آهنربای نیودیمیوم چیست ؟ کاربرد آهنربای نیودیمیوم
آهنربای نیودیمیوم (همچنین به عنوان NdFeB ، NIB یا Neo magnet شناخته می شود) پرکاربردترین نوع آهنربای عناصر کمیاب خاکی است. این آهنربای دائمی از آلیاژ نئودیمیوم ، آهن و بور ساخته شده و ساختار کریستالی Nd2Fe14B چهار ضلعی را تشکیل می دهد. آهنرباهای نیودیمیوم در سال ۱۹۸۴ توسط دو شرکت مطرحی بنام جنرال موتورز و سومیتومو فلزات ساخته شد. قوی ترین آهنربای دائمی صنعتی است. به دلیل فرایندهای مختلف تولید ، آنها به دو زیر شاخه تقسیم می شوند ، یعنی آهنرباهای NdFeB متخلخل و آهنرباهای پیوندی. NdFeB در موتورهای الکتریکی، ابزارهای بی سیم ، هارد دیسک ها و اتصال دهنده های مغناطیسی کاربرد دارند. با مطالعه مطلب فعلی در نشریه جهان شیمی فیزیک با کاربرد این آهنربا بیشتر آشنا شوید.
نام های دیگر آهنربای نیودیمیوم
به نامهای آهنربای نئودیومی، آهنربای نئودیوم، مگنت نئودیوم و آهنربای نئودیم در بین مردم و صنعت گران خوانده میشود.
خواص آهنربای نیودیمیوم
آهنربای نیودیمیوم در ترکیب اش از عنصر نئودیمیوم تشکیل شده است. این آهنربا دارای مغناطیس فوق العاده و قوی ترین آهنربای شناخته شده در دنیا میباشد.
آهنرباهای نیودیمیوم می توانند هزاران بار وزن خود را به راحتی بلند کنند. آهنرباهای نئودیمیوم بر اساس حداکثر انرژی خود ، که مربوط به خروجی شار مغناطیسی در واحد حجم است ، درجه بندی می شوند. مقادیر بالاتر نشان دهنده آهنرباهای قوی تر است. برای آهنرباهای متخلخل NdFeB ، طبقه بندی بین المللی گسترده ای وجود دارد. مقادیر آنها از ۲۸ تا ۵۲ متغیر است.
خواص مغناطیسی آهنربای نیودیمیوم
برخی از خواص مهم مورد استفاده برای مقایسه آهنرباهای دائمی عبارتند از:
Remanence (Br) ، قدرت میدان مغناطیسی را اندازه گیری می کند.
نیروی اجباری Hci ، مقاومت مواد در برابر مغناطیس شدن است.
حداکثر انرژی BHmax ، چگالی انرژی مغناطیسی با حداکثر مقدار چگالی شار مغناطیسی B بر شدت میدان مغناطیسی H مشخص می شود.
دمای کوری TC ، دمایی که در آن مواد مغناطیس خود را از دست می دهند.
آهنرباهای نیودیمیوم ماندگاری، نیروی اجبار و انرژی بسیار بالایی دارند ، اغلب دمای کوری پایین تری در مقایسه با سایر آهن رباها دارد. آلیاژهای آهنربای نئودیمیوم خاصی که شامل تربیوم و دیسپروزیم است ، توسعه یافته اند که دمای کوری بالاتری دارند و به آنها اجازه می دهد تا دمای بالاتر را تحمل کنند.
خوردگی و فرسایش آهنربای نیودیمیوم
آهنرباهای نیودیمیوم پس از پنج ماه قرار گرفتن در معرض هوا به شدت دچار خوردگی می شوند.
Nd2Fe14B متخلخل در برابر خوردگی آسیب پذیر است ، به ویژه در امتداد مرز دانه های آهنربای متخلخل. این نوع خوردگی می تواند باعث خرابی جدی میشود ، از جمله فرو ریختن آهنربا در پودر ذرات مغناطیسی کوچک یا ایجاد لایه رویی در سطح. آبکاری نیکل یا آبکاری دو لایه مس نیکل روشهای استاندارد هستند ، اگرچه آبکاری با سایر فلزات یا پوششهای محافظتی پلیمری و لاکی نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
نیودیمیوم دارای ضریب منفی است ، به این معنی که نیروی اجباری همراه با چگالی انرژی مغناطیسی (BHmax) با افزایش دما کاهش می یابد. آهنرباهای نئودیمیوم-آهن-بور در دمای اتاق دارای فشار قوی هستند ، اما با افزایش دما از ۱۰۰ درجه سانتی گراد (۲۱۲ درجه فارنهایت) ، تا زمانی که دمای کوری (حدود ۳۲۰ درجه سانتی گراد یا ۶۰۸ درجه فارنهایت) افزایش یابد ، فشار قوی کاهش می یابد. سقوط اجباری ، بازده آهنربا را در شرایط درجه حرارت بالا مانند توربین های بادی ، موتورهای هیبریدی و غیره محدود می کند.
خطرات آهنربای نیودیمیوم
آهنرباهایی که حاوی نیودیمیوم هستند امکان دارد، خطراتی ایجاد کنند که در سایر آهن ربا این خطرات نباشد. آهنرباهای نئودیمیوم به اندازه کافی قوی و باعث آسیب دیدگی اعضای بدن و حتی باعث شکستگی استخوان می شود. آهنرباهایی که بیش از حد به یکدیگر نزدیک می شوند می توانند با نیروی کافی به یکدیگر ضربه بزنند و آهن ربا های شکننده را خرد کرده و خرد کنند و تراشه های پرنده می توانند صدمات مختلفی به ویژه صدمات چشم ایجاد کنند. حتی مواردی نیز دیده شده است که در کودکان خردسال که چندین آهن ربا بلعیده اند ، قسمت هایی از دستگاه گوارش بین دو آهن ربا فشرده شده و باعث جراحت یا مرگ شده باشد. همچنین این کار می تواند یک خطر جدی برای سلامتی محسوب شود.
مزایای استفاده از آهنربای نیودیمیم
از مهمترین مزایای آهنربای نیودیمیوم میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- کیفیت و قدرت بالا
- مقرون به صرفه بودن برای تمامی صنایع و معادن
روش های تولید آهنربای نیودیمیوم
دو روش اصلی تولید آهنربای نیودیمیوم وجود دارد:
۱.متالورژی پودر کلاسیک یا فرآیند آهنربای متخلخل
آهنرباهای متخلخل با مواد اولیه ذوب شده در کوره ، ریخته شده در قالب و سرد شدن به شکل شمش تهیه می شوند. شمش ها پودر شده و آسیاب می شوند. سپس پودر به بلوک های متراکم متخلخل می شود. سپس بلوک ها تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند ، به شکل برش داده می شوند ، سطح مغناطیس می شوند.
۲.انجماد سریع یا فرآیند آهنربای پیوندی
آهنرباهای متصل شده با چسباندن نوار نازک از آلیاژ NdFeB با ذوب آماده می شوند. روبان حاوی دانه های مقیاس نانو Nd2Fe14B به طور تصادفی است. سپس این روبان به صورت ذرات پودر می شود ، با پلیمر مخلوط می شود و به صورت فشرده سازی یا تزریق به آهن ربا متصل می شود.
کاربرد آهنربای نیودیمیوم
آهنرباهای نیودیمیوم جایگزین آهنرباهای آلنیکو و فریت در فناوری مدرن شده اند که در آن به آهنرباهای دائمی قوی نیاز است ، زیرا قدرت بیشتر آنها امکان استفاده از آهنرباهای کوچکتر و سبک تر را برای کاربردهای خاص می دهد. برخی از نمونه ها عبارتند از:
- فعال کننده های هد برای دیسک های سخت رایانه
- کلیدهای مکانیکی شلیک سیگار الکترونیکی
- قفل درها
- بلندگو و هدفون
- بلندگوهای تلفن همراه ، بازخورد لمسی و فعال کننده فوکوس خودکار
- بلبرینگ مغناطیسی و کوپلینگ
- طیف سنج NMR
- موتورهای برقی
- ابزارهای بی سیم
- سرو موتورها
- لیفتینگ و کمپرسور
- تولید آهنرباهای حلقه ای
- اکثر هارد دیسک ها دارای آهنرباهای قوی هستند
- چراغ قوه دستی از آهنربای نیودیمیوم برای تولید برق استفاده می کند.
آهنرباهای نیودیمیوم دارای پوششی نظیر نیکل، نقره، طلا برای جهت جلوگیری از اکسیده شدن دارند .
نئودیمیوم در آهن رباهای دائمی خیلی قوی استفاده میشود. این آهن رباها از آهنرباهای کبالت / سماریوم ارزانتر است.
مکان های استفاده از آهنربای نیودیمیوم
آهنربای نیودیمیوم در مکانهای زیر استفاده میشود:
- اتصال لوازم درکارگاه ها و کارخانجات
- آویزان کردن وسایل در آشپزخانه
- چسباندن عکس ها و تصاویر روی درب یخچال و کابینت
- نصب پرده بدون نیاز به میل پرده
- در مابین ستون ها در ساختمان
