापमान सीमा पर निरंतर क्षेत्र की आवश्यकता होती है। बी का प्रतिवर्ती तापमान गुणांक (आरटीसी)।rपरिभाषित किया जाता है
- (∆बीr/बीr) x (1/∆T) × 100%।
इन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, 1970 के दशक के अंत में तापमान क्षतिपूर्ति वाले मैग्नेट विकसित किए गए थे। पारंपरिक एसएमसीओ मैग्नेट के लिए, बीrतापमान बढ़ने पर घट जाती है। इसके विपरीत, GdCo मैग्नेट के लिए, Brकुछ निश्चित तापमान सीमाओं के भीतर तापमान बढ़ने पर वृद्धि होती है। मिश्र धातु में समैरियम और गैडोलिनियम को मिलाकर तापमान गुणांक को लगभग शून्य तक कम किया जा सकता है।
एस.एम.सी.ओ5 चुम्बकों में बहुत अधिक प्रपीड़कता (प्रपीड़क बल) होती है; अर्थात्, वे आसानी से विचुंबकीय नहीं होते हैं। इनका निर्माण वाइड-ग्रेन लोन-डोमेन चुंबकीय पाउडर की पैकिंग करके किया जाता है। सभी चुंबकीय डोमेन आसान अक्ष दिशा के साथ संरेखित हैं। इस मामले में, सभी डोमेन दीवारें 180 डिग्री पर हैं। जब कोई अशुद्धियाँ नहीं होती हैं, तो बल्क चुंबक की उत्क्रमण प्रक्रिया लोन-डोमेन मोट के बराबर होती है, जहां सुसंगत रोटेशन प्रमुख तंत्र है। हालाँकि, निर्माण की अपूर्णता के कारण, चुम्बकों में अशुद्धियाँ आ सकती हैं, जो नाभिक बनाती हैं। इस मामले में, क्योंकि अशुद्धियों में अनिसोट्रॉपी कम हो सकती है या आसान अक्ष गलत तरीके से संरेखित हो सकते हैं, उनके चुंबकत्व की दिशाओं को घूमना आसान होता है, जो 180° डोमेन दीवार कॉन्फ़िगरेशन को तोड़ देता है। ऐसी सामग्रियों में, बलपूर्वकता को न्यूक्लियेशन द्वारा नियंत्रित किया जाता है। अधिक बलपूर्वकता प्राप्त करने के लिए, निर्माण प्रक्रिया में अशुद्धता नियंत्रण महत्वपूर्ण है।
शृंखला 2:17
ये मिश्रधातुएँ (Sm के रूप में लिखी गई हैं)।2सह17, या एसएमसीओ सीरीज़ 2:17) संक्रमण धातुओं (टीएम) के प्रति 13-17 परमाणुओं में दुर्लभ-पृथ्वी समैरियम के दो परमाणुओं की संरचना के साथ आयु-कठोर होते हैं। टीएम सामग्री कोबाल्ट से भरपूर है, लेकिन इसमें लोहा और तांबा जैसे अन्य तत्व भी शामिल हैं। बेहतर ताप उपचार प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए zirconium , हेफ़नियम और ऐसे अन्य तत्वों को कम मात्रा में जोड़ा जा सकता है। वजन के हिसाब से, मिश्र धातु में आम तौर पर 25% समैरियम होगा। इन मिश्र धातुओं का अधिकतम ऊर्जा उत्पाद 20 से 32 MGOe तक होता है, जो लगभग 160-260 kJ/m है3. इन मिश्र धातुओं में सभी दुर्लभ-पृथ्वी मिश्र धातुओं का सबसे अच्छा प्रतिवर्ती तापमान गुणांक होता है, जो आमतौर पर -0.03%/डिग्री सेल्सियस होता है। दूसरी पीढ़ी की सामग्रियों का उपयोग उच्च तापमान पर भी किया जा सकता है।[9] एस.एम. में2सह17 मैग्नेट, ज़बरदस्ती तंत्र डोमेन दीवार (चुंबकत्व)#डोमेन दीवार की डिपिनिंग पर आधारित है। चुम्बकों के अंदर की अशुद्धियाँ डोमेन दीवार की गति को बाधित करती हैं और इस प्रकार चुम्बकत्व उत्क्रमण प्रक्रिया का विरोध करती हैं। जबरदस्ती बढ़ाने के लिए, निर्माण प्रक्रिया के दौरान जानबूझकर अशुद्धियाँ जोड़ी जाती हैं।
उत्पादन
समैरियम-कोबाल्ट मिश्र धातु आमतौर पर अचुंबकीय अवस्था में मशीनीकृत की जाती है। समैरियम-कोबाल्ट को गीली पीसने की प्रक्रिया (पानी आधारित शीतलक) और हीरा पीसने वाले पहिये का उपयोग करके पीसना चाहिए। यदि छेद ड्रिलिंग या अन्य सुविधाएँ सीमित हैं तो उसी प्रकार की प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। उत्पादित पीसने वाले कचरे को पूरी तरह से सूखने की अनुमति नहीं दी जानी चाहिए क्योंकि समैरियम-कोबाल्ट का ज्वलन बिंदु कम होता है। एक छोटी सी चिंगारी, जैसे कि स्थैतिक बिजली से उत्पन्न, आसानी से दहन शुरू कर सकती है।[10] परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाली आग अत्यधिक गर्म हो सकती है और उस पर काबू पाना मुश्किल हो सकता है।[original research?]
समैरियम-कोबाल्ट मैग्नेट के निर्माण के लिए कमी/पिघल विधि और कमी/प्रसार विधि का उपयोग किया जाता है। कमी/पिघलने की विधि का वर्णन किया जाएगा क्योंकि इसका उपयोग एसएमसीओ दोनों के लिए किया जाता है5 और एस.एम2सह17 उत्पादन। कच्चे माल को आर्गन गैस से भरी इंडक्शन भट्टी में पिघलाया जाता है। मिश्रण को एक सांचे में डाला जाता है और एक पिंड बनाने के लिए पानी से ठंडा किया जाता है। पिंड को चूर्णित किया जाता है और कणों के आकार को और कम करने के लिए कणों को और पीसा जाता है। परिणामी पाउडर को कणों के चुंबकीय क्षेत्र को उन्मुख करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र में वांछित आकार के डाई में दबाया जाता है। सिंटरिंग को 1100˚C-1250˚C के तापमान पर लगाया जाता है, इसके बाद 1100˚C-1200˚C पर समाधान उपचार किया जाता है और अंत में चुंबक पर लगभग 700˚C-900˚C पर टेम्परिंग की जाती है।[citation needed] फिर इसे पीसा जाता है और इसके चुंबकीय गुणों को बढ़ाने के लिए इसे और अधिक चुम्बकित किया जाता है। तैयार उत्पाद का परीक्षण, निरीक्षण और पैक किया जाता है।[citation needed]
समैरियम को अन्य दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों के एक हिस्से द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है जिसमें प्रेसियोडीमियम, मोम और गैडोलीनियम शामिल हैं; कोबाल्ट को लोहा, तांबा और ज़िरकोनियम सहित अन्य संक्रमण धातुओं के एक हिस्से द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।[11]
उपयोग
फेंडर म्यूजिकल इंस्ट्रूमेंट्स कॉर्पोरेशन ने फेंडर के विंटेज हॉट रॉड '57 स्ट्रैटोकास्टर में डिजाइनर बिल लॉरेंस (गिटार निर्माता) की विंटेज नॉइज़लेस # समैरियम कोबाल्ट नॉइज़लेस श्रृंखला के इलेक्ट्रिक गिटार पिकअप (संगीत प्रौद्योगिकी) में से एक का उपयोग किया।[12] इन पिकअप का उपयोग 2004 से 2010 की शुरुआत तक फेंडर अमेरिकन डीलक्स सीरीज़ गिटार और बास गिटार में किया गया था।[13]
1980 के दशक के मध्य में रॉस आरई-278 जैसे कुछ महंगे हेडफ़ोन में समैरियम-कोबाल्ट सुपर मैगनेट ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया गया था।
अन्य उपयोगों में शामिल हैं:
- स्लॉटकार रेसिंग में अधिक प्रतिस्पर्धी वर्गों में उच्च-स्तरीय इलेक्ट्रिक मोटरों का उपयोग किया जाता है
- टर्बोमशीनरी
- यात्रा-लहर ट्यूब फील्ड मैग्नेट
- ऐसे अनुप्रयोग जिनके लिए सिस्टम को क्रायोजेनिक्स तापमान या बहुत गर्म तापमान (180 डिग्री सेल्सियस से अधिक) पर काम करने की आवश्यकता होगी
- ऐसे अनुप्रयोग जिनमें तापमान परिवर्तन के अनुरूप प्रदर्शन की आवश्यकता होती है
- बेंचटॉप एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर
- रोटरी एनकोडर जहां यह चुंबकीय एक्चुएटर का कार्य करता है
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ "डेटन ने चुंबकीय सामग्री के इतिहास में योगदान दिया". 1998. Archived from the original on 2013-05-27. Retrieved 2017-01-10.
- ↑ Research and Development of Rare Earth Transition Metal Alloys as Permanent Magnet Materials, AD-750 746 Alden E. Ray, et al, August 1972
- ↑ "Toshiba : Press Release (16 Aug, 2012): Toshiba develops dysprosium-free samarium–cobalt magnet to replace heat-resistant neodymium magnet in essential applications". www.toshiba.co.jp.
- ↑ Corrosion and oxidation resistance of SmCo magnet, corrosion and oxidation resistance.
- ↑ Juha Pyrhönen; Tapani Jokinen; Valéria Hrabovcová (2009). Design of Rotating Electrical Machines. John Wiley and Sons. p. 232. ISBN 978-0-470-69516-6.
- ↑ Typical physical and chemical properties of some magnetic materials, permanent magnets comparison and selection.
- ↑ K. Strnat; G. Hoffer; J. Olson; W. Ostertag; J. J. Becker (1967). "नई कोबाल्ट-बेस स्थायी चुंबक सामग्री का एक परिवार". Journal of Applied Physics. 38 (3): 1001–1002. Bibcode:1967JAP....38.1001S. doi:10.1063/1.1709459.
- ↑ T. Ojima; S. Tomizawa; T. Yoneyama; T. Hori (1977). "Magnetic properties of a new type of rare-earth cobalt magnets Sm2(Co, Cu, Fe, M)17". IEEE Transactions on Magnetics. 13 (5): 1317. Bibcode:1977ITM....13.1317O. doi:10.1109/TMAG.1977.1059703.
- ↑ Nanocomposite Sm-Co melt spun ribbons
- ↑ Cobalt HSFS, New Jersey Department of Health and Senior Services Hazardous Substance Fact Sheet.
- ↑ Sintered SmCo Magnets, Introduction to Samarium Cobalt Magnets.
- ↑ "Fender Vintage Hot Rod '57 Stratocaster". Fender Hot Rod '57 Stratocaster. Fender. Archived from the original on 2012-12-09.
- ↑ Smith, Dan. "नई फेंडर अमेरिकन डीलक्स श्रृंखला का दिल और आत्मा". The Story of the Samarium Cobalt Noiseless Pickups. Fender. Archived from the original on 2012-10-02. Retrieved 2012-08-16.
