فهم المواد فائقة القوة – NdFeB

لقد ساهم النيوديميوم-حديد-البورون المُلبَّد، باعتباره أقدم عملية تحضير وأكثرها استخدامًا عالميًا، في دفع عجلة التطور السريع لمواد المغناطيس الدائم للأتربة النادرة. وقد أصبح النيوديميوم-حديد-البورون المُلبَّد، بفضل تباينه المغناطيسي القوي وانخفاض تكلفة المواد الخام المُدخلة، هدفًا بحثيًا للعديد من الدول. تعتمد مواد النيوديميوم-حديد-البورون المُلبَّدة ذات المغناطيس الدائم على ميتالورجيا المساحيق. تُحوَّل السبيكة المُصهورة إلى مسحوق وتُضغط في قالب مضغوط في مجال مغناطيسي. ثم يُلبَّد القالب المضغوط في غاز خامل أو في فراغ لتحقيق التكثيف. علاوة على ذلك، لتحسين قوة المغناطيس القسرية، عادةً ما تتطلب المعالجة الحرارية للشيخوخة. يتم تسلسل العملية كما يلي: تحضير المواد الخام ← الصهر ← تحضير المسحوق ← الضغط ← التلبيد والتطبيع ← الاختبار المغناطيسي ← الطحن ← التشغيل الآلي ← الطلاء الكهربائي ← المنتج النهائي.

على عكس النيوديميوم-حديد-البورون المُلبَّد، يجب أن تتمتع جزيئات المسحوق الفردية للمغناطيسات المُلتصقة بقوة ضغط عالية بما يكفي. بمجرد تلف البنية متعددة المراحل والبنية المجهرية اللازمة لقوة إكراه عالية بشكل كبير أثناء عملية تحضير المسحوق، يصبح من المستحيل إنتاج مغناطيسات مترابطة جيدًا. لذلك، باستخدام طريقة المسحوق المغناطيسي سريع الغزل المنصهر، تُسكب السبائك المنصهرة الساخنة أو تُرش على عجلة نحاسية دوارة عالية السرعة ومبردة بالماء لتشكيل شريط رفيع بسمك 100 ميكرومتر.

يتطلب تصنيع المغناطيسات المضغوطة/المشوهة بالحرارة البدء بمسحوق مغناطيسي Nd-Fe-B سريع الإخماد، بدلاً من استخدام السبائك المصبوبة مباشرةً. باستخدام ظروف الإخماد الزائد (التبريد السريع)، يتم تحضير حبيبات أدق، أو حتى مسحوق مغناطيسي غير متبلور. أثناء الضغط الساخن والتشويه الساخن، تُسخن الحبيبات وتُنمّى إلى حجم قريب من حجم المجال الواحد، مما يحقق قوة إكراه عالية في المغناطيس النهائي. تتضمن عملية الكبس الساخن وضع المسحوق المغناطيسي في قالب وتطبيق ضغط عالي الحرارة لإجباره على دخول مغناطيس موحد الخواص وكثافته الصلبة.

التطبيقات

محركات المغناطيس الدائم

في محركات المغناطيس الدائم، لا يقتصر استخدام المغناطيس الدائم للإثارة على تقليل استهلاك الطاقة وتوفيرها فحسب، بل يُحسّن أيضًا من أداء المحرك.

الآلات المغناطيسية

تعمل الآلات المغناطيسية باستخدام قوة تنافر الأقطاب المتشابهة أو قوة جذب الأقطاب المختلفة في المغناطيسات. يتطلب هذا مغناطيسات دائمة ذات ثبات عالٍ وقوة إكراه ذاتية عالية. علاوة على ذلك، وبفضل مبدأ التجاذب بين الأقطاب المختلفة، يمكن تصنيع محركات مغناطيسية باستخدام نقل غير تلامسي، مما يوفر مزايا مثل عدم الاحتكاك والضوضاء. لذلك، تُستخدم مغناطيسات Nd-Fe-B عالية الأداء على نطاق واسع في مكونات محركات آلات التعدين، والمحامل المغناطيسية في الجيروسكوبات والتوربينات في الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية، ومحامل الدوار في مضخات الطرد المركزي لدعم وظائف القلب في المعدات الطبية.

الفضاء

تُعدّ مواد المغناطيس الدائم للعناصر الأرضية النادرة ضروريةً لإطلاق الصواريخ، وتحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية، وتقنيات الاتصالات. يُعدّ النيوديميوم-حديد-بورون المُلبّد عالي الأداء مفيدًا بشكل خاص في أنظمة إرسال واستقبال الموجات الدقيقة للرادار. فباستخدام التأثير المُشترك لمجال مغناطيسي ثابت ومجال مغناطيسي متناوب للموجات الدقيقة، يحدث الرنين المغناطيسي الحديدي، مما يسمح بتصنيع مُدوّرات الموجات الدقيقة، والعوازل، وغيرها. الإلكترونيات الاستهلاكية

لطالما كانت الإلكترونيات الاستهلاكية المُلبّدة بالكربون الثلاثي (3C) صناعةً مهمةً في مجال النيوديميوم-حديد-بورون المُلبّد. يتميز النيوديميوم-حديد-بورون المُلبّد بخصائص مثل الطاقة المغناطيسية العالية، مما يتماشى مع اتجاهات التصغير، وخفة الوزن، والترقق في منتجات الإلكترونيات الاستهلاكية المُلبّدة بالكربون الثلاثي. ويُستخدم على نطاق واسع في المكونات الإلكترونية مثل مُركّبات VCM، والمحركات الخطية للهواتف المحمولة، والكاميرات، وسماعات الرأس، ومكبرات الصوت، ومحركات المغزل.