في العديد من المجالات مثل الطيران وتصنيع السيارات والإلكترونيات الطاقة ، تشكل بيئات درجة الحرارة العالية تحديات شديدة في أداء المغناطيس. المغناطيس التقليدي عرضة للتوهين المغناطيسي أو حتى إزالة المغناطيسية في درجات حرارة عالية ، ويوفر ظهور المغناطيس المقاوم للدرجات عالية الدعم الرئيسي لتطوير هذه الحقول.
تشمل المغناطيس المقاوم للدرجات العالية بشكل أساسي مغناطيس NDFEB ، ومغناطيس SMCO ، ومغناطيس Alnico ، ومغناطيس الفريت. أنواع مختلفة من المغناطيس المقاوم للدرجات عالية لها خصائصها الفريدة.
تعتبر مغناطيس NDFEB واحدة من المغناطيسات الأكثر شيوعًا وعالية الأداء في درجة الحرارة في السوق. لها خصائص مغناطيسية عالية للغاية ، و bhmax أعلى بأكثر من 10 أضعاف من الفريت. من حيث درجة حرارة التشغيل ، يمكن أن تعمل مغناطيس NDFEB عالية الأداء في درجات حرارة تصل إلى 200 درجة مئوية ، ويمكن لبعض مغناطيس NDFEB المصممة خصيصًا الحفاظ على المغناطيسية في بيئات درجات الحرارة العالية التي تتجاوز 400 درجة مئوية. ومع ذلك ، فإن مغناطيس NDFEB نشط كيميائيًا ، ولمنع التآكل ، فإنها تتطلب عادةً علاجات سطحية مثل الزنك والنيكل والذهب والإبوكسي.
يمكن تقسيم مغناطيس الكوبالت الساماريوم إلى SMCO5 و SM2CO17 وفقًا لتكوينها. بصفته مغناطيسًا دائمًا نادرًا للأرض ، لا يحتوي على منتج طاقة مغناطيسي عالي (14-28 مترًا) ، ولكن أيضًا له قوة قسرية موثوقة وخصائص درجة حرارة جيدة. يمكن أن تحافظ مغناطيس الكوبالت الساماريوم على قوتها المغناطيسية التي لم تتغير في بيئات درجات الحرارة العالية ، ويمكنها تحمل بيئات العمل عالية في درجات الحرارة التي تزيد عن 500 ℃ -600 ℃ ، ولها درجة حرارة عالية ، مما يتيح لهم لعب دور مغناطيسي في بيئات درجة الحرارة العالية.
مغناطيس Alnico عبارة عن سبائك مكونة من الألومنيوم والنيكل والكوبالت والحديد والمعادن الأخرى النزرة ، ويمكن تحويلها إلى أحجام وأشكال مختلفة من خلال عملية صب. لديها قابلية جيدة للآلات ، وتتميز مغناطيس Alnico الدائم بأقل درجة حرارة قابلة للعكس ويمكن أن تعمل في درجات حرارة تصل إلى 600 درجة مئوية.
المواد الخام الرئيسية للمغناطيس الفريت هي BAFE12O19 و SRFE12O19 ، والتي تصنع باستخدام تكنولوجيا السيراميك. إنها مادة صلبة وهشة مع مقاومة درجة الحرارة ، والتكلفة المنخفضة والأداء المعتدل ، وهي واحدة من أكثر المغناطيس الدائم استخدامًا على نطاق واسع.
مبدأ مقاومة درجة الحرارة العالية من المغناطيس المقاوم للدرجات الفائقة
إن السبب وراء قدرة المغناطيسات المقاومة للدرجات على درجات الحرارة العالية على الحفاظ على خصائص مغناطيسية مستقرة في بيئات درجة الحرارة العالية يرجع إلى بنيةها الفيزيائية والكيميائية الخاصة. من وجهة نظر مجهرية ، يأتي مغنطيسي المغناطيس من اللحظات المغناطيسية الناتجة عن الدوران والحركة المدارية للإلكترونات داخل الذرات. في درجة الحرارة الطبيعية ، يكون لترتيب هذه اللحظات المغناطيسية ترتيبًا معينًا ، وبالتالي تشكيل المغناطيسية العيانية.
عندما ترتفع درجة الحرارة ، تكثف الحركة الحرارية للذرات ، والتي سوف تتداخل مع ترتيب اللحظات المغناطيسية. بالنسبة للمغناطيس العادي ، مع ارتفاع درجة الحرارة ، يتم تدمير الترتيب المنظم للحظات المغناطيسية تدريجياً ، مما يؤدي إلى ضعف المغناطيسية. تعزز المغناطيس المقاوم للدرجات عالية من التفاعل بين اللحظات المغناطيسية من خلال تركيبات المواد الخاصة وتصميم البنية المجهرية ، بحيث لا يزال بإمكانها الحفاظ على ترتيب مستقر نسبيًا في درجات حرارة عالية.
على سبيل المثال ، يشكل الترتيب الذري المحدد للعناصر الأرضية النادرة الساماريوم والكوبالت في مغناطيس الكوبالت الساماريوم بنية مغناطيسية مستقرة يمكن أن تقاوم تداخل الحركة الحرارية الناتجة عن ارتفاع درجة الحرارة ، وبالتالي الحفاظ على خصائص مغناطيسية عالية. في الوقت نفسه ، يمكن للبنية البلورية للمغناطيس المقاوم للدرجات إلى ارتفاع درجة الحرارة أيضًا استقرار حراري عالي ، ويمكن أن يقاوم درجات الحرارة العالية دون تغييرات واضحة في الطور ، ويضمن استقرار المغناطيسية.
عملية إنتاج المغناطيس المقاوم لدرجات الحرارة العالية
عملية إنتاج المغناطيس المقاوم للدرجات عالية لها تأثير مهم على أدائها. أخذ مغناطيس NDFEB كمثال ، تشمل عمليات الإنتاج الشائعة NDFEB الملبد و NDFEB المستعبدين.
تم تصنيع NDFEB بواسطة مسحوق المعادن. أولاً ، يتم صهر المواد الخام من NDFEB ومسحوقها ، ثم الضغط عليها وتشكلها ، وتتلكل في درجة حرارة عالية لتكثيف المغناطيس ، وأخيرا يتم الحصول على المنتج النهائي عن طريق المعالجة الميكانيكية والمعالجة السطحية. يحتوي NDFEB الملبد على منتجات طاقة مغناطيسية عالية للغاية وقوة قسرية ، لكن نسيجها صعب وهش ، وهو معرض للعيوب مثل الشقوق أثناء المعالجة.
Bonded NDFEB عبارة عن مغناطيس مركب مصنوع من مسحوق NDFEB بشكل موحد مع راتنج أو بلاستيكي أو معدن ذوبان منخفض ، ثم الضغط أو البثق أو صب الحقن. يحتوي NDFEB المستعبدين على مغناطيسية في جميع الاتجاهات ويمكن معالجتها في حلقات رقيقة الجدران أو مغناطيس رفيع مع أشكال معقدة. لها دقة عالية الأبعاد ويمكن أن تختار بشكل تعسفي اتجاه المغناطيس للمغناطيس. ومع ذلك ، فإن الخصائص المغناطيسية لـ NDFEB المستعبدين أقل من تلك الخاصة بـ NDFEB الملبدة.
عملية إنتاج مغناطيس الكوبالت الساماريوم معقدة نسبيًا ، مما يتطلب التحكم الدقيق في تكوين ونسبة المواد الخام ، وكذلك المعلمات مثل درجة حرارة التلبد والوقت. أثناء عملية الإنتاج ، من الضروري التأكد من أن البنية المجهرية للمغناطيس موحدة وكثيفة لتحقيق خصائص مغناطيسية جيدة ومقاومة عالية الحرارة.
حقول التطبيقات ذات المغناطيس المقاوم لدرجة الحرارة العالية
وتستخدم المغناطيس المقاوم للدرجات العالية على نطاق واسع في العديد من الحقول. في حقل الفضاء الجوي ، يمكن استخدام مغناطيس درجات الحرارة العالي لتصنيع المستشعرات المغناطيسية ومعدات الطاقة والمكونات الرئيسية في الدوارات عالية السرعة وأنظمة التحكم في الطائرات. نظرًا لأن معدات الطيران ستواجه بيئات متطرفة مثل ارتفاع درجة الحرارة والضغط العالي والإشعاع القوي أثناء التشغيل ، فإن الأداء المستقر للمغناطيس المقاوم للدرجات الحرارة العالية يمكن أن يضمن موثوقية وسلامة المعدات.
يعد مجال تصنيع السيارات أيضًا سوق تطبيقات مهم للمغناطيس المقاوم للدرجات الحرارة العالية. في تصنيع المكونات مثل محركات السيارات والمولدات والمبتدئين وأنظمة التوجيه الكهربائية ، تلعب المغناطيسات المرتفعة للدرجات إلى دور رئيسي. على سبيل المثال ، في محركات السيارات ، يمكن استخدام مغناطيس مقاوم للدرجات عالية لتصنيع جوهر ملفات الإشعال لتحسين كفاءة الإشعال وبالتالي تحسين أداء المحرك.
في مجال إلكترونيات الطاقة ، تستخدم المغناطيس المقاوم للدرجات العالية على نطاق واسع في المحركات والمولدات والمحولات والمضخات الكهرومغناطيسية وغيرها من المعدات بسبب نفاذيةها المغناطيسية العالية وانخفاض استهلاك الطاقة. في صناعة البتروكيماويات ، يمكن استخدام مغناطيس درجات الحرارة العالية في مختلف المفاعلات والفواصل والضواغط وغيرها من المعدات لتحقيق التحكم التلقائي في المعدات وتحسين عملية الإنتاج.
في مجال الأجهزة الطبية ، غالبًا ما يتم استخدام المغناطيسات ذات درجة الحرارة العالية لتصنيع أجزاء دقيقة من المعدات مثل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) والرنين المغناطيسي النووي (NMR) لتحسين دقة واستقرار المعدات. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام مغناطيس درجات الحرارة العالية أيضًا في علم الفلك ، والاستكشاف الجيولوجي ، والمعالجة الحرارية ، والسفر المغناطيسي ، والعلاج المغناطيسي وغيرها من الحقول.
اتجاه تطوير المغناطيس المقاوم للدرجات الفائقة
مع التقدم المستمر للعلوم والتكنولوجيا ، أظهر تطوير المغناطيس المقاوم للدرجات الحرارة العالية بعض الاتجاهات الواضحة. فيما يتعلق بتحسين الأداء ، من المتوقع أن يكون للمغناطيس المقاوم للدرجات العالية منتجات طاقة مغناطيسية أعلى ، واستقرار أفضل في درجة الحرارة ومقاومة التآكل الأقوى في المستقبل. من خلال تحسين تركيبات المواد وعمليات الإنتاج ، يمكن لموظفي البحث والتطوير زيادة تحسين الخواص المغناطيسية للمغناطيس حتى يتمكنوا من الحفاظ على المغناطيسية المستقرة في درجات حرارة أعلى.
من حيث التوسع في مجال التطبيق ، مغناطيس مقاومة للدرجات الحرارة العالية يمكن استخدامها في بيئات أكثر ارتفاعًا في درجات الحرارة العالية ، وذات القوة العالية ، والتآكل للغاية ، مثل الطاقة النووية ، واستكشاف أعماق البحار وغيرها من المجالات. في مجال الطاقة النووية ، يمكن استخدام المغناطيس المقاوم للدرجات العالية في المكونات الرئيسية مثل آلية قضيب التحكم في المفاعلات النووية لضمان التشغيل الآمن والمستقر للمفاعلات النووية. في مجال استكشاف أعماق البحار ، يمكن استخدام المغناطيس المقاوم للدرجات العالية لتصنيع أجهزة الاستشعار وقيادة الأجهزة لكاشفات أعماق البحار للتكيف مع البيئة القاسية المتمثلة في الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية في أعماق البحر.
فيما يتعلق بحماية البيئة والتنمية المستدامة ، فإن الإنتاج المستقبلي للمغناطيس المقاوم للدرجات الحرارة العالية سيولي المزيد من الاهتمام لحماية البيئة والاستخدام العقلاني للموارد. سوف يلتزم موظفو البحث والتطوير بتطوير مواد وعمليات إنتاج جديدة صديقة للبيئة لتقليل التأثير على البيئة ، مع تحسين معدل استخدام الموارد وتحقيق التنمية المستدامة لصناعة المغناطيس المقاومة للدرجات الحرارة العالية.
كمواد مغناطيسية ذات أداء مستقر في بيئات درجات الحرارة العالية ، تلعب المغناطيس المقاوم للدرجات العالية دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في الصناعة والعلوم والتكنولوجيا الحديثة. مع التقدم المستمر للتكنولوجيا ، سيستمر أداء المغناطيس المقاوم للدرجات الحرارة العالية في التحسن ، وسيستمر مجال التطبيق في التوسع ، مما يجعل مساهمات أكبر في تطوير المجتمع البشري .
