समैरियम-कोबाल्ट चुंबक

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समैरियम-कोबाल्ट (एसएमसीओ) चुंबक, एक प्रकार का विरल-पृथ्वी चुंबक, दो मूल अवयवो समैरियम और कोबाल्ट से बना सशक्त स्थायी चुंबक है।

इन्हें 1960 के दशक की प्रारंभ में राइट-पैटरसन एयर फ़ोर्स बेस में कार्ल स्ट्रनाट और डेटन विश्वविद्यालय में एल्डन रे द्वारा किए गए कार्य के आधार पर विकसित किया गया था। विशेष रूप से स्ट्रनैट और रे ने smCo5 का पहला निरूपण विकसित किया।[1][2]

इस प्रकार समैरियम-कोबाल्ट चुंबक को सामान्यतः नेओद्यमिउम चुंबक की शक्ति के समान स्थान दिया जाता है,[3] किन्तु उच्च तापमान रेटिंग और उच्च प्रतिरोधी है।

गुण

समैरियम-कोबाल्ट की कुछ विशेषताएं हैं:

  • इस प्रकार समैरियम-कोबाल्ट चुंबक विचुंबकीकरण के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी हैं।
  • इन चुम्बकों में अच्छी तापमान स्थिरता होती है (अधिकतम उपयोग तापमान 250 °C (523 K) और 550 °C (823 K) के मध्य होता है, क्यूरी तापमान 700 °C (973 K) से 800 °C (1,070 K) तक होता है।
  • वह मूल्यवान हैं और मूल्य में दोलन के अधीन हैं (कोबाल्ट बाजार मूल्य संवेदनशील है)।
  • इस प्रकार समैरियम-कोबाल्ट चुंबक में संक्षारण और ऑक्सीकरण प्रतिरोध के लिए सशक्त प्रतिरोध होता है, सामान्यतः इसे लेपित करने की आवश्यकता नहीं होती है और उच्च तापमान और व्यर्थ कार्य परिस्थितियों में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जा सकता है।[4]
  • वह भंगुर होते हैं और टूटने और छिलने का खतरा होता है। समैरियम-कोबाल्ट चुंबक में अधिकतम ऊर्जा उत्पाद (BHmax) होते हैं जो 14 मेगागॉस-ऑर्स्टेड (MG·Oe) से लेकर 33 MG·Oe तक होते हैं जो प्रायः है। 112 kJ/m3 से 264 kJ/m3 तक उनकी सैद्धांतिक सीमा 34 MG·Oe प्रायः 272 kJ/m3 है।

इस प्रकार सिंटरिंग समैरियम-कोबाल्ट चुंबक चुंबकीय एनिसोट्रॉपिक 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 समय पदार्थ की क्रिस्टल संरचना को संरेखित करके किया जाता है।

सिंटर्ड नियोडिमियम और एसएम-सीओ चुंबक के भौतिक गुणों की तुलना[5][6]
प्रॉपर्टी (इकाई) नियोडिमियम Sm-Co
अवशेष (टी) 1–1.5 0.8–1.16
प्रतिरोधी (एमए/एम) 0.875–2.79 0.493–2.79
सापेक्ष पारगम्यता (–) 1.05 1.05–1.1
अवशेष का तापमान गुणांक (%/K) –0.09..–0.12 −0.03..–0.05
प्रतिरोधी का तापमान गुणांक (%/K) −0.40..–0.65 −0.15..–0.30
क्यूरी तापमान (°C) 310–370 700–850
घनत्व (g/cm3) 7.3–7.7 8.2–8.5
सीटीई, चुंबकीयकरण दिशा (1/K) (3–4)×10−6 (5–9)×10−6
सीटीई, चुंबकीयकरण दिशा के लिए सामान्य (1/K) (1–3)×10−6 (10–13)×10−6
लचीली शक्ति (N/mm2) 200–400 150–180
सम्पीडक क्षमता (N/mm2) 1000–1100 800–1000
तन्य शक्ति (N/mm2) 80–90 35–40
विकर्स कठोरता (HV) 500–650 400–650
विद्युत प्रतिरोधकता (Ω·cm) (110–170)×10−6 (50–90)×10−6

शृंखला

इस प्रकार समैरियम-कोबाल्ट चुंबक दो श्रृंखलाओं में उपलब्ध हैं, अर्थात् smCo5 चुंबक और sm2Co17 चुंबक है।[7][8]

शृंखला 1:5

इस प्रकार यह समैरियम-कोबाल्ट चुंबक मिश्र धातु (सामान्यतः smCo5 के रूप में लिखा जाता है, या एसएमसीओ शृंखला 1:5) में कोबाल्ट के प्रति पांच परमाणुओं पर विरल-मृदा समैरियम का परमाणु होता है। भार के अनुसार, इस चुंबक मिश्र धातु में सामान्यतः 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, अर्थात प्रायः 128-200 kJ/m3 इन समैरियम-कोबाल्ट चुंबक में सामान्यतः तापमान गुणांक या प्रतिवर्ती तापमान गुणांक -0.05% डिग्री सेल्सियस होता है। इस प्रकार 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 विशिष्ट चुंबकीय क्षेत्र में कैलिब्रेट करना सरल है।

इस प्रकार मध्यम रूप से सशक्त 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 अल्प चुंबकीय हो जाएंगे। इस प्रकार यह समस्या हो सकती है यदि पोस्टप्रोसेसिंग के लिए चुंबक को प्लेटेड या लेपित करना आवश्यक होता है। चुंबक द्वारा उठाया गया हल्का सा क्षेत्र प्लेटेड या कोटिंग प्रक्रिया के समय डेब्रिस को आकर्षित कर सकता है, जिससे कोटिंग विफल हो सकती है या यांत्रिक रूप से सहनशीलता से बाहर की स्थिति उत्पन्न हो सकती है।

इस प्रकार Br तापमान 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। Br के प्रतिवर्ती तापमान गुणांक (आरटीसी) को इस प्रकार परिभाषित किया गया है

(∆Br/Br) x (1/∆T) × 100%

इन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, 1970 के दशक के अंत में तापमान क्षतिपूर्ति वाले चुंबक विकसित किए गए थे। पारंपरिक एसएमसीओ चुंबक के लिए, Br तापमान बढ़ने पर घट जाती है। इसके विपरीत, जीडीसीओ चुंबक Br के लिए, कुछ निश्चित तापमान सीमाओं के अन्दर तापमान बढ़ने पर वृद्धि होती है। मिश्र धातु में समैरियम और गैडोलिनियम को मिलाकर तापमान गुणांक को प्रायः शून्य तक कम किया जा सकता है।

इस प्रकार SmCo5 चुम्बकों में बहुत अधिक प्रतिरोधी (प्रतिरोधी बल) होती है; अर्थात्, वह सरलता से विचुंबकीय नहीं होते हैं। इस प्रकार इनका निर्माण वाइड-ग्रेन लोन-डोमेन चुंबकीय पाउडर की पैकिंग करके किया जाता है। सभी चुंबकीय डोमेन सरल अक्ष दिशा के साथ संरेखित हैं। इस स्थिति में, सभी डोमेन वाल 180 डिग्री पर हैं। जब कोई अशुद्धियाँ नहीं होती हैं, तो बल्क चुंबक की उत्क्रमण प्रक्रिया लोन-डोमेन मोट के समान होती है, जहां सुसंगत रोटेशन प्रमुख तंत्र है। चूंकि, निर्माण की अपूर्णता के कारण, चुम्बकों में अशुद्धियाँ आ सकती हैं, जो नाभिक बनाती हैं। इस स्थिति में, क्योंकि अशुद्धियों में अनिसोट्रॉपी कम हो सकती है या सरल अक्ष गलत विधि से संरेखित हो सकते हैं, उनके चुंबकत्व की दिशाओं को घूमना सरल होता है, जो 180° डोमेन वाल विन्यास को तोड़ देता है। ऐसी पदार्थो 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

इस प्रकार यह मिश्र धातुएं (Sm2Co17, या smCo शृंखला 2:17 के रूप में लिखी गई हैं) संक्रमण धातुओं (टीएम) के 13-17 परमाणुओं में विरल-मृदा समैरियम के दो परमाणुओं की संरचना के साथ आयु-कठोर हैं। टीएम पदार्थ कोबाल्ट से प्रचुर है, किन्तु इसमें लोहा और तांबा जैसे अन्य अवयव भी सम्मिलित हैं। उत्तम ताप व्यवहार प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए ज़िरकोनियम, हेफ़नियम और ऐसे अन्य अवयवो को कम मात्रा में जोड़ा जा सकता है। भार के अनुसार मिश्र धातु में सामान्यतः 25% समैरियम होगा। इन मिश्र धातुओं का अधिकतम ऊर्जा उत्पाद 20 से 32 MGOe तक होता है, जो लगभग 160-260 kJ/m3 होता है। इन मिश्र धातुओं में सभी विरल-मृदा मिश्र धातुओं का सबसे अच्छा प्रतिवर्ती तापमान गुणांक होता है, जो सामान्यतः -0.03%/डिग्री सेल्सियस होता है। "दूसरी पीढ़ी" की पदार्थो का उपयोग उच्च तापमान पर भी किया जा सकता है।[9]

इस प्रकार Sm2Co17 चुंबक में प्रतिरोधी तंत्र डोमेन वॉल पिनिंग पर आधारित है। चुम्बकों के अंदर की अशुद्धियाँ डोमेन वाल की गति को अवरोधित करती हैं और इस प्रकार चुम्बकत्व उत्क्रमण प्रक्रिया का विरोध करती हैं। प्रतिरोधी बढ़ाने के लिए निर्माण प्रक्रिया के समय अभिप्रायपूर्वक अशुद्धियाँ जोड़ी जाती हैं।

उत्पादन

इस प्रकार समैरियम-कोबाल्ट मिश्र धातु सामान्यतः अचुंबकीय अवस्था में मशीनीकृत की जाती है। समैरियम-कोबाल्ट को गीली पीसने की प्रक्रिया (जल आधारित शीतलक) और हीरा पीसने वाले पहिये का उपयोग करके पीसना चाहिए। यदि होल ड्रिलिंग या अन्य सुविधाएँ सीमित हैं तो उसी प्रकार की प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। उत्पादित पीसने वाले कचरे को पूर्ण रूप से सूखने की अनुमति नहीं दी जानी चाहिए क्योंकि समैरियम-कोबाल्ट का ज्वलन बिंदु कम होता है। छोटी सी चिंगारी, जैसे कि स्थैतिक विद्युत् से उत्पन्न, सरलता से दहन प्रारंभ कर सकती है।[10] परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाली अग्नि अत्यधिक गर्म हो सकती है और उस पर अधिकृत करना कठिन हो सकता है।

इस प्रकार 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 smCo5 और sm2Co17 दोनों उत्पादन के लिए किया जाता है। इस प्रकार कच्चे पदार्थ 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 जल 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। इस प्रकार 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 पश्चात् 1100˚C-1200˚C पर समाधान व्यवहार किया जाता है और अंत में चुंबक पर लगभग 700˚C-900˚C पर टेम्परिंग की जाती है। यह 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।

इस प्रकार समैरियम को अन्य विरल-मृदा अवयवो के भाग द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है जिसमें प्रेसियोडीमियम, मोम और गैडोलीनियम सम्मिलित हैं; कोबाल्ट को लोहा, तांबा और ज़िरकोनियम सहित अन्य संक्रमण धातुओं के भाग द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।[11]

उपयोग

समैरियम कोबाल्ट चुंबक का उपयोग करने वाले 1980 के दशक के पुराने हेडफ़ोन

फेंडर म्यूजिकल इंस्ट्रूमेंट्स कॉर्पोरेशन ने फेंडर के विंटेज हॉट रॉड '57 स्ट्रैटोकास्टर में डिजाइनर बिल लॉरेंस (गिटार निर्माता) की विंटेज नॉइज़लेस या समैरियम कोबाल्ट नॉइज़लेस श्रृंखला के इलेक्ट्रिक गिटार पिकअप (संगीत प्रौद्योगिकी) में से का उपयोग किया था।[12] इन पिकअप का उपयोग 2004 से 2010 की प्रारंभ तक फेंडर अमेरिकन डीलक्स शृंखला गिटार और बास गिटार में किया गया था।[13]

इस प्रकार 1980 के दशक के मध्य में रॉस आरई-278 जैसे कुछ मूल्यवान हेडफ़ोन में समैरियम-कोबाल्ट सुपर मैगनेट ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया गया था।

अन्य उपयोगों में सम्मिलित हैं:

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ "डेटन ने चुंबकीय सामग्री के इतिहास में योगदान दिया". 1998. Archived from the original on 2013-05-27. Retrieved 2017-01-10.
  2. ↑ Research and Development of Rare Earth Transition Metal Alloys as Permanent Magnet Materials, AD-750 746 Alden E. Ray, et al, August 1972
  3. ↑ "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.
  4. ↑ Corrosion and oxidation resistance of SmCo magnet, corrosion and oxidation resistance.
  5. ↑ Juha Pyrhönen; Tapani Jokinen; Valéria Hrabovcová (2009). Design of Rotating Electrical Machines. John Wiley and Sons. p. 232. ISBN 978-0-470-69516-6.
  6. ↑ Typical physical and chemical properties of some magnetic materials, permanent magnets comparison and selection.
  7. ↑ 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.
  8. ↑ 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.
  9. ↑ Nanocomposite Sm-Co melt spun ribbons
  10. ↑ Cobalt HSFS, New Jersey Department of Health and Senior Services Hazardous Substance Fact Sheet.
  11. ↑ Sintered SmCo Magnets, Introduction to Samarium Cobalt Magnets.
  12. ↑ "Fender Vintage Hot Rod '57 Stratocaster". Fender Hot Rod '57 Stratocaster. Fender. Archived from the original on 2012-12-09.
  13. ↑ 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.
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