Korroosio syö kestomagneettien vetovoimaa
Energiatehokkaat kestomagneetteihin perustuvat teknologiat lisääntyvät vuosi vuodelta moottoreissa ja generaattoreissa. Ne sopivat hyvin esimerkiksi tuulivoimaloihin, mutta ne ovat herkkiä korroosiolle. Elisa Isotahdon tutki kestomagneettien korroosiota ja siltä suojautumista.
Voimakkaita neodyymimagneetteja käytetään komponentteina muun muassa tuulivoimageneraattoreissa. Magneettien heikon korroosionkeston vuoksi niiden suojaukseen on kiinnitettävä erityisesti huomiota. Elisa Isotahtomen väitöstutkimus tuo magneettien kanssa työskentelevälle teollisuudelle paljon hyödyllistä tietoa selittämällä erilaisia ympäristötekijöitä ja niiden laukaisemia korroosiomekanismeja.
– Mekanismit on tunnettava, jotta magneetit osataan suojata oikein ja kestomagneettikoneista tulee luotettavia ja pitkäikäisiä, Elisa Isotahdon sanoo.
Voimakkaimmat kestomagneettimateriaalit pohjautuvat neodyymin, raudan ja boorin yhdisteeseen. Neodyymimagneeteilla on suuri rooli energiaa säästävissä teknologioissa. Ne ovat keskeisiä komponentteja kestomagneettimoottoreissa, jotka ovat tehokkaampia, kevyempiä ja usein pienempiä kuin vastaavat muut sähkömoottorit.
– Merkittäviä käyttökohteita löytyy myös uusiutuvan energian tuotannosta. Tulevaisuudessa kestomagneettigeneraattoreita voidaan käyttää tuulivoimaloiden lisäksi myös esimerkiksi aaltovoimaloissa, Isotahdon kertoo.
Neodyymimagneettien ylivoimaiset magneettiset ominaisuudet johtuvat niiden sintraamalla valmistetusta monimutkaisesta mikrorakenteesta. Saman mikrorakenteen heikkous on kuitenkin korroosiotaipumus, varsinkin kosteissa ympäristöissä.
– Pahimmillaan korroosio etenee nopeasti ja irrottaa suuria paloja magneetista. Näin magneetin teho heikkenee huomattavasti. Korroosiota vastaan yritetään suojautua useimmiten seostamalla magneettiin lisäaineita ja pinnoittamalla magneetti. Se kuitenkin lisää huomattavasti tuotantokustannuksia.
Isotahdon tutki työssään muun muassa erilaisia pinnoitevaihtoehtoja. Haastetta tutkijalle toi se, että pitkäaikaiskestävyyden tutkimuksen kannalta neodyymimagneetit ovat verrattain nuori keksintö. Ensimmäiset valmistettiin 1980-luvulla, ja teknologiat ovat kehittyneet huimaa vauhtia.
– Vuosikymmenien pitkäaikaisaltistuksen tuloksia oikeissa käyttökohteissa, kuten merellä toimineissa tuulivoimageneraattoreissa, ei vielä saatavilla. Sen vuoksi korroosiota on arvioitava laboratoriotesteillä.
Isotahdon tutki korroosiota laboratoriossa kiihdytetyillä altistustesteillä esimerkiksi mittaamalla kappaleen painohäviötä tietyn ajan kuluessa. Tutkimuksen edetessä hän siirtyi mittaamaan massahäviöiden lisäksi myös korroosion aiheuttamia magneettisten ominaisuuksien häviöitä, jotka olivat huomattavasti informatiivisempia sovellusten kannalta.
– Magneetin tehon heikkeneminen on merkittävämpi huoli moottorivalmistajalle kuin milligrammojen painohäviö tai ohuen korroosiokerroksen muodostuminen. Mittaukset olivat menestys, sillä samalla saimme arvokasta ja uutta tietoa magneettikentän vaikutuksesta korroosiomekanismeihin, Isotahdon kertoo.
Väitöstilaisuus perjantaina 3.3.2017
Diplomi-insinööri Elisa Isotahtomen väitöskirja Corrosion Losses, Mechanisms and Protection Strategies for Sintered Nd-Fe-B Magnets tarkastetaan julkisesti Tampereen teknillisessä yliopistossa 3.3.2017 klo 12 alkaen.
