فرایند جدید ساخت آهن‌ربای دائمی با بهره‌گیری از فناوری نانو

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از تارنمای اخبار علمی تک اکسپلور، محققان موسسه Critical Materials که قطب نوآوری در وزارت انرژی آمریکا است، به رهبری آزمایشگاه ملی ایمز، روش جدیدی را برای تولید آهن رباهای دائمی با کارایی بالا ابداع کرده اند.

این فرآیند جدید "آهن ربای نئو نانو نورد داغ" یک آهنربای دائمی نئودیمیوم نانوذراتی را در یک فرآیند ساده و مقیاس پذیر تجاری درون روکش فولاد ضد زنگ تولید می‌کند. این فرآیند در مقایسه با فرآیندهای دسته‌ای که در حال حاضر در صنعت استفاده می‌شود، نیمه پیوسته است که باعث می‌شود از نظر هزینه و انرژی کارآمدتر باشد.

آهنرباهای دائمی آهن نئودیمیم بور (نئوNeo) برای انواع فناوری ها از جمله توربین های بادی، خودروهای برقی و تلفن های همراه اهمیت فزاینده ای دارند. آهن رباهای دائمی در بسیاری از کاربردها باید در دماهای بالا کار کنند. عملکرد این آهن رباها حتی در دماهای متوسط حدود ۱۵۰ درجه سانتیگراد (۳۰۲ درجه فارنهایت) کاهش می یابد.

جون کوی، دانشمند آزمایشگاه ایمز می گوید: بزرگترین چالش ساخت آهنرباهای دائمی افزایش مقاومت آنها در برابر مغناطیس زدایی در دماهای بالا است. او دو راه برای مقابله با این چالش بیان کرد. اول راهکار افزودن دیسپروزیم به آهنربای نئو است. اما دیسپروزیم به عنوان یک ماده حیاتی توسط بسیاری از کشورهای دیگر اعلام شده است، به این معنی عرضه آن بسیار محدود است. راه دوم، ساخت آهنرباهایی است اندازه های دانه کوچکی دارند که طی آن فرآیند تولید با ذرات بسیار کوچکتر مواد مغناطیسی آغاز می شود.

کوی گفت: دو شیوه سنتی ساخت آهنربا وجود دارد. یک راه تولید مقدار زیادی پودر در یک اندازه خاص سه میکرون تا پنج میکرون است که معمولاً به اندازه است. پودرها به شدت دربرابر هوا حساس هستند به حدی که می تواند خودبخود آتش بگیرند؛ بنابراین باید با احتیاط انجام شود. راه دوم شامل شروع کار با پودرهای کوچکتر از میکرون و ابعاد نانومتر است. قطر موی انسان به طور معمول ۷۰ میکرون است و یک میکرون برابر با هزار نانومتر است.

پودرهای میکرونی در معرض یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند تا قطب های مغناطیسی هر یک از ذرات در یک جهت قرار گیرند، سپس فشرده می شوند. بعداز آن ذوب شده و به شکل یک ماده جامد و کاملا متراکم درمی آیند. برای آهنربای نئو حاوی دیسپروزیم، فرآیند تف جوشی شامل حرارت دادن مواد تا دماهای بسیار بالا برای متراکم کردن آهنربا است.

در شیوه نانوذرات، پودرها دیسپروزیم ندارند، اما برای شروع کار باید بسیار محکم فشرده شوند، سپس دو مرحله را طی می کنند تا آهنربا متراکم شود. هنگامی که این آهنرباها تشکیل می شوند، هنوز به هوا حساس هستند، به همین علت در فرایند نهایی با نیکل روکش می شوند.

در روش جدیدی که این محققان ابداع کرده اند، این فرآیند بسیار ساده شده است. پودر درون یک لوله فولاد ضد زنگ به صورت متراکم فشرده و سپس نورد داغ می شود. محصول حاصله گرما داده می شود و به دستگاه نورد فرستاده می شود.

کوی چندین مزیت این فرآیند جدید را تشریح کرد. اول اینکه برای محافظت از مواد آهنربا در برابر هوا نیازی به کوره خلاء نیست، زیرا لوله فولادی ضد زنگ کاملاً عایق شده است. دوم آنکه، آنها می توانند آهنرباهای نازک تری بسازند که یکپارچگی ساختاری و خواص مغناطیسی خود را حفظ کنند. سوم اینکه، مرحله روکش حذف می شود، زیرا مواد در تمام فرآیند، در پوشش فولادی ضد زنگ باقی می مانند. دست آخر اینکه می توانیم آهنرباهای بسیار بلند را به طور مداوم بسازیم که می توانند به چندین آهنربای کوچکتر تقسیم شوند. این روشی کاملاً جدید برای ساخت آهنربا است که مقرون به صرفه است.