توضیح مفاهیم مرتبط با مواد مغناطیسی

1. مغناطیس

آزمایش‌ها نشان می‌دهد که هر ماده‌ای را می‌توان به مقدار کم یا زیاد در یک میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی کرد، اما درجه مغناطیسی متفاوت است. با توجه به ویژگی های مواد موجود در میدان مغناطیسی خارجی، مواد را می توان به پنج دسته تقسیم کرد: مواد پارامغناطیس، مواد دیامغناطیس، مواد فرومغناطیسی، مواد فری مغناطیسی و مواد ضد فرومغناطیسی. مواد پارامغناطیس و دیامغناطیس را مواد مغناطیسی ضعیف و مواد فرومغناطیسی و فریمغناطیس را مواد مغناطیسی قوی می نامیم.

2. مواد مغناطیسی

مواد مغناطیسی نرم: می توانند با کمترین میدان مغناطیسی خارجی به حداکثر شدت مغناطیسی دست یابند و مواد مغناطیسی با اجبار کم و نفوذپذیری مغناطیسی بالا هستند. مواد مغناطیسی نرم به راحتی مغناطیسی می شوند و به راحتی مغناطیس زدایی می شوند. به عنوان مثال، فریت های نرم و آلیاژهای نانو کریستالی آمورف.
مواد مغناطیسی سخت: مواد مغناطیسی دائمی نیز نامیده می‌شود، به موادی اطلاق می‌شود که به سختی مغناطیسی می‌شوند و پس از مغناطیسی کردن، مغناطیسی‌زدایی دشوار است. ویژگی اصلی آنها قدرت اجباری بالا از جمله مواد مغناطیسی دائمی خاکی کمیاب، مواد مغناطیسی دائمی فلزی و فریت های مغناطیسی دائمی است.
مواد مغناطیسی عملکردی: عمدتاً مواد مغناطیسی، مواد ضبط مغناطیسی، مواد مغناطیسی مقاومت، مواد حباب مغناطیسی، مواد مغناطیسی نوری مواد فیلم مغناطیسی و غیره.

3. مواد آهنربای دائم NdFeB

مواد آهنربای دائم متخلخل NdFeB فرآیند متالورژی پودر را اتخاذ می کنند. آلیاژ پس از ذوب به صورت پودر در می آید و در یک میدان مغناطیسی به جنین های فشرده تبدیل می شود. جنین های فشرده شده در یک گاز بی اثر یا خلاء پخته می شوند تا چگالش حاصل شود
برای بهبود نیروی اجباری آهنربا، معمولاً عملیات حرارتی پیری مورد نیاز است و سپس محصول نهایی پس از پردازش و عملیات سطحی به دست می‌آید.
Bonded NdFeB مخلوطی از پودر آهنربای دائمی و لاستیک با خاصیت سیم پیچی خوب یا پلاستیک سخت و سبک، لاستیک و سایر مواد چسبنده است که بر اساس نیاز کاربر مستقیماً به قطعات آهنربای دائمی با اشکال مختلف تبدیل می شود.
NdFeB پرس گرم می تواند خواص مغناطیسی مشابه NdFeB متخلخل را بدون افزودن عناصر خاکی کمیاب سنگین به دست آورد. دارای مزایای چگالی بالا، جهت گیری بالا، مقاومت در برابر خوردگی خوب، نیروی اجباری بالا و شکل دهی نزدیک به نهایی است، اما خواص مکانیکی خوب نیست و هزینه پردازش به دلیل انحصار ثبت اختراع بالا است.

4. رمانانس (Br)

به شدت القای مغناطیسی آهنربای متخلخل NdFeB پس از مغناطیسی شدن آهنربا به اشباع فنی در یک محیط مدار بسته و حذف میدان مغناطیسی خارجی اشاره دارد. در اصطلاح عامیانه، می توان آن را به طور موقت به عنوان نیروی مغناطیسی آهنربا پس از مغناطیسی فهمید. واحدها تسلا (T) و گاوس (Gs)، 1GS=0.0001T هستند.

5. نیروی اجباریHcb)

هنگامی که آهنربا به صورت معکوس مغناطیسی می شود، مقدار نیروی میدان مغناطیسی معکوس مورد نیاز برای صفر کردن شدت القای مغناطیسی، نیروی اجباری مغناطیسی نامیده می شود. با این حال، شدت مغناطیسی آهنربا در این زمان صفر نیست، اما میدان مغناطیسی معکوس اعمال شده و شدت مغناطیسی آهنربا یکدیگر را خنثی می کنند. در این زمان، اگر میدان مغناطیسی خارجی حذف شود، آهنربا هنوز دارای خواص مغناطیسی خاصی است. 1A/m=(4T/1000)0e،1 0e =(1000/4T)A/m.

6. نیروی اجباری ذاتی (Hcj)

قدرت میدان مغناطیسی معکوس لازم برای کاهش شدت مغناطیسی آهنربا به صفر، نیروی اجباری ذاتی نامیده می شود. طبقه بندی گریدهای مواد مغناطیسی بر اساس اندازه نیروی اجباری ذاتی آنها است. نیروی اجباری کم N، نیروی اجباری متوسط ​​M، نیروی اجباری بالا H، نیروی اجباری فوق العاده بالا UH، نیروی اجباری بسیار بالا EH و بالاترین نیروی اجباری TH.

7. حداکثر محصول انرژی مغناطیسی (BH) حداکثر

نشان دهنده چگالی انرژی مغناطیسی ایجاد شده توسط فضای بین دو قطب مغناطیسی آهنربا است، یعنی انرژی مغناطیسی ساکن در واحد حجم شکاف هوا، که حداکثر مقدار حاصلضرب B و H است. اندازه آن مستقیماً نشان می دهد. عملکرد آهنربا در شرایط یکسان، یعنی همان اندازه، همان تعداد قطب ها و ولتاژ مغناطیسی یکسان، مغناطیس سطحی که توسط قطعات مغناطیسی با محصول انرژی مغناطیسی بالا به دست می آید نیز زیاد است، اما در همان مقدار (BH)max، سطح B. و Hcj اثرات زیر را بر مغناطش دارد:
Br زیاد است، Hcj کم است: تحت همان ولتاژ مغناطیسی، می توان مغناطیس سطح بالاتری را به دست آورد.
Br کم، Hcj زیاد است: برای به دست آوردن مغناطیس سطح یکسان، ولتاژ مغناطیسی بالاتر مورد نیاز است.

8. سیستم Sl و سیستم CGS

یعنی سیستم بین المللی واحدها و سیستم گاوسی واحدها، درست مثل تفاوت بین «متر» و «مایل» در واحد طول. یک رابطه تبدیل پیچیده خاص بین سیستم بین المللی واحدها و سیستم واحدهای گوسی وجود دارد.

9. دمای کوری

دمایی است که در آن ماده مغناطیسی بین فرومغناطیس ها و پارامغناطیس ها تغییر می کند. هنگامی که دمای آن کمتر از دمای کوری باشد، ماده تبدیل به یک فرومغناطیس می شود و میدان مغناطیسی مربوط به ماده به سختی تغییر می کند. وقتی دما بالاتر از دمای کوری باشد، ماده به یک پارامغناطیس تبدیل می شود و میدان مغناطیسی آهنربا می تواند به راحتی با تغییر میدان مغناطیسی اطراف تغییر کند.
دمای کوری بیانگر حد دمای عملیاتی نظری ماده مغناطیسی است. دمای کوری NdFeB حدود 320-380 درجه سانتیگراد است. ارتفاع نقطه کوری مربوط به ساختار کریستالی است که از تف جوشی آهنربا تشکیل شده است.
اگر دما به دمای کوری برسد، برخی از مولکول های آهنربا به شدت حرکت می کنند و مغناطیس زدایی رخ می دهد و برگشت ناپذیر است. آهنربا را می توان پس از مغناطیس زدایی دوباره مغناطیسی کرد، اما نیروی مغناطیسی به طور قابل توجهی کاهش می یابد و تنها می تواند به حدود 50٪ از اصلی برسد.

10. دمای کاری

حداکثر دمای کاری NdFeB متخلخل بسیار کمتر از دمای کوری آن است. هنگامی که دما در محدوده دمای کار افزایش می یابد، نیروی مغناطیسی کاهش می یابد، اما بیشتر نیروی مغناطیسی پس از سرد شدن بازیابی می شود.
رابطه بین دمای کاری و دمای کوری: هر چه دمای کوری بالاتر باشد، دمای کار ماده مغناطیسی بالاتر است و پایداری دما بهتر است. افزودن عناصری مانند کبالت، تربیوم و دیسپروزیم به مواد خام NdFeB متخلخل می‌تواند دمای کوری آن را افزایش دهد، بنابراین محصولات با نیروی اجباری بالا (H، SH، ...) عموماً حاوی دیسپروزیم هستند.
حداکثر دمای عملیاتی NdFeB متخلخل به خواص مغناطیسی خود و انتخاب نقاط کار بستگی دارد. برای همان آهنربای متخلخل NdFeB، هرچه مدار مغناطیسی کار بسته تر باشد، حداکثر دمای عملیاتی آهنربا بالاتر است و عملکرد آهنربا پایدارتر است. بنابراین، حداکثر دمای عملکرد آهنربا یک مقدار ثابت نیست، بلکه با درجه بسته شدن مدار مغناطیسی تغییر می کند.

11. جهت گیری میدان مغناطیسی

مواد مغناطیسی به دو دسته آهنرباهای همسانگرد و آهنرباهای ناهمسانگرد تقسیم می شوند. آهنرباهای ایزوتروپیک خواص مغناطیسی یکسانی در هر جهت دارند و می توانند به دلخواه با هم جذب شوند. آهنرباهای ناهمسانگرد خواص مغناطیسی متفاوتی در جهات مختلف دارند. جهتی که می توانند بهترین خواص مغناطیسی را بدست آورند، جهت جهت گیری آهنربا نامیده می شود.

یک آهنربای متخلخل مربعی NdFeB بیشترین شدت میدان مغناطیسی را فقط در جهت جهت دارد و شدت میدان مغناطیسی در دو جهت دیگر بسیار کمتر است. اگر در فرآیند تولید مواد مغناطیسی فرآیند جهت گیری وجود داشته باشد، آن آهنرباهای ناهمسانگرد است. NdFeB متخلخل به طور کلی با جهت گیری میدان مغناطیسی تشکیل و فشرده می شود، بنابراین ناهمسانگرد است. بنابراین لازم است قبل از تولید جهت جهت گیری یعنی جهت مغناطیسی آینده مشخص شود. جهت گیری میدان مغناطیسی پودری یکی از فناوری های کلیدی برای ساخت NdFeB با کارایی بالا است. ، (NdFeB پیوندی هم همسانگرد و هم ناهمسانگرد دارد)

12. مغناطیس سطحی

به شدت القای مغناطیسی در یک نقطه معین از سطح آهنربا اشاره دارد (مغناطیس سطح در مرکز و لبه آهنربا متفاوت است). این مقدار آموزشی است که با تماس بین گاوس متر و سطح خاصی از آهنربا اندازه گیری می شود، نه خواص مغناطیسی کلی آهنربا.

13. شار مغناطیسی

فرض کنید در یک میدان مغناطیسی یکنواخت با شدت القای مغناطیسی B، صفحه ای با مساحت S و عمود بر جهت میدان مغناطیسی وجود دارد. حاصل ضرب شدت القای مغناطیسی B و ناحیه S شار مغناطیسی عبوری از این صفحه نامیده می شود که به آن شار مغناطیسی می گویند که نماد "$" و واحد آن وبر (Wb) است. شار مغناطیسی یک کمیت فیزیکی است که توزیع میدان مغناطیسی را نشان می دهد. این یک اسکالر است، اما دارای مقادیر مثبت و منفی است که فقط جهت آن را نشان می دهد. 中{{0}}B·S. هنگامی که یک زاویه بین صفحات عمودی S و B وجود دارد، 中=B:S:cos0.

14. آبکاری

مواد آهنربای دائم متخلخل NdFeB توسط فرآیند متالورژی پودر تولید می شود. این ماده پودری با فعالیت شیمیایی بسیار قوی است. منافذ و حفره های ریز درون آن وجود دارد. به راحتی در هوا خورده و اکسید می شود. بنابراین، قبل از استفاده باید عملیات سطحی دقیق انجام شود. آبکاری یک روش تصفیه سطح فلز بالغ است و به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.
متداول ترین پوشش های مورد استفاده برای آهنرباهای قوی NdFeB آبکاری روی و آبکاری نیکل است. آنها تفاوت های آشکاری در ظاهر، مقاومت در برابر خوردگی، عمر مفید، قیمت و غیره دارند:
تفاوت در پرداخت: آبکاری نیکل در پرداخت بر روی آبکاری برتری دارد و روشن تر به نظر می رسد. کسانی که الزامات بالایی برای ظاهر محصول دارند، عموماً آبکاری نیکل را انتخاب می کنند، در حالی که برخی از آهنرباها در معرض دید نیستند، و کسانی که نیازهای نسبتاً کمی برای ظاهر محصول دارند، عموماً آبکاری روی را انتخاب می کنند.
تفاوت در مقاومت در برابر خوردگی: روی یک فلز فعال است که می تواند با اسید واکنش دهد، بنابراین مقاومت به خوردگی آن ضعیف است. پس از عملیات سطح آبکاری نیکل، مقاومت به خوردگی آن بیشتر است و تفاوت در طول عمر: به دلیل مقاومت در برابر خوردگی متفاوت، عمر سرویس روکش روی کمتر از آبکاری نیکل است، که عمدتاً در آسان بودن پوشش سطح آشکار می شود. پس از استفاده طولانی مدت از بین می رود و باعث اکسید شدن آهنربا می شود و در نتیجه بر عملکرد مغناطیسی تأثیر می گذارد.
تفاوت در سختی: آبکاری نیکل بالاتر از آبکاری روی است. در حین استفاده، می تواند تا حد زیادی از برخورد و موقعیت های دیگر جلوگیری کند و باعث سقوط و شکسته شدن آهنربای قوی NdFeB شود. تفاوت قیمت: از این نظر آبکاری روی فوق العاده مزیت دارد و قیمت ها از کم به بالا به صورت آبکاری روی، آبکاری نیکل، رزین اپوکسی و ... تنظیم می شود.

15. آهنربا یک طرفه

بنابراین لازم است یک طرف آهنربا را با ورق آهن بپیچید تا مغناطیس طرف پیچیده شده توسط ورق آهن محافظت شود. چنین آهنرباهایی دارای دو قطب هستند، اما آهنرباهایی با قطب های یک طرفه در موقعیت های کاری خاص مورد نیاز هستند. آنها در مجموع آهنرباهای یک طرفه یا آهنرباهای یک طرفه نامیده می شوند. آهنربای یک طرفه واقعی وجود ندارد.