사마륨 코발트 자석

사마륨 코발트 자석

사마륨 코발트 자석은 사마륨과 코발트의 합금인 영구 자석이다.

개요[편집]

사마륨 코발트(SmCo)자석은 대체 희토류 자석으로 항공우주, 자동차 및 군사분야에 자주 사용된다. 보통 실온에서는 네오디뮴 자석보다 약하다. 허나, 사마리움 코발트 자석은 극한의 추위와 열에도사용할수 있다. 또, 매우 높은 보자기력을 가지고 있어 고온 모터 용도에 이상적이다.

사마륨 코발트 자석은 매우 좋은 온도계수를 가지고 있어서, 작은 온도계수로 인한 안정된 온도변화로 자석 출력이 매우 안정적이다. 위급형 감지 어플리케이션에서 매우 인기가 있다.

사마륨 코발트 자석은 두 가지 합금종류가 존재한다. Sm₁Co₅(SmCo1:5)는 원래 SmCo 합금이다. Sm₂Co₁₇ (Sm2:Co17)은 Sm이 26%로 가장 많이 사용되는, 보다 일반적이고 더 강력한 SmCo 합금이다. Sm₁Co₅는 주로 Sm과 Co를 함유하고 철(Fe)을 함유하지 않아, 내식성이 우수하다. Sm₂Co₁₇은 주로 Sm및 Co이지만,Cu,Hf 및/또는 Zr, 때로는 Pr및 Fe도 포함된다. Sm₂Co₁₇의 낮은 철함량은 물에 있을 때 기술적으로 약간의표면부식이 발생하기 쉽다는 것을 의미한다.

Sm₂Co₁₇은 대부분의 응용분야에서 매우 우수한 내식성(NdFeB보다 훨씬 우수함)을 갖는것으로 간주된다. 다만이 우수성을 유지하기위해 NiCuNi의 간단한 코팅은 부식위험에 대한 모든 문제를 해결할 가능성이 매우 높다. 허나, 대개는 코팅을 하지 않는다.

사마륨 코발트 자석(SmCo)은 실온에서 NdFeB 자석보다 약할수 있지만,SmCo는 종종 +150~+180℃이상에서는 NdFeB보다 성능이 뛰어낸다(응용 프로그램 및 등급에 따라 다름).

SmCo 자석은 항공우주, 자동차, 센서, 라우드스피커, 모터 및 군용 애플리케이션에 이상적이다. 위급형 감지 애플에서는 이상적인 첫번째 선택이다. SmCo자석은 작은 온도변화에 대해 자기출력의 변화를 최소화한다,(NdFeB 또는 페라이트보다 변동이 훨씬 적으며, Alnico만 더 우수함). 저온 계수(LTC)버전은 온도변화에 따른 자기출력의 변동이 적다(추가된 Gd및 Er로 인해). SmCo자석은 광범위한온도범위(-273℃~+350℃)에서 성능을 발휘한다. H버전 Sm₂Co₁₇은 Hci가 더 높고,+300℃가 아닌 최대+350℃에서 작동한다. 참고로 SmCo₃₀은 주변온도에서 N₃₀과 매우 유사하게 작동해야 한다.

상세[편집]

사마륨 코발트 자석은 네오디뮴과 비슷한 에너지를 생산한다. 일반적인 용도로는 컴퓨터, 전자제품, 스위치및 온도가 올라가는곳에 적용되는 자동차 "후드아레"애플리케이션과 같은 많은 첨단기술 애플리케이션이 있다. 사마륨 코발트 자석은 단단하나, 부서지기 쉽기때문에, 취급시 충격과 기계적힘으로 부터 보호되어야 한다.

부식에 강하고, 최대 300℃에서도 에너지를 유지하므로, 고온사용또는 소형화가 필요한 경우 Alnico를 대체할수있다. 사마륨 코발트 YX-18과 YX-22는 최초의 사마륨코발트 재질이며, 거의 순수한 사마륨과 코발트에서 추출된다. YXG-26은 YX-18과 YX-22등급보다 훨씬 높은 온도안정성을 가지며,특히 고온환경에서 높은에너지를 요구하는 응용분야에 적합하다. 현재는 YXG-33H(350℃)까지 개발되어 있지만, 아직 실용적에서는 별차이가 없으므로, 최고의 재질은 YXG-32H가 일반적인 재질이다.

사마륨코발트 자석은 고온 또는 열악한 환경에서 성능과 크기를 비교할 때 최상의 가치를 제공하는 또다른 희토류 자석이다. 이자석은 가격이 비싸지만,자기적으로 매우 강하며, 일반적으로 치수를 줄일수있다. 또 이자석은 우수한 내부식성을 제공하며 일반적으로 표면처리가 필요하지 않는다. 디자인에서 구조적요소로 자석재료를 사용해서는 안된다. 이 자석은 특히 파손되기 쉽고 인장또는 압축하중에서 매우 약하다. 이 자석은 고유보자력 (Hci)이 높아,외부자장에 대한 저항력이 우수하다. 이 저항으로 인해 이 자석이 전자기계 응용분야에 탁월한 선택이다.

희토류 자석의 일종인 사마륨 코발트 자석은 사마륨과 코발트 합금으로 만들어진 강력한 영구자석이며, 1970년대초반에 개발되었다. 그들은 일반적으로 네오디뮴자석보다 강도가 낮지만, 온도등급이 두번째로 높은 강한 자석유형이다. 그들은 비싸고, 부서지기 쉬우며 갈라지고 깨지기 쉽다. 이 자석은 16MGOe에서 32MGOe까지의 최대에너지 적(BHmax)을 가지고있다. 그들의 이론적 한계는 34MGOe이다. 이 제품은 시리즈 1:5계및 2:17계 두가지 "시리즈"로 제공된다.

1: 5계[편집]

이 사마륨코발트 자석의 합금(일반적으로 SmCo₅ 또는 SmCo계 1:5로 쓴다)에는, 희토류 사마륨 원자1개와 코발트원자 5개가 있다.중량기준으로,이 자석합금은 전형적으로 주재료인 코발트와 함께 36%의 사마륨을 함유할것이다. 이들 사마륨코발트 합금의 에너지생성물은 16MGOe~25MGOe범위이다.이 사마륨코발트 자석은 일반적으로 가역온도계수가 -0.05%/℃이다. 포화자화는 적당한자장으로 달성할수 있다. 이 자석시리즈는 SmCo2:17시리즈 자석보다 특정자기장으로 교정하기가 더 쉽다.

적당히 강한 자기장이 존재하는 경우,이 시리즈의 자화되지 않은 자석은 방향축을 자기장에 정렬하려고 시도한다. 적당히 강한 자장에 노출될때,이 시리즈의 자석은 약간의 자화가 된다. 후처리 과정에서 자석을 도금하거나 코팅해야하는 경우 문제가 될수있다. 이자석이 픽업하는 약간의 전계는 도금또는 코팅공정중에 잔해물을 끌어당겨서, 잠재적인 도금 또는 코팅실패또는 기계적으로 허용오차상태를 유발할수있다.

1. 가역 온도계수(Reversible temperature coefficient)

Br은 온도에 따라 드리프트되며,자석성능의 중요한 특성중 하나이다. 관성 자이로스코프및 진행파관 (TWT)과 같은 일부응용분야는 넓은 온도범위에서 일정한 전계를 가져야 한다.

Br의 가역 온도계수(RTC)는 아래와 같다.

(∆Br/Br) x (1/∆T) × 100%

기존의 SmCo자석의 경우, 온도가 증가함에 따라 Br이 감소한다. 반대로, GdCo자석의 경우 특정온도범위내에서 온도가 증가함에 따라 Br이 증가한다. 합금에서 사마륨과 가돌리늄을 결합함으로써, 온도계수를 거의 "0"으로 줄일수있다.

2. 보자력 메커니즘

SmCo5자석은 넓은입자의 한개의 도메인 자성분말을 포장하여 제조된다. 모든mote는 용이축방향으로 정렬된다. 이 경우,모든 도메인 벽은 180°이다. 불순물이 없는경우, 벌크자석의 반전과정은 응집력이 있는 회전이 지배적인 메커니즘인 하나의 영역 도메인과 동일하다. 그러나, 제조의 불완전성으로 인해,핵을 형성하는 자석에 불순물이 도입될수있다. 이 경우, 불순물이 낮은 이방성 또는 잘못 정렬된 용이축을 가질수있으므로 자화방향이 회전하기쉬워 180°도메인벽 구성이 깨진다. 이러한 물질에서, 보자력은 핵생성에 의해 제어된다. 보자력을 높이려면, 제조공정에서 불순물 제어가 중요하다.

2 : 17계[편집]

이 합금(Sm₂Co₁₇ 또는 SmCo Series 2:17로 쓴다)은, 희토류 사마륨의 두원자와 전이금속 ™13-17원자의 조성으로 노화 경화가 된다.

TM함량은 코발트가 풍부하지만, 철 및 구리와 같은 다른원소를 포함한다. 지르코늄, 하프늄 등과 같은 다른원소는 더나은 열처리 반응을 달성하기위해 소량으로 첨가될수있다. 중량기준으로 합금은 일반적으로 25%의 사마륨을 함유할것이다. 이 합금의 최대에너지적은 20~32MGOe이다.이 합금은 모든 희토류합금중 가역적 온도계수가 최고이며, 일반적으로 -0.03%/℃이다. "제2세대"재료는 고온에서도 사용할수있다.

1. 보자력 메커니즘

Sm2Co17자석의 보자력 메커니즘은 도메인 벽고정을 기반으로 한다. 자석내부의 불순물은 도메인 벽운동을 방해하여, 자화 반전공정에 저항한다. 보자력을 증가시키기 위해, 제조공정에서 의도적으로 불순물이 첨가된다.

사마륨 코발트 가공

합금은 일반적으로 자화되지않은 상태로 가공된다. 사마륨 코발트는 습식 분쇄공정(수성 냉각제)과 다이아몬드 연삭 휠을 사용하여 연마해야 한다. 구멍을 뚫거나 밀폐된 다른형상의 경우 동일한 유형의 공정이 필요하다. 사마륨 코발트의 점화점이 낮기때문에 생산 된 분쇄폐기물은 완전히 건조되어서는 안된다. 정전기로 생성된것과 같은 작은 불꽃은 연소를 쉽게 시작할 수 있다. 생성되는 화재는 매우 뜨겁고 제어하기가 어렵다.

사마륨 코발트 자석의 희토류 재료는 매우 부서지기 쉽고 기존의 공작기계및 절단기는 적합하지 않다. 분말금속입자/결정구조와 결합 된 취성특성은 초경공구의 사용을 방해한다. 이 희토류 자석 합금의 일반적인 제조수단은 정전기 방전기계(EDM), 다이아몬드 공구및 일부 연마제이다. 대부분의 자석재료는 자화되지않은 상태로 가공된다. 제조및 청소작업이 완료되면,사마륨 코발트 자석은 포화상태로 자화된다.

[사용부분]

⊙ Fender는 펜더 미국 디럭스시리즈에서 an Deluxe Series기타와 베이스에서, 사마륨 코발트 무소음 픽업시리즈(SCN)라는 전설적인디자이너 Bill Lawrence의 최신 디자인중 하나를 사용하고 있다.

⊙ 슬롯카 레이싱에서 경쟁이 치열한 클래스에 사용되는 고급 전기모터.

⊙ 터보기계

⊙ 진행파관

⊙ 극저온을 이용한것 또는 매우 더운 온도 (180℃ 이상)에서 시스템이 작동해야하는 응용분야.

⊙ 온도변화와 일치하는 성능이 필요한 응용분야. 사마륨 코발트 자석의 자속밀도는 상온기준으로 온도가 100℃변화할때마다 3%미만이 떨어졌다가, 상온으로 복귀시에 다시 원래 자속밀도로 복귀한다. 단,허용온도 over시에는 지속적으로 소톡감자가 되며, 허용온도는 자석의 크기가 작거나, 얇을 경우에는 약간 밑으로 잡아야 한다.

장점[편집]

가장 강력한 자석인 네오디뮴 자석과 내열성이 가장 뛰어난 알니코 자석의 장점을 합친 자석이다. 개발된 시기는 1960년대로서, 네오디뮴 자석보다 20년 정도 빠르다.

사마륨 코발트 자석은 네오디뮴 자석 다음으로 자력이 강력한데 네오디뮴 자석의 90%에 달하는 3500가우스이다.

내열성은 알니코 자석보다는 아니지만 네오디뮴 자석에 비해서는 훨씬 뛰어나다. 네오디뮴 자석은 50℃만 넘어도 자력에 악영향을 받지만 사마륨 코발트 자석은 최대 350℃까지도 견딘다.

극저온 조건(예: 절대 영도보다 몇 켈빈온도 이상)에서 사용할수있다.
SmCo는 +300℃까지 사용할수있다. H 정격 버전은 최대 +350℃이다.
감자에 저항하는 높은 보자력(Hci).
+150℃ ~ +180℃이상에서는 SmCo 자석이 NdFeB 자석 등급보다 더 나은 성능을 제공하기 시작한

다.

SmCo는 부식에 강한것으로 간주된다.
온도변화에 따른 전계강도 변화가 매우 적음.

단점[편집]

Sm₂Co₁₇은 매우 열악하며 습한 조건에서 표면 부식위험을 최소화하기 위해 보호 코팅을 해야한다. (Sm₁Co₅는 철이 포함되어 있지 않으므로 녹슬지 않는다).
일반적으로 NdFeB보다 비용이 높다.
모든 자석은 잘 부서지지만, 이중에서도 SmCo자석이 가장 잘 부서진다.