Magneter av neodym, samariumkobolt, ferrit eller AlNiCo – i vilka sammanhang passar de egentligen?
För bara 100 år sedan fanns inga magneter som vi känner dem idag. Magnetism var snarare en vanlig men oönskad effekt som uppstod när man bankade på högkolhaltigt järn. Men under forskning av korrosionsbeständiga legeringar med nickel och aluminium under 1930-talet fick man av en ren slump fram den allra första permanentmagneten. Så småningom kom man fram till att inblandning av kobolt gav kraftigare magnetfält och detta blev början till vår allra första permanentmagnet, AlNiCo.
AlNiCo används alltmer sällan – men har några unika egenskaper
En av de främsta fördelarna med AlNiCo är att de klarar mycket höga temperaturer, ända upp till 500 °C, samtidigt är hållfastheten bättre än hos många andra permanentmagneter. Den stora begränsningen med AlNiCo ligger i att de kräver en speciell utformning som också innebär stor volym jämfört med andra permanentmagneter. AlNiCo har låg koercivitet, vilket innebär att de måste vara långa i förhållande till sina polytor för att inte avmagnetiseras. Den låga koercivitet innebär dessutom att de lätt avmagnetiseras vid slag och stötar, vilket blir tydligt om man bankar på en AlNiCo-magnet med en hammare. Just de här egenskaperna är anledningen till att AlNiCo idag endast används i ett fåtal applikationer.
Ferritmagneter används i stor omfattning
De första ferritmagneter dök upp under mitten av 30-talet och räknas till våra moderna magnettyper. Idag är det utan jämförelse den mest använda permanentmagneten världen, räknat i vikt. Ferrit är en keram som består av metallurgiskt hoppressade partiklar av järnoxid som tillsammans med barium eller strontiumoxid bildar en magnet som har stor korrosionsbeständighet. Tillverkningen sker under torr- eller våtpressning beroende på om det är strontiumferrit eller bariumferrit som används. Efter pressning värms materialet upp till höga temperaturer vilket gör att partiklarna fogas samman. Denna process kallas för sintring och används även vid framställning av mycket annat än bara permanentmagneter.
Hög koercivitet gör att magneter av ferrittyp kan användas vid driftstemperaturer från -40 upp till +250 grader °C innan de avmagnetiseras. De är dessutom härdiga för de flesta typer av lösningsmedel och tål en hel del fukt utan att korrodera. Samtidigt är ferritmagneter de billigaste moderna permanentmagneterna och används nästan alltid när utrymme och vikt inte är begränsande. Användningsområdena sträcker sig från kylskåpsmagneter och högtalare till elmotorer.
Svagheten ligger främst i att ferriter kräver jämförelsevis stort utrymme för att skapa högt flöde, vilket i förlängningen leder till att de blir utrymmeskrävande och omöjliga att använda i vissa tillämpningar. Magnettypen är mycket hård men samtidigt spröd.
Kort sagt, behöver du ett kraftigt magnetfält till en låg kostnad och har gott om utrymme är ferritmagneter rätt val.
Samariumkobolt har högre styrka – ändå väljs den oftast bort
Magneter av samariumkobolt dök upp under 60-talet, är betydligt starkare än ferritmagneter och används ofta när utrymmet är begränsande, exempelvis i små elmotorer. Samariumkobolt är en sintrad legering av samarium och kobolt där sammansättningen styr en del av egenskaperna. Den tidigaste varianten, SmCo5, klarar drifttemperaturer upp till 300 °C medan den något nyare Sm2Co17 som består av består av samarium, koppar, järn, hafnium eller zirkonium och kobolt, är ännu mer temperaturbeständig och klarar driftstemperaturer ända upp till 350 °C.
Hos SmC05 ligger på ett BHmax mellan 16 och 22 MGOe till skillnad mot Sm2Co17 där BHmax ligger på mellan 24 MGOe till 32 MGOe. Sammansättningen hos Sm2Co17 gör att den har högre prestanda och är lite starkare än SmC05.
Gemensamt för samariumkoboltmagneter är att de är mycket spröda vilket innebär att de lätt flisas och spricker. Låter man två magneter av samariumkobolt snäppa samman är risken mycket stor att de splittras vilket för lite större magneter kan vara rent farligt.
Enorm potential i närtid för magneter av neodym
1983 presenterades neodymmagneten under en magnetkonferens där USA och Japan samtidigt visade varsitt parallellt utvecklingsspår. Kortfattat kan man säga att det egentligen är tillverkningsmetoden som skiljer dem åt och idag är det uteslutande det japanska patentet som används när man pressar och sintrar neodymmagneten. Det amerikanska patentet används exempelvis för att göra plastbundna neodymmagneter.
Hos neodymmagneten finner vi den allra högsta flödestätheten av alla dagens permanentmagnetmaterial. De var till en början mycket korrosionskänsliga men har under åren förbättrats och idag finns det mer korrosionsstabila typer. För att förbättra neodymmagnetens korrosions- och temperaturegenskaper legerar man dem med material som dysprosium, praseodym, terbium och kobolt. Trots det är vissa kvaliteter fortfarande känsliga för vatten och vätgas.
Sammanfattningsvis behövs en mindre massa och volym när man använder magneter av neodym jämfört med magneter av samariumkobolt. Man måste däremot ta hänsyn till att prestandan sjunker snabbare med ökande temperatur under användning jämfört med samariumkoboltmagneter.
En av de första storskaliga tillämpningarna för neodymmagneter var den voicecoil-motor som driver läshuvudet i roterande (traditionella, mekaniska) hårddiskar. Det stora energiinnehållet gör neodymmagneten mycket användbar och de används med bibehållen prestanda även i riktigt små tillämpningar. Andra användningsområden där man väljer magneter av neodym är högpresterande elmotorer, generatorer för vindkraftverk och i MR-kameror för medicinska undersökningar.
Grafiska prestandajämförelser
Förväntad prisutveckling
Prisbilden på neodym blev alltmer gynnsam efter introduktionen 1983. Fram till 2009 sjönk priset från år till år framförallt beroende på att antalet kinesiska magnetproducenter hela tiden ökade. Sedan dess har gruvorna för framtagning av sällsynta jordartsmetaller som neodym koncentreras till Kina och 2011 började priserna stiga och pristrenden är fortsatt stigande. Betydande faktorer som ökande efterfrågan i expanderande branscher och kinesiska regleringar har stor prispåverkan. Men användningsområdena ökar konstant och potentialen för neodym är enorm.
Vill du veta vad begrepp som korrosion, hysteres, koercivitet och avmagnetisering betyder? Ladda ned vårt whitepaper som kan hjälpa dig att tolka information om magneter men som samtidigt riskerar att göra ämnet ännu svårare.
