فرایند جدید ساخت آهن ربای دائمی با بهره گیری از فناوری نانو

  به گزارش مجله خبری نگار، 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 (نئو Neo) برای انواع فناوری‌ها از جمله توربین‌های بادی، خودرو‌های برقی و تلفن‌های همراه اهمیت فزاینده‌ای 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 می‌یابد.

جون کوی، دانشمند آزمایشگاه ایمز می‌گوید: 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 اندازه‌های دانه کوچکی دارند که طی آن فرآیند تولید با ذرات بسیار کوچکتر مواد مغناطیسی آغاز می‌شود

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 می‌تواند 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 می‌گیرند تا قطب‌های مغناطیسی هر یک از ذرات در یک جهت قرار گیرند، سپس فشرده می‌شوند. 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 می‌کنند تا آهنربا متراکم شود. هنگامی که این آهنربا‌ها تشکیل می‌شوند، هنوز به هوا حساس هستند، به همین علت در فرایند نهایی با نیکل روکش می‌شوند

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 می‌شود. محصول حاصله گرما داده می‌شود و به دستگاه نورد فرستاده می‌شود.

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 می‌توانند آهنربا‌های نازک تری بسازند که یکپارچگی ساختاری و خواص مغناطیسی خود را حفظ کنند. سوم اینکه، مرحله روکش حذف می‌شود، زیرا مواد در تمام فرآیند، در پوشش فولادی ضد زنگ باقی می‌مانند. دست آخر اینکه می‌توانیم آهنربا‌های بسیار بلند را به طور مداوم بسازیم که می‌توانند به چندین آهنربای کوچکتر تقسیم شوند. این روشی کاملاً جدید برای ساخت آهنربا است که مقرون به صرفه است.