هل أنت منزعج من وقت التنقل لمسافات طويلة؟ على الرغم من أنه يمكننا الوصول إلى وجهتك عن طريق ركوب مترو الأنفاق والقيادة والطيران ، إلا أنه لا يزال يبدو أن الأمر يستغرق وقتا طويلا. ومع ذلك ، هناك تقنية يمكن أن تحدث قفزة نوعية في وقت التنقل لدينا ، وهي الرفع المغناطيسي. ربما تشعر أن الرفع المغناطيسي موجود فقط في الأفلام أو الدراما التلفزيونية. لكن في يوليو 2023! شكل سوكباي لي (이석배) وجي هون كيم (김지훈) وآخرون من المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا فريقا لدراسة المادة أولا. أباتيت الرصاص النقي هو عازل ، ولكن وفقا ل Sukbae Lee وآخرين ، فإن أباتيت الرصاص المخدر بالنحاس الذي يشكل LK-99 هو موصل فائق ، أو معدن في درجات حرارة أعلى. على الرغم من عدم وجود مادة فائقة التوصيل مؤكدة بدرجة حرارة الغرفة عند الضغط العادي ، إلا أنها تمنحنا الأمل أيضا! دعونا نرى كيف يعمل هذا LK-99 السحري على المغناطيس!

أعتقد أنك رأيت أيضا أنه عندما يقترب المغناطيس من المادة من الأسفل ، فإن المادة تقف بسبب التنافر. بعد تغيير الأقطاب المغناطيسية ، لا تزال المادة قائمة بسبب التنافر عند الاقتراب من المادة.

تستمر هذه "النقطة السوداء الصغيرة" في السقوط أو الوقوف مع اقتراب مغناطيس NdFeB وابتعاده. كل من القطب S والقطب N فعالان ، أي أن التنافر لا علاقة له بالقطب المغناطيسي ، مما يدل على مقاومة المغناطيسية.

دعونا لا نتحدث عما إذا كان LK-99 فائق التوصيل حقا. يمكن للمغناطيس الدائم NdFeB أن يجعله يرتفع.

عند الحديث عن مغناطيس NdFeB الدائم ، علينا أن نتحدث عن Tesla Model S.

إيلون ماسك جريء للغاية لدرجة أنه عندما عقدت تسلا حدث إطلاق أول سيارة سيدان لها ، طراز S ، لم يقوموا بتجميعها. كان الهيكل يعتمد على مرسيدس-بنز CLS ، وتم لصق ألواح الهيكل المصنوعة من الألومنيوم وغطاء المحرك على الإطار الفولاذي بمغناطيس البورون من حديد النيوديميوم.

عندما صنعت تسلا أول طرازين من السيارات كاملة الحجم ، استخدموا المحركات الحثية لتشغيل المركبات. استندت هذه المحركات إلى تصميم المحرك الأصلي لنيكولا تيسلا ، والذي كان تصميما رائعا سبق اختراع مغناطيس الأرض النادرة بحوالي 100 عام.

تولد المحركات الحثية مغناطيسيتها الخاصة وتدفع الدوار عبر الكهرباء ، وتعمل بدون أي نوع من المغناطيس الدائم.

تصميم المحرك التعريفي جيد ، لكن Tesla تحولت إلى محركات مغناطيسية دائمة للطراز 3 في عام 2017 لسبب وجيه: الطراز 3 هو سيارة أصغر ، ويحتاج إلى محرك أصغر ولكن لا يزال لديه الكثير من الطاقة.

لذلك ، بدءا من الطراز 3 ، استخدمت Tesla محركات البورون المصنوعة من الحديد النيوديميوم لأنها أكثر توفيرا للمساحة وأخف وزنا ويمكنها توليد المزيد من القوة.

استخدام المغناطيس في السيارات: مثل تكييف الهواء وأنظمة الفرامل ومحركات القيادة ومضخات الزيت وما إلى ذلك.

في الواقع ، بالإضافة إلى استخدامها في السيارات ، تستخدم المغناطيسات أيضا على نطاق واسع في مكبرات صوت الهاتف المحمول ، وسماعات الرأس ، ومحركات الاهتزاز ، والمغناطيس الكهربائي ، ومجففات الشعر ، والمراوح ، والثلاجات ، والغسالات ، إلخ.

(نسبة استخدام المغناطيس)

إذن ، إلى جانب المغناطيس الدائم مثل NdFeB ، ما هي الأنواع الثلاثة الرئيسية الأخرى من المغناطيس؟ ما هي عملية الإنتاج؟

دعونا نلقي نظرة فاحصة!

أولا ، دعونا نفهم الحد الأقصى لناتج الطاقة المغناطيسية للمغناطيس

حاليا ، هناك ثلاثة أنواع من المغناطيس: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.

ينتج المغناطيس الدائم مجالا مغناطيسيا يتم الحفاظ عليه حتى في وجود مجال مغناطيسي معارض. المحركات الكهربائية التي تستخدم مغناطيسا دائما أكثر كفاءة من تلك التي لا تستخدمها. حاليا ، تحتوي جميع المغناطيسات القوية المعروفة على عناصر أرضية نادرة ، والتي تعد مكونات رئيسية للسيارات الكهربائية وتوربينات الرياح. أصبحت عناصر مثل النيوديميوم والثوريوم مواد رئيسية بسبب الطلب المتزايد والعرض المحدود.

المغناطيس الدائم فريد من نوعه من حيث أنه بمجرد إنتاجه ، فإنه يوفر تدفقا مغناطيسيا بدونenergy input، مما يؤدي إلى عدم وجود تكاليف تشغيل. في المقابل ، تتطلب المغناطيسات الكهرومغناطيسية تيارا مستمرا لتوليد مجال مغناطيسي.

من الخصائص المهمة للمغناطيس الدائم أنها تحافظ على مجالها المغناطيسي حتى في وجود مجال مغناطيسي خارجي معارض. ومع ذلك ، إذا كانت قوة المجال المغناطيسي المقابل عالية بما فيه الكفاية ، فإن النوى المغناطيسية الداخلية للمغناطيس الدائم سوف تتماشى مع المجال المغناطيسي المقابل ، مما يؤدي إلى إزالة المغناطيسية.

يعمل المغناطيس الدائم بشكل أساسي كأجهزة لتخزين الطاقة. يتم حقن الطاقة أثناء عملية المغنطة الأولية ، وإذا تم تصنيعها والتعامل معها بشكل صحيح ، فستبقى في المغناطيس إلى أجل غير مسمى. على عكس البطارية ، لا تنفد الطاقة الموجودة في المغناطيس أبدا وتظل متاحة للاستخدام. وذلك لأن المغناطيس ليس له تأثير صاف على محيطه. بدلا من ذلك ، يستخدمون طاقتهم لجذب أو صد الأجسام المغناطيسية الأخرى ، مما يساعد في التحويل بين الطاقة الكهربائية والميكانيكية.

تتناسب طاقة المجال المغناطيسي مع ناتج B و H. عندما يتم تكبير منتج BH (يشار إليه بالرمز (BH)max)، فإن الحد الأدنى لحجم المغناطيس مطلوب لإنتاج مجال مغناطيسي معين في فجوة معينة. كلما زاد الحد الأقصى (BH) ، قل حجم المغناطيس المطلوب لإنتاج كثافة تدفق معينة. يمكن اعتبار (BH) max على أنها الطاقة المغناطيسية الساكنة لكل وحدة حجم من مادة المغناطيس. يتم قياس BH فيMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.

في صناعة المغناطيس الدائم ، يمثل الحد الأقصى لمنتج الطاقة المغناطيسية كثافة الطاقة المغناطيسية للمغناطيس الدائم وهو المعلمة الأكثر استخداما لتوصيف أداء المغناطيس الدائم.

تصنيف المغناطيس الدائم

يمكن تقسيم المغناطيس الدائم إلى أربعة أنواع:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)وceramic or ferrite magnets.

لنبدأ بالمغناطيس الأكثر فعالية من حيث التكلفة:Neodymium Iron Boron Magnets

مغناطيس النيوديوم (NdFeB) هي واحدة من أكثر مواد المغناطيس الدائم استخداما في التطبيقات التجارية ، والمعروفة بhigh magnetic energy productوmagnetic strength.

مغناطيس النيوديوم هوstrongestومعظمcontroversialمغناطيسات. وهي تنتمي إلى فئة مغناطيس الأرض النادرة لأنها تتكون من عناصر النيوديميوم والحديد والبورون.

بسبب محتوى الحديد ، تتأكسد مغناطيسات البورون المصنوعة من الحديد النيوديميوم بسهولة ولها مقاومة ضعيفة للتآكل ، وغالبا ما تتطلب طلاءات مثل طلاء النيكل أو طلاء الإيبوكسي أو طلاء الزنك.

ومع ذلك ، فهي منتجات عالية الكثافة للطاقة (تصل إلى55 MGOe) مع صلابة عالية ، واستخدامها يسمح أصغر حجم محركات الأقراص الصلبة والمحركات والمعدات الصوتية.

نطاق درجة حرارة التشغيل لمغناطيس النيوديميوم هو80°C to 200°C. ومع ذلك ، مواد النيوديميوم عالية الجودة التي يمكن أن تعمل أعلاه120°Cيمكن أن تصبح مكلفة للغاية.

بالنظر إلى الفعالية من حيث التكلفة ، فإن مغناطيس النيوديميوم هو بالتأكيد الخيار الأول.

ربما تفكر في أن درجة حرارة عمل المغناطيس الخاص بي ستتجاوز 200 درجة مئوية ، فهل من المستحيل استخدام المغناطيس في هذه البيئة؟ يمكن حل هذه المشكلة عن طريق مغناطيس الكوبالت الصحي.

الكوبالت السالميوم (SmCo) is a premium permanent magnet material primarily made from cobalt and samarium, making it the most costly magnetic material to produce. Its high cost is mainly due to the significant cobalt content and the brittleness of the samarium alloy.

هذه المغناطيسات الدائمة مقاومة للتآكل للغاية ويمكن أن تتحمل درجات حرارة تصل إلى350°C، وأحيانا حتى500 degrees. تمنحها مرونة درجة الحرارة هذه ميزة واضحة على الأنواع الأخرى من المغناطيسات الدائمة الأقل تحملا للحرارة. تماما مثل مغناطيس النيوديميوم ، تحتاج مغناطيسات الكوبالت السماريوم أيضا إلى طلاء لمنع التآكل.

ومع ذلك ، فإن الجانب السلبي لهذا النوع من المغناطيس هو قوته الميكانيكية المنخفضة. ملوحة مغناطيس الكوبالت يمكن أن تتحول بسهولة هشة وتطور الشقوق. ومع ذلك ، في الحالات التي تكون فيها درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل ضرورية ، قد يكون مغناطيس الكوبالت السماريوم هو الخيار الأنسب.

تتفوق مغناطيسات النيوديميوم في درجات الحرارة المنخفضة ، بينما تعمل مغناطيسات الكوبالت السامونيوم بشكل أفضل فيhigher temperatures. تشتهر مغناطيسات النيوديميوم بكونها أقوى مغناطيس دائم في درجة حرارة الغرفة وتصل إلى حوالي 180 درجة مئوية بناء على المغنطة المعلقة (Br). ومع ذلك ، تنخفض قوتها بشكل كبير مع ارتفاع درجة الحرارة. مع اقتراب درجات الحرارة من 180 درجة مئوية ، يبدأ مغناطيس الكوبالت في السمونيومsurpassمغناطيس النيوديميوم في الأداء.

يصنف الكوبالت السامونيوم على أنه second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. يتم استخدامه بشكل شائع في صناعة الطيران والقطاعات الأخرى التي تعطي الأولوية للأداء على التكلفة.

مغناطيس الكوبالت Samarium ، الذي تم تطويره في سبعينيات القرن العشرين ، يظهر قوة مغناطيسية أعلى مقارنة بمغناطيس السيراميك والألومنيوم والنيكل والكوبالت ، وإن كان أقل من المغناطيسية التي يوفرها مغناطيس النيوديميوم. تصنف هذه المغناطيسات بشكل أساسي إلى مجموعتين بناء على مستويات طاقتها. المجموعة الأولى ، والمعروفة باسمSm1Co5 (1-5)، تفتخر بمجموعة من منتجات الطاقة التي تمتد من15 to 22 MGOe. من ناحية أخرى ، المجموعة الثانية ، Sm2Co17 (2-17)، يشمل نطاق طاقة من22-32 MGOe.

يتم تصنيع كل من الكوبالت السماريوم ومغناطيس النيوديميوم من المعادن المسحوقة. يتم ضغطها تحت تأثير مجال مغناطيسي قوي قبل الخضوع لعملية التلبيد.

مغناطيس النيوديميوم حساس للغاية للعوامل البيئية ، في حين أن مغناطيسات الكوبالت الأرضية النادرة بالسماريوم تظهر مقاومة ممتازة للتآكل. يمكن أن تتحمل مغناطيسات الكوبالت الأرضية النادرة من السماريوم درجات حرارة عالية دون أن تفقد مغناطيسيتها ، في حين يجب استخدام مغناطيس النيوديميوم بحذر فوق درجة حرارة الغرفة. مغناطيس النيوديميوم أكثر متانة مقارنة بمغناطيس الكوبالت السماريوم ويمكن تشكيله بسهولة ودمجه في التجميعات المغناطيسية. تتطلب كلتا المادتين استخدام أدوات الماس أو EDM أو الطحن أثناء عملية المعالجة.

بعد ذلك دعونا نتعرف على مغناطيس النيكو

مغناطيس الألومنيوم والنيكل والكوبالت (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of الألومنيوم والنيكل والكوبالت.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by ت. ميشيماin Japan during the early 20th century.

على الرغم من أهميتها الملحوظة ، إلا أن صلابتها المتواضعة نسبيا تؤدي إلى انخفاض منتج الطاقة المغناطيسية (BH) كحد أقصى عند مقارنتها بأنواع المغناطيس الأخرى. يمتلك Cast AlNiCo القدرة على تشكيله في أشكال معقدة ، في حين أن AlNiCo الملبد يعرض خصائص مغناطيسية أقل قليلا ولكن خصائص ميكانيكية فائقة بسبب هيكله الحبيبي الدقيق ، مما يؤدي إلى توزيع تدفق موحد وتعزيز القوة الميكانيكية.

يشمل تلبيد AlNiCo ذوبان الحث ، والطحن إلى جزيئات دقيقة ، والضغط ، والتلبيد ، والاختبار ، والطلاء ، والمغنطة. تؤثر طرق التصنيع المختلفة على خصائص المغناطيس ، مع تعزيز التلبيد للسمات الميكانيكية وتعزيز كثافة الطاقة المصبوبة.

تأتي مغناطيسات AlNiCo الملبدة في درجات تتراوح من1.5 to 5.25 MGOe، بينما يتراوح المغناطيس المصبوب من5.0 to 9.0 MGOe. توفر مغناطيسات AlNiCo متباينة الخواص خيارات اتجاه مغنطة مخصصة ، مما يوفر تنوعا قيما.

تظهر سبائك الألومنيوم والنيكل والكوبالت درجات حرارة تشغيل قصوى عالية ومقاومة استثنائية للتآكل. يمكن أن تعمل بعض درجات الألومنيوم والنيكل والكوبالت في درجات حرارة تتجاوز500°C. تستخدم هذه المغناطيسات على نطاق واسع في الميكروفونات ومكبرات الصوت والتقاط الجيتار الكهربائي والمحركات وأنابيب الموجات المتنقلة وأجهزة استشعار القاعة والعديد من التطبيقات الأخرى.

أخيرا ، دعونا نفهم المغناطيس الذي يتمتع بأكبر ميزة سعرية ، وهو مغناطيس الفريت!

مغناطيس الفريت, also known asمغناطيس السيراميك, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their تسعير اقتصادي ومقاومة فعالة للتآكل والقدرة على الحفاظ على الاستقرار في درجات حرارة عالية تصل إلى250 درجة مئوية.

في حين أن خصائصها المغناطيسية هيnot as strong as those of NdFeB magnets، فإن الفعالية من حيث التكلفة لمغناطيس الفريت تجعلها مناسبة تماما لlarge-scaleالتصنيع. تنبع ميزة التكلفة هذه من استخدام مواد غير مكلفة ومتاحة بسهولة وغير استراتيجية بطبيعتها.

يمكن أن تكون مغناطيسات السيراميك متباينة الخواص ، وتظهر خصائص مغناطيسية موحدة في جميع الاتجاهات ، أو متباينة الخواص ، تعرض المغنطة بمحاذاة اتجاه الإجهاد. يمكن لأقوى مغناطيس سيراميك تحقيق طاقة مغناطيسية تبلغ 3.8 MGOe، مما يجعلها أضعف أنواع المغناطيس الدائم. على الرغم من خصائصها المغناطيسية المتواضعة ، إلا أنها توفر مرونة فائقة لإزالة المغناطيسية مقارنة بأنواع المغناطيس الأخرى.

مغناطيس السيراميك المعرض أlow magnetic energy المنتج وامتلاكexcellent corrosion resistance,يشيع استخدامها جنبا إلى جنب مع مكونات الفولاذ منخفض الكربون ومناسبة للاستخدام في بيئات درجات الحرارة المعتدلة.

تتضمن عملية تصنيع مغناطيس السيراميك الضغط والتلبيد ، مع الاستخدام الموصى به لعجلات طحن الماس بسبب طبيعتها الهشة.

بشكل عام ، توفر مغناطيسات السيراميك توازنا بين القوة المغناطيسية وفعالية التكلفة ، مع هشاشتها التي تقابلها مقاومة رائعة للتآكل. إنها متينة ومقاومة لإزالة المغناطيسية وخيار فعال من حيث التكلفة لمختلف التطبيقات مثل الألعاب والحرف اليدوية والمحركات.

تعمل مغناطيسات الأرض النادرة على تعزيز اعتبارات الوزن أو الحجم بشكل كبير ، في حين أن الفريت مفضل للتطبيقات التي لا تتطلب كثافة طاقة عالية ، مثل النوافذ الكهربائية والمقاعد والمفاتيح والمراوح والمنافيخ في الأجهزة وبعض الأدوات الكهربائية والمعدات الصوتية.