المغناطيسات الملتصقة هي مواد مركبة تتكون من مساحيق مغناطيسية ومواد رابطة وإضافات مناسبة. تُحدد الخواص المغناطيسية للمغناطيسات الملتصقة بشكل أساسي من خلال متوسط قيمة أداء كل مسحوق مغناطيسي مع تفاعل ضئيل، على الرغم من أن بعض الدراسات حاولت استخدام معادن أو سبائك منخفضة نقطة الانصهار كمواد لاصقة، إلا أن المواد اللاصقة المستخدمة في المغناطيسات الملتصقة المنتجة بكميات كبيرة هي جميعها مواد بوليمرية.
الفرق بين المغناطيسات الملتصقة والمغناطيسات الملبدة
بخلاف المغناطيسات المُلبَّدة، يجب أن تتمتع جزيئات المسحوق الفردية في المغناطيسات المُرتبطة بقوة إكراه عالية بما يكفي. في حال تضرر تركيب الطور والبنية الدقيقة اللازمين لهذه القوة الإكراهية بشدة أثناء عملية الطحن، فلا يُمكن إصلاحهما. أما في المغناطيسات المُرتبطة، فقد انخفضت قوة الإكراه بشكل كبير نتيجة تلف طور حدود الحبيبات وأكسدة الجسيمات.
الفرق الرئيسي الآخر بين المغناطيسات الملتصقة والمغناطيسات الملبدة هو أن خصائصها المغناطيسية تقل بشكل كبير. نحن نعلم أن أقصى ناتج للطاقة المغناطيسية للمغناطيس يتناسب مع مربع بقاياه، ويرتبط البقايا بكثافة التدفق المغناطيسي المشبع واتجاه وحجم المسحوق المغناطيسي في المغناطيس. معدل الملء متناسب. تشغل المادة اللاصقة والمواد المضافة حجمًا كبيرًا (قريبًا من 20%) في المغناطيس الملبد، والعديد من المغناطيسات الملبدة غير موجهة. حتى بالنسبة للمغناطيسات الموجهة، يصعب تحقيق درجة التوجيه. يكون المغناطيس الملبد على نفس المستوى، وبالتالي فإن أداء المغناطيس المربوط بنفس الحجم أدنى بكثير من أداء المغناطيس الملبد.
مزايا المغناطيسات الملتصقة
تحتل المغناطيسات الملتصقة مكانة مهمة في مجال مغناطيسات العناصر الأرضية النادرة الدائمة، بفضل مزاياها المتمثلة في ثبات الأداء، ودقة الحجم، والشكل المعقد، وكفاءة استخدام المواد، وسهولة دمجها مع الأجزاء المعدنية/البلاستيكية. وأهم أنواعها هو المغناطيس الملتصق متساوي الخواص المصنوع من مسحوق مغناطيسي NdFeB سريع الإخماد.
عملية التحضير ومزايا وعيوب المغناطيسات الملتصقة
وفقًا لاختلاف خصائص معالجة المواد البوليمرية، يمكن تقسيم عملية تشكيل المغناطيسات الملتصقة إلى أربعة أنواع: الضغط، والحقن، والبثق، والصقل. يوضح الشكل التالي مخططًا تخطيطيًا لسير عمليات التشكيل الأربعة.
مسحوق مغناطيسي دائم من معادن أرضية نادرة سريعة التصلب متساوي الخواص
تختلف طريقة تحضير مسحوق NdFeB المغناطيسي الملتصق تمامًا عن طريقة تحضير NdFeB المُلبَّد، لأن سبيكة NdFeB المُلبَّد أو جسمه المُلبَّد لا يمتلك قوة إكراه عملية بعد سحقه إلى حجم الجسيمات اللازمة للمغناطيس المُلصَق. طريقة التحضير للإنتاج الضخم خاملة. في بيئة غازية، تتكثف السبائك المنصهرة إلى بنية دقيقة التبلور أو حتى غير متبلورة بمعدل تبريد 10 درجات مئوية.5~106℃/ثانية، ثم تخضع لمعالجة حرارية بلورية لتنمية حبيبات البلورة إلى عشرات أو مئات النانومترات، وهو أقل من الحجم الحرج للمجال الفردي Nd2Fe14B، ويتم الحصول على إكراه جوهري عالي في حبيبات دون الميكرون.
صورة
بشكل عام، يصعب سحق المسحوق المغناطيسي إلى جزيئات بلورية مفردة صغيرة كهذه، كما أن تقنية النمو الاتجاهي للحبيبات دون الميكرون عن طريق التبريد السريع لم تنضج بعد. لذلك، فإن طريقة التبريد السريع بالغزل المنصهر مصنوعة من مسحوق متعدد البلورات، ومحور المغناطيسية السهل لكل حبيبة بلورية ليس له اتجاه محاذاة قوي، والمسحوق المغناطيسي متساوي الخواص. يتم تحقيق معدل التبريد العالي هذا عن طريق صب أو رش سائل السبائك المنصهرة الساخنة على عجلة نحاسية دوارة مبردة بالماء بسرعة خطية تتراوح بين 16 و30 مترًا في الثانية. يتم طرح السبائك السائلة في الاتجاه المماس تحت تسارع عجلة النحاس الدوارة. يتم تكثيفها في شريط رفيع بسمك ~ 100 ميكرومتر، ويحدد معدل التبريد بحساسية حجم حبيبات شريط السبائك، مما يؤثر بحساسية على شكل منحنى إزالة مغناطيسية المسحوق المغناطيسي والقسر الجوهري.
نظرًا لاعتماد معدل التبريد على عوامل عديدة، مثل درجة حرارة سائل السبائك، ومعدل التدفق، وسرعة عجلة النحاس ودرجة حرارتها، وجو الأرجون، يصعب التحكم الدقيق والتحسين في آنٍ واحد. إذا استُخدم الهيكل المعدني النانوي البلوري المُخمّد الأمثل كهدف للإنتاج الضخم، فمن السهل جدًا أن يكون توزيع حجم الحبيبات واسعًا جدًا، كما أن توزيع القوة القسرية الجوهرية للحبيبات المقابل واسع جدًا، مما يؤدي إلى ضعف تربيع منحنى إزالة المغناطيسية للمسحوق المغناطيسي. لذلك، في الإنتاج الفعلي، عادةً ما يتم تكثيف المسحوق المغناطيسي بسرعة إلى حالة غير متبلورة جزئيًا بسرعة عجلة أعلى بشكل مناسب من السرعة الخطية المثلى، ثم تتم معالجة التبلور عند 630 درجة مئوية لضبط الحالة البلورية إلى متوسط حجم حبيبات بلورية يبلغ 40 نانومتر. لتحقيق خصائص مغناطيسية دائمة مستقرة وجيدة، تتبنى شركة Magquesque الأمريكية، التي تهيمن على سوق Nd-Fe-B المُخمّد السريع متساوي الخواص، مثل هذا المسار التقني للإنتاج.
مسحوق مغناطيسي دائم من معادن أرضية نادرة سريعة الإخماد متباين الخواص مُحضر بواسطة عملية HDDR
عملية إزالة الهيدروجين القسرية (HDDR) هي وسيلة تقنية فعّالة للغاية لإنتاج مسحوق مغناطيسي NdFeB متباين الخواص. تتضمن العملية أربع مراحل: الهدرجة - التفكك - الامتزاز - إعادة التركيب (HDDR). يكمن جوهر عملية HDDR في امتصاص المركب المعدني الأرضي النادر للهيدروجين وتحلله بشكل غير متناسب، ثم في عملية إزالة الهيدروجين القسرية اللاحقة، يتحول ناتج التفكك إلى الطور الأصلي ذي الحبيبات الدقيقة، مما يُحسّن حبيبات المادة وينتج بنية بلورية حادة في اتجاه المحور C للطور الرئيسي، مما يُنتج مسحوقًا مغناطيسيًا يتميز بخواص مغناطيسية ممتازة وتباين مغناطيسي.
تستخدم شركة Aichi Steel عملية HDDR الديناميكية (d-HDDR) التي تتحكم بشكل معقول في تغيرات درجة الحرارة وضغط الهيدروجين بمرور الوقت لتحقيق الملمس المتباين الخواص للمسحوق المغناطيسي بسهولة أكبر وتحقيق حالة الإنتاج الصناعي والمستقر، وبالتالي تقليل HDDR تم تقديم مسحوق NdFeB المغناطيسي المتباين الخواص إلى السوق.