Projekti / Programi
Zaščiteni trajni magneti za napredne aplikacije pri visokih temperaturah
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.02 |
Tehnika |
Materiali |
Kovinski materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
magnet, redka zemlja, korozija, zaščitna prevleka, visoka temperatura
Raziskovalci (9)
Organizacije (2)
Povzetek
Povzetek raziskovalnega projekta
Po predvidevanjih bodo v letih 2012-2017 magnetni materiali na osnovi sistema redka zemlja-prehodna kovina (RE-TM), ki so primerni za visokotemperaturne aplikacije med 400-500°C, zavzemali približno 2-5 ton celotne proizvedene količine magnetov na osnovi RE-TM. Uporaba teh magnetov je v visokospecifičnih napravah kot so npr: elektronske naprave za ojačitev radiofrekvenčnih signalov, merilniki pospeškov, giroskopi ter v letalski industriji v mikro motorjih in mikro generatorjih. Trg je s stališča evropskih proizvajalcev majhen, vendar za družbo, kot je Magneti d.d. ravno pravšnji, saj bi si lahko z učinkovito proizvodnjo: a) magnetov z ustreznimi visokotemperaturnimi lastnostmi in b) magnetov, ki bi bili ustrezno zaščiteni proti oksidaciji in odparevanju pri visokih temperaturah, obetali 25-50% delež.
V prvem delu projekta se bomo ukvarjali z razvojem visokotemperaturnih magnetnih lastnosti. Magneti Sm2Co17 imajo sicer visoko Curie-jevo temperaturo, vendar tudi negativno odvisnost magnetizacije s temperaturo, kar pomeni, da pri zvišanju temperature za 100°C izgubijo okoli 20% magnetizacije. Naš namen je zamenjati del Sm z drugimi elementi iz skupine redkih zemelj, kot npr: Dy, Ho, Er predvsem pa Gd in s tem znižati negativno temperaturno odvisnost magnetizacije, saj so teoretične študije pokazale, da bi z zamenjavo 55% Sm z Gd odpravili negativno temperaturno odvisnost magnetizacije. Tako bi s kombinacijo naših izkušenj o izdelavi specifičnih magnetov za napredne aplikacije - kot so npr. mikro-elektro-mehanski sistemi [glej članek v Znanstvenih dosežkih, 1, ki smo ga objavili o ultra tankih sintranih magnetih primernih za MEMS], raziskav trajnih magnetov na nano-nivoju [glej članek v Znanstvenih dosežkih, 2] in raziskav trajnih magnetov na osnovi Sm pri povišanih temperaturah v različnih atmosferah [glej članek v Znanstvenih dosežkih, 3] - uspeli razviti magnet, ki bo bil operativen pri temperaturah med 400-500°C, in kar je najpomembnejše, da ga je mogoče z obstoječo tehnologijo masovno proizvajati v družbi Magneti d.d.
V drugem delu projekta bomo raziskovali primerne prevleke za preprečitev oksidacije in odparevanja. Pod normalnimi pogoji obratovanja od sobne temperature do 180°C, trajni magneti izgubljajo stabilnost na dolgi rok, kar z drugimi besedami imenujemo korozija. Pri temperaturah nad 400°C pa predstavlja problem predvsem oksidacija pa tudi odparevanje Sm, čeprav v manjši meri. Zaradi slednjega prevleke na osnovi Al, Cu, Ni ali Cr niso primerne, glej nedavno objavljeni članek, ki smo ga objavili v okviru bilateralnega sodelavanja s Kitajsko [glej Znanstveni dosežek, 4]. Vendar pa trenutno vodimo multilateralni projekt v okviru 6OP imenovan Hy-nano-IM [glej Družbeno Ekonomski relevantni dosežki 2], kjer smo ugotovili, da bi prevleke na osnovi TiAlN zadostile predstavljenim izzivom. Omenjene prevleke nudijo: i)odlično zaščito, ii) lahko jih nanesemo uniformno, in zagotovimo 100% pokritost, in kar je najpomembnejše za magnetne lastnosti iii) prevleke so tanke (~5 mikronov) ter tako minimalno vplivajo na redčenje magnetizacije. Seveda predstavljajo omenjene prevleke le obetavno izhodišče, saj bo raziskava potekala v smeri raziskav in razvoja prevlek optimalnih in specifičnih za preiskovani sistem.
Pomen za razvoj znanosti
Skupina iz IJS ima na področju magnetov SmCo, NdFeB in SmFeN bogate izkušnje in je eden od vodilnih raziskovalnih inštitutov trajnih magneto na svetu. To je dokazala tudi z pridobitvijo štirih evropskih projektov na tematiko trajnih magneto v zadnjih treh letih. Prav tako je družba Magneti d.d pa že 20 let drži vlogo uspešnega majhnega/srednjega proizvajalca magnetov na Evropskem tržišču. Omenjena partnerja sta uspešno z Univerzo v Ljubljani prenesla izkušnje in strokovno znanje, potrebno za razvoj in plasiranje novega produkta na relativno majhnem (gledano globalno) vendar visoko dobičkonosnem tržišču v ta projekt. V projektu so bila pridobljena strokovna znanja, ki so vodila do novih znanstvenih ugotovitev in postopkov. Uspešno smo izdelali magnetni material z visokimi učinki pri temperaturah 400-500° C, ki presegajo dosedanjo temperaturno mejo 350°C za aplikacije v elektronskih napravah za ojačitev radiofrekvenčnih signalov, v merilnikih pospeškov, giroskopih ter v letalski industriji v mikromotorjih in mikrogeneratorjih, ter izelali novo zaščitno prevleko, ki bo preprečevala oksidacijo in odparevanje redke zemlje pri temperaturah 400-500°C, kar za zdaj predstavlja največjo oviro pri implementaciji ultra visokotemperaturnih magnetnih materialov. V pisanju so štirje zanstveni članki, ki bodo objavili v prestižnih znanstvenih in tehnoloških revijah. V pripravi je patent kar bo v korist vsem udeleženim članom raziskovalne skupine. Uspešno apliciranjenovega produkta in tehnologije bo prispevalo k večji prepoznavnosti ter posledičn ofinanciranju slovenskih znanstvenikov, sodelujočih na vseh nivojih tematike. Znanstvena ekipa bo odprta tudi za potencialno podeljevanje licenc v okviru patentiranih tehnologij tako v Sloveniji, Evropi kot tudi po celem svetu.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovan magnetni material bi lahko neposredno izkoristili v letalski industriji v naslednjih 2-7 letih ter v vozilih na električni pogon v naslednjih 5-15 letih. Če bi nam uspelo doseči 25-50% celotnega tržišča na področju magnetnih materialov za ultra visokotemperaturne aplikacije med 400-500 C , bi to vsekakor pozitivno vplivalo na: porast prodaje družbe Magneti d.d. za 15-30 % v naslednjih 5-tih letih, pomemben prispevek k slovenskemu gospodarstvu kot rezultat ekonomskega uspeha projekta in tržni delež v velikosti do 50% na področju evropskih proizvajalcev v primerjavi s svetovnimi proizvajalci v naslednjih 10-tih letih kot rezultat prodaje družbe Magneti d.d. in partnerskih podjetij iz Slovenije in Evrope. Pričakujemo, da bodo družba na novo odprla od 20-50 delovnih mest v naslednjih 5-tih letih. Predviden obseg proizvodnje teh materialov bi po naših ocenah prinesel korist najmanj 7 slovenskim podjetjem, v katerih bi lahko ustvarili dodatnih 15 delovnih mest, predvsem na področju elektronskih komponent, procesnega inženirstva in distribucije. Tehnologijo, katero smo razvili je visoko zahtevna in specializirana ter v primerjavi s konvencionalnimi metodami tudi bolj napredna predvsem iz stališča večje in boljše kontrole proizvodnje v inertni atmosferi ter ozkih procesnih tolerancah. S to tehnologijo smo ustvarili visokokvalificirana delovna mesta, ki bodo bolje plačana. Pomembno je ohraniti tehnološko prednost, saj nam le-ta zagotavlja ohranitev delovnih mest in prednost pred visoko produktivno in poceni industrijo trajnih magneto z daljnega vzhoda. Zgoraj omenjeno dejstvo predstavlja velik izziv mnogim evropskim proizvajalcem magnetnih materialov, še posebno malim in srednjim podjetjem, kot je npr. družba Magneti d.d. Izdelani magneti so tudi ekološko bolj prijazni do Slovenije kot tudi sveta s tem, da bodo lahko delno nadomestili “umazane” tehnologijo izdelave feritov ali magnetov AlNiCo, ter da se bodo magneti uporabili za čistejše in bolj učinkovite tehnologije, kar se nanaša predvsem na njihovo uporabo v transportnih tehnologijah.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
