يُعدّ استقرار أداء المواد المغناطيسية الدائمة مؤشرًا هامًا لها. يشير الاستقرار بشكل رئيسي إلى عملية تغير الخواص المغناطيسية تحت تأثير العوامل الداخلية والخارجية بعد المغنطة، ويُعبّر عنه عادةً بمعدل تغير مؤشرات الأداء. تشمل الأسباب الشائعة لتغير الخواص المغناطيسية درجة الحرارة، والزمن، والمجال الكهرومغناطيسي، والإشعاع، والاهتزازات الميكانيكية، والصدمات، وغيرها. لنتعرف على الاستقرار الزمني للمواد المغناطيسية الدائمة.
عند تشغيل المغناطيس لفترة طويلة أو وضعه لفترة طويلة، قد تُسبب البيئة المحيطة (مثل درجة الحرارة والرطوبة والسوائل المسببة للتآكل، إلخ) تغيرًا في خصائصه الفيزيائية والكيميائية. بعد مغنطة المغناطيس الدائم، تُمغنط معظم المنطقة باتجاه محدد، ولكن تبقى بعض المجالات المغناطيسية الصغيرة ذات اتجاه مغنطة فوضوي (تُسمى نواة المغنطة العكسية). تحت تأثير عوامل بيئية مختلفة، ينمو نواة المغنطة العكسية الأصلية، وتتكون نواة مغنطة عكسية جديدة، مما يؤدي إلى تراجع خصائصه المغناطيسية. هذا التغيير عادةً ما يكون بطيئًا وغير قابل للعكس من الخارج إلى الداخل، مما يؤثر بشكل مباشر على معايير الأداء الرئيسية للمغناطيس، مثل الثبات، والقوة القسرية الذاتية، والقوة القسرية، أو ناتج الطاقة المغناطيسية القصوى، وقد يؤدي إلى تعطل المغناطيس تمامًا. هذا الفقدان في الخصائص المغناطيسية غير قابل للعكس. حتى مع إعادة مغنطة المغناطيس، لا يمكن استعادته إلى مستواه قبل وضعه لفترة طويلة. في السنوات الأخيرة، مع الاستخدام الواسع النطاق لمواد المغناطيس الدائم NdFeB في مجال الفضاء والمركبات الكهربائية وتوليد طاقة الرياح عالية الطاقة وغيرها من المجالات ذات متطلبات عمر الخدمة الطويل، أولى مصممو التطبيقات المزيد والمزيد من الاهتمام لاستقرار الوقت للمغناطيس الدائم NdFeB.
استقرار طويل الأمد في درجة حرارة الغرفة.
أظهرت دراسة نشرها علماء فنلنديون في عام 2013 أن مغناطيسات NdFeB (HcJ = 15.6 كيلو أوم) الموضوعة في درجة حرارة الغرفة لمدة عام واحد (10000 ساعة) لم تظهر أي فقدان مغناطيسي ملحوظ للعينات ذات قيم Pc مختلفة (Pc = -0.33، -1.1، -3.3). أجرى معهد سان هوان للأبحاث أيضًا دراسة قياس مماثلة، استمرت لأكثر من 12 عامًا (4441 يومًا). كانت القوة القسرية الجوهرية لمغناطيسات NdFeB الملبدة المستخدمة في التجربة هي HcJ = 18 كيلو أوم. كانت العينات عبارة عن مكعبات غير مغلفة بطول ضلع 10.2 مم، وكان معامل النفاذية المغناطيسية Pc = -2. كان هناك 8 عينات تعرضت مباشرة للبيئة الجوية للمختبر عند درجة حرارة تتراوح بين 22 درجة مئوية و28 درجة مئوية. أجريت الملاحظات والقياسات مرة واحدة في السنة لمدة 12 عامًا.
من البيانات المذكورة أعلاه، يتضح أن فقدان التدفق النسبي المُقاس خلال السنوات الست الأولى ليس كبيرًا، وتظهر نقطة انعطاف عند حوالي 2208 أيام (حوالي 6 سنوات). من المظهر، تظهر بقع صدأ على سطح المغناطيس الصفيحي الأسود بعد 6 سنوات من التركيب، مما يعني أن سطح المغناطيس وداخله قد بدأا بالتأكسد والتآكل. مع مرور الوقت، سيستمر نطاق الأكسدة أو التآكل في الاتساع، وسيتسارع معدل تدهور الأداء بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك، تُقاس هذه التجربة أيضًا بفقدان التدفق من 4441 يومًا (12 عامًا وشهرين) المُقاسة حاليًا إلى 30-50 عامًا. من المتوقع أن يكون فقدان التدفق أقل من 1% خلال 30 عامًا، وحوالي 1.3% خلال 50 عامًا، و2% يُعادل حوالي 150 عامًا. (النقاط المجوفة في الشكل أعلاه)
تظهر هذه النتيجة أنه إذا تم تعريف عمر خدمة المغناطيس على أنه الوقت المقابل لمعدل فقدان التدفق الذي يساوي 5%، حتى لو كان المغناطيس على السطح بدون طلاء مقاوم للتآكل، فإن مغناطيس NdFeB المسحوق المقاس حاليًا لا يزال يتمتع بعمر طويل جدًا، ويقدر بشكل متحفظ بحوالي 30-50 عامًا.
عادةً ما يكون فقدان التدفق المغناطيسي الأكبر ناتجًا عن أكسدة أو تآكل سطح المغناطيس، وهو فقدان لا رجعة فيه. من بين جميع أنواع مواد المغناطيس الدائم للأتربة النادرة، يُعدّ النيوديميوم والحديد والبروم المُلبَّد (NdFeB) الأكثر خسارةً. ومع ذلك، بعد تحسين التركيب ومعالجة حماية السطح، تحسّنت مقاومة أكسدة ومقاومة تآكل مغناطيسات النيوديميوم والحديد والبروم المُلبَّد بشكل كبير. لذلك، إذا كان سطح المغناطيس محميًا جيدًا، فإن عمر خدمة النيوديميوم والحديد والبروم المُلبَّد (NdFeB) ذو تركيز HcJ مرتفع بما يكفي يمكن أن يتجاوز 30-50 عامًا. (هذا بشرط عدم تجاوز درجة حرارة الاستخدام).
استقرار طويل الأمد في درجات الحرارة العالية.
يوضح الشكل أدناه تغير فقدان التدفق النسبي بمرور الوقت للمغناطيسات ذات قيم Pc مختلفة و HcJ = 20.1 kOe عند 80 درجة مئوية و 120 درجة مئوية و 150 درجة مئوية.
يتضح من الشكل أعلاه أنه عند نفس قيمة Pc، كلما ارتفعت درجة حرارة تخزين المغناطيس، انخفض فقدان التدفق المغناطيسي النسبي بشكل أسرع. يكون فقدان المغناطيسية الأولي وفقدان المغناطيسية طويل الأمد للمغناطيس ذي القيمة المطلقة المنخفضة لـ Pc أكبر بكثير من فقدان المغناطيسية طويل الأمد للمغناطيس ذي Pc الأعلى، ويزداد كلا النوعين من الخسائر بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجة الحرارة. عندما لا يمكن زيادة HcJ لأسباب تقنية وتكلفة، فإن زيادة القيمة المطلقة لـ Pc يمكن أن تقلل بشكل فعال من فقدان المغناطيسية.
من خلال العلاقة الزمنية لفقدان المغناطيسية النسبي للمغناطيسات ذات قيمتي HcJ وPc مختلفتين عند درجات حرارة مختلفة، يتضح أن HcJ له تأثير مهم على فقد المغناطيسية في درجات الحرارة العالية. كلما ارتفع HcJ، انخفض فقد المغناطيسية. يتطلب استقرار المغناطيس في درجات الحرارة العالية أن يكون HcJ أعلى. في الوقت نفسه، يمكن لمعامل النفاذية Pc أيضًا تحديد فقد المغناطيسية في درجات الحرارة العالية وعلى المدى الطويل.