مغناطيسات النيوديميوم النيوديميوم الصغيرة الملبدة NdFeB
تُصنع مغناطيسات النيوديميوم الصغيرة الملبدة NdFeB من مزيج من مواد خام مختلفة لتحقيق خصائصها المغناطيسية. تشمل العناصر الأساسية في تركيبة مغناطيسات NdFeB الملبدة النيوديميوم (Nd) والحديد (Fe) والبورون (B). وبالإضافة إلى ذلك، يمكن إضافة عناصر أخرى مثل الديسبروسيوم (Dy) أو البراسيوديميوم (Pr) لتحسين أداء المغناطيس، خاصة في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية أو لتعزيز مقاومة إزالة المغناطيسية.
نعلم جميعًا أن المواد الخام الرئيسية لمغناطيس النيوديميوم الصغير الدائم NdFeB الملبد هي النيوديميوم والحديد والبورون، ولكن بالإضافة إلى ذلك، يتم إضافة العديد من العناصر الأخرى إلى المواد الخام، وتلعب هذه العناصر أدوارًا مختلفة في المغناطيس. ، غالبًا ما يقوم المصنعون بتصميم صيغ المنتجات بناءً على احتياجات المستخدم. يمكن القول أن صيغة المواد الخام هي المعلومات السرية للغاية لكل مصنع.
إن عناصر NdFeB الملبدة التي يزيد عددها عن عشرة عناصر تشبه تمامًا التوابل المختلفة التي نحتاج إلى إضافتها لصنع طعام شهي. وبسبب الدمج العلمي والمنتظم لهذه العناصر ذات الخصائص والوظائف الجوهرية المختلفة التي يتم تصنيع NdFeB الخاص بنا. يأتي البورون في مجموعة متنوعة من الدرجات والخصائص المختلفة. إن فهم معنى كل عنصر له أهمية كبيرة بالنسبة لنا لفهم الأداء وتكاليف التصنيع للدرجات المختلفة بشكل أفضل. فيما يلي نقدم بإيجاز قيمة هذه العناصر.
لتسهيل الفهم، يمكننا تقسيم العناصر المكونة لـ NdFeB إلى ثلاث فئات:
◇ الأول هو العناصر الرئيسية RE (Ce، Gd، Nd، Nd، Dy، إلخ)، Fe، B، المسؤولة بشكل رئيسي عن تكوين حبيبات الطور الرئيسي RE2Fe14B.
◇ والثاني هو العناصر الصغيرة مثل Al و Co و Ga و Zr، وهي المسؤولة بشكل أساسي عن تحسين طلاء حدود الحبيبات بالنسبة إلى حبيبات الطور الرئيسي.
◇ ثالثًا، يتم إدخال عناصر الشوائب، مثل الكربون والأكسجين وما إلى ذلك، حتمًا في المواد الخام والإنتاج.
يوضح الشكل أدناه رسم تخطيطي لأنواع عناصر NdFeB.
غالبًا ما يكون لدى مصنعي المواد الخام الفعلية بعض الانحرافات بسبب طرق المعالجة المختلفة المستخدمة في عملية الإنتاج. على سبيل المثال، ستتغير نسبة PrNd من 20:80 إلى 25:75، وسيظهر GdFe أقل من 75%، و B في دفعات مختلفة من BFe سيتقلب المحتوى بشكل كبير، مما يتطلب منا استخدامه بما يتناسب مع المحتوى الفعلي لكل دفعة من مستندات فحص الجودة أثناء الاستخدام.
كل عنصر موجود في مغناطيس النيوديميوم الصغير NdFeB له خصائصه الفريدة، مثل
◇ سيؤدي إدخال عنصري La و Ce إلى تقليل عنصرَي La و Ce إلى تقليل عنصرَي التماسك Br والقوة القسرية Hcj للمغناطيس، ولكن سعره رخيص جدًا ويمكن أن يقلل من التكاليف;
◇ يتميز عنصر REFeB المكون من عنصر Nd النقي الذي يحل محل عنصر PrNd بمغنطة تشبع عالية جدًا ويمكن استخدامه لتحضير مغناطيسات ذات مغناطيسية عالية جدًا;
◇ يمكن أن يؤدي إدخال عنصر Tb إلى تحسين Hcj للمغناطيس بشكل كبير، ولكن تكلفته باهظة للغاية;
◇ عنصر Gd رخيص نسبيًا. يتميز عنصر REFeB الذي يتكون منه بأعلى درجة حرارة كوري ويمكنه إعداد مغناطيس مقاوم لدرجات الحرارة العالية، ولكنه سيقلل بشكل كبير من Br.
من أجل معرفة كيفية الدمج لإنتاج مغناطيس بالأداء المطلوب بأقل تكلفة، نحتاج إلى فهم خصائص كل عنصر في مغناطيسات النيوديميوم الصغيرة NdFeB.
يتكون أكثر من 80%-90% من تكلفة المواد بشكل أساسي من الجزء "المرتفع والمنخفض" من الملاحظة، حيث يشير الجزء "-" إلى أن كمية الإضافة صغيرة جدًا أو أن السعر رخيص، مما يؤثر قليلاً على التكلفة الإجمالية لمغناطيس النيوديميوم الصغير. من بينها، تتم إضافة La و Ce بشكل أساسي لتقليل التكاليف. في السنوات الأخيرة، مع التقدم المستمر للتكنولوجيا، تم استخدام مغناطيس Ce في المزيد والمزيد من الدرجات الأعلى.
من خلال الفهم العميق لخصائص العناصر المذكورة أعلاه وفهم تأثير العناصر المختلفة على عملية التلبيد وكثافة التلبيد وعملية التقادم وأداء المنتج، يمكننا أن نرشدنا إلى إنتاج منتجات مغناطيسات النيوديميوم الصغيرة NdFeB بأداء أعلى من حيث التكلفة.
المجال المغناطيسي غير مرئي وغير ملموس، فكيف يمكن رسم شكل المجال المغناطيسي ووصف اتجاه المجال المغناطيسي؟ تعد محاكاة العناصر المحدودة طريقة رائعة للقيام بذلك.
تستخدم محاكاة العناصر المحدودة، وتسمى أيضًا محاكاة FEA (تحليل العناصر المحدودة)، أجهزة الكمبيوتر لمحاكاة الأنظمة الفيزيائية الحقيقية باستخدام معادلات ونماذج وصيغ رياضية معقدة.
باستخدام عناصر بسيطة ومتفاعلة (أي الوحدات)، يتم استخدام عدد محدود من الكمية المجهولة لتقريب النظام الحقيقي بكمية مجهولة لا نهائية. وقد استُخدمت على نطاق واسع في مجالات مجال درجة الحرارة، والمجال الكهربائي مغناطيس النيوديميوم الصغير، والمجال المغناطيسي، ومجال القوة، ومجال التسرب، ومجال الموجات الصوتية وغيرها من المجالات. تشمل برامج محاكاة المجال المغناطيسي الشائعة الاستخدام ANSYS وABAQUS وCommsol Multiphysics وJMAG-Designer وEasiMotor.
من الصعب نسبيًا البدء في استخدام برامج المحاكاة. بالإضافة إلى التغلب على المشاكل في استخدام البرنامج الجديد، تحتاج أيضًا إلى فهم المعلمات المغناطيسية للمواد المختلفة في مكتبة المواد. ونظرًا لأن محاكاة المجال المغناطيسي عبارة عن مغناطيس نيوديميوم صغير نسبيًا، فإن جميع مواد المغناطيس الدائم والمواد اللينة تقريبًا في مكتبة المواد المغناطيسية للبرنامج ليست كاملة في البرنامج، كما أنها تنطوي على إمكانية إنشاء مواد جديدة.
كيفية تحديد البارامترات المغناطيسية ومنحنيات إزالة المغناطيسية للمواد الجديدة. يجب أن يستند كل ذلك إلى فهم شامل للمادة نفسها والمعرفة الأساسية للمغناطيسية.
قد يكون لبرامج FEA المختلفة تقنيات استخدام مختلفة لمغناطيسات النيوديميوم الصغيرة. تستخدم هذه المقالة برنامج ANSYS كمثال لتقديم الخطوات الشائعة لمحاكاة العناصر المحدودة للمجالات المغناطيسية للمغناطيس الدائم:
1. حدد نوع التصميم. يحتوي برنامج ANSYS على العديد من وحدات التصميم. حتى أن وحدة تصميم المجال الكهرومغناطيسي المتخصصة تتضمن أيضًا وحدات تصميم للترددات العالية والمجال الكهربائي والدائرة والمجال المغناطيسي الثابت. عادةً ما يتم اختيار وحدة المجال المغناطيسي الساكن لمحاكاة المغناطيس المغناطيسي السطحي مغناطيس النيوديميوم الصغير.
2. النمذجة. على غرار النمذجة ثنائية الأبعاد ثلاثية الأبعاد، ارسم الشكل والموضع ونقاط اختبار المغناطيسات التي تحتاج إلى محاكاة. يمكن أيضًا استيراد النماذج عبر برنامج رسم ثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد.
3. إضافة مواد. يجب أن تكون جميع المواد محددة الخصائص المادية، وإلا فإنها ستتحول إلى فراغ أو ستحدث أخطاء في التشغيل. تجدر الإشارة هنا إلى أن المغناطيسات الدائمة تحتاج إلى تحديد اتجاه المغنطة، ويتم تحديد اتجاه المغنطة بشكل عام بناءً على نظام الإحداثيات.
4. تعيين مجال الحساب. المجال الحسابي المناسب أمر بالغ الأهمية. إذا لم تقم بتعيين مجال حسابي، فسيكون المجال الحسابي افتراضيًا هو المجال الحسابي للمغناطيس النيوديميوم الصغير. على الرغم من أن هذا يتوافق مع الوضع الفعلي، لأنه قد لا توجد بالفعل مواد متداخلة أخرى حول المغناطيس، إلا أن هذا سيؤدي إلى خطأ كبير في نتائج الحساب. وتستغرق العملية وقتًا طويلاً.
5. وضع الشروط الحدية. وضع الحدود هو مطابقة إعدادات مجال الحساب وتقليل تعقيد المشكلة. يمكن أن يساعدنا وضع حدود معقولة في توفير الكثير من الوقت في العمليات الحسابية. الحدود المختلفة لها معانٍ مختلفة. عادةً ما نختار الحدود البالونية لمحاكاة المجال المغناطيسي الثابت. .
6. اضبط مصدر الحافز. عندما تكون المادة المختارة عبارة عن مغناطيس دائم، سيساعدنا النظام تلقائيًا في اختيار الإثارة المغناطيسية. إذا احتجنا إلى محاكاة المجال المغناطيسي للملف، نحتاج إلى إضافة جهد أو تيار كمصدر إثارة.
7. تقسيم الشبكة. يعني التشبيك ببساطة ربط حسابات العناصر المحدودة هذه لإنشاء بنية شبكية. يأتي البرنامج مع التشبيك. كلما كانت البنية الشبكية أكثر كثافة، كلما كانت النتائج أكثر دقة وكلما استغرقت وقتًا أطول.
8. إضافة إعدادات الحل. هنا يمكنك ضبط معدل الخطأ وعدد خطوات الحساب، ويأتي النظام أيضًا بالإعدادات الافتراضية.
9. إضافة عملية الحل. هذه هي النتيجة التي تريد أن تساعدك هذه المحاكاة في الحصول عليها، سواء كان ذلك بالنظر إلى اتجاه خطوط المجال المغناطيسي أو بيانات المجال المغناطيسي.
10. ما بعد المعالجة. بعد اكتمال المحاكاة، يمكنك عرض مخطط خط المجال المغناطيسي (قياسي أو متجه)، ومخططات السحب المختلفة، والبيانات والمعلمات التي تم تعيينها في بداية الفترة التي تحتاج إلى محاكاتها، إلخ.
ينشئ المغناطيس الدائم مجالاً مغناطيسياً حول نفسه بسبب محاذاة نطاقاته المغناطيسية داخل مادة مغناطيس النيوديميوم الصغيرة. ويمتد هذا المجال المغناطيسي من المغناطيس في جميع الاتجاهات ويتميز بقوته واتجاهه.
وتعتمد قوة المجال المغناطيسي الذي ينتجه المغناطيس الدائم على عوامل مثل تركيب المادة وشكل المغناطيس وحجمه وعملية المغنطة التي يخضع لها.
بالقرب من سطح المغناطيس الدائم، عادةً ما يكون المجال المغناطيسي أقوى، ويضعف تدريجيًّا كلما ابتعدت عن المغناطيس. تتناقص شدة المجال المغناطيسي مع المسافة وفقًا لقانون التربيع العكسي لمغناطيس النيوديميوم الصغير، الذي ينص على أن شدة المجال المغناطيسي تتناقص مع مربع المسافة من المغناطيس.
المجال المغناطيسي الناتج عن مغناطيس دائم له مقدار واتجاه. يُعرَّف اتجاه خطوط المجال المغناطيسي بأنه الاتجاه الذي يشير إليه القطب الشمالي لإبرة البوصلة إذا وُضِع في المجال مغناطيس نيوديميوم صغير. تمتد خطوط المجال المغناطيسي من القطب الشمالي للمغناطيس إلى القطب الجنوبي، مكوِّنة حلقات مغلقة خارج المغناطيس.
تُستخدم المغناطيسات الدائمة في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك المحركات الكهربائية والمولدات وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) والفصل المغناطيسي وأجهزة الاستشعار وغيرها الكثير من مغناطيسات النيوديميوم الصغيرة، وذلك لقدرتها على إنتاج مجال مغناطيسي ثابت ومستمر دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي.
