Nguyên nhân khử từ của nam châm vĩnh cửu

Nam châm vĩnh cửu được biết đến với khả năng duy trì từ tính trong thời gian dài. Chúng có thể được tìm thấy ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm nam châm tự nhiên như magnetite và nam châm nhân tạo như hợp kim alnico. Tuy nhiên, điều cần thiết là phải nhận thức được các yếu tố có thể dẫn đến sự mất đi một phần hoặc toàn bộ từ trường của nam châm vĩnh cửu, vì điều này có thể có tác động tiêu cực đến mục đích sử dụng của nó. ứng dụng.

Hiểu được quá trình khử từ và các cơ chế của nó là rất quan trọng. Có một số điều kiện vật lý nhất định phải được duy trì hoặc tránh để duy trì độ từ hóa mong muốn trong các ứng dụng nam châm vĩnh cửu. Bằng cách làm quen với những điều kiện này, người ta có thể giảm thiểu nguy cơ khử từ và đảm bảo tuổi thọ của từ trường của nam châm.

demagnetization nghĩa là gì?

Nói một cách đơn giản, khử từ đề cập đến việc giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn từ tính của nam châm. Nguyên lý hoạt động của nam châm vĩnh cửu dựa trên sự sắp xếp các vùng vi mô bên trong vật liệu hợp kim. Những khu vực nhỏ này được gọi là miền từ tính. Mỗi miền từ tính hoạt động giống như một nam châm cực nhỏ trong tổng thể lớn hơn. Một phần của quá trình phát triển nam châm vĩnh cửu bao gồm việc đặt vật liệu từ tính có độ bền cao, điển hình là alnico, sắt strontium (gọi là gốm hoặc ferrite), boron sắt neodymium hoặc samarium coban, trong từ trường mạnh. Trong quá trình từ hóa một vật liệu, các miền từ tính riêng lẻ, thường hướng theo nhiều hướng khác nhau, sắp xếp theo hướng của từ trường. Khi gần như tất cả các miền từ được căn chỉnh theo từ trường ban đầu, vật liệu sẽ trở thành nam châm vĩnh cửu. Khi bạn khử từ một nam châm, các miền từ của nó không còn được căn chỉnh hoàn hảo nữa. Chính sự sắp xếp của các miền từ tính này đã tạo ra từ tính cho vật liệu. Khi từ trường (sự sắp xếp của các miền từ) bị phá vỡ, nam châm bị khử từ.

Làm thế nào để khử từ một nam châm vĩnh cửu?

Mọi người đôi khi bị nhầm lẫn giữa thuật ngữ nam châm “vĩnh viễn” và nam châm “tạm thời”. Nam châm tạm thời chỉ đóng vai trò là nam châm khi được gắn vào hoặc ở gần một vật phát ra từ trường. Chúng nhanh chóng mất từ ​​tính khi nguồn từ trường bị loại bỏ. Ngược lại, nam châm vĩnh cửu thường duy trì từ trường liên tục một cách độc lập trong điều kiện hoạt động bình thường. Tuy nhiên, vật liệu nam châm vĩnh cửu vẫn có thể khử từ trong một số điều kiện nhất định, bao gồm tiếp xúc với nhiệt độ cao, va chạm với các vật thể khác, giảm thể tích và tiếp xúc với từ trường xung đột.

1. nhiệt độ

Nhiệt độ tăng cao là yếu tố phổ biến có thể dẫn đến hiện tượng khử từ. Khi nhiệt độ tăng lên, chuyển động nguyên tử tăng cường, cuối cùng vượt qua sự thẳng hàng của các miền từ tính. Nhiệt độ Curie đại diện cho điểm tới hạn mà tại đó hợp kim từ tính mất hoàn toàn và không thể phục hồi được các đặc tính từ tính vĩnh viễn của nó. Tuy nhiên, ngay cả khi nhiệt độ của nam châm đạt tới điểm Curie, mức độ khử từ khác nhau vẫn có thể xảy ra. Mức độ khử từ thay đổi đáng kể tùy thuộc vào vật liệu cụ thể và loại nam châm được đề cập và thường được mô tả bằng đường cong khử từ của nam châm.

Nói chung, một số vật liệu nam châm vĩnh cửu dễ bị khử từ hơn khi nhiệt độ ngày càng tăng so với các vật liệu khác. Nam châm neodymium thường dễ bị ảnh hưởng nhất bởi nhiệt độ hoạt động cao và thường sẽ chống lại quá trình khử từ cho đến khi nhiệt độ hoạt động đạt khoảng 100°C. Hiện đã có sẵn vật liệu từ tính neodymium có thể hoạt động ở nhiệt độ trên 220°C nhưng chúng có thể trở nên rất đắt tiền. Đối với nam châm coban samari, giới hạn này là 350°C. Nam châm Alnico cung cấp các đặc tính nhiệt độ tốt nhất so với bất kỳ vật liệu nam châm sản xuất tiêu chuẩn hiện có nào, cho phép sử dụng trong các ứng dụng hoạt động liên tục, nơi dự kiến ​​có nhiệt độ cực cao lên tới 540°C.

Khi vận hành trong điều kiện nhiệt độ cao, điều quan trọng là phải xem xét tính thấm của vật liệu từ tính đang sử dụng, có tính đến các yếu tố như kích thước, loại vật liệu và nhiệt độ vận hành. Những yếu tố này quyết định chung hiệu quả của nam châm đối với một ứng dụng cụ thể. Trong trường hợp nam châm neodymium, việc sử dụng máy tính độ thấm có thể hỗ trợ đánh giá xem nam châm có kích thước cụ thể có bị khử từ và có khả năng bị hỏng ở nhiệt độ vận hành cần thiết hay không.

Sự tiếp xúc kéo dài của nam châm vĩnh cửu với nhiệt độ cao làm cho sự liên kết của các electron bị phá vỡ, dẫn đến sự khử từ một phần hoặc toàn bộ. Quá trình khử từ xảy ra có thể có tính chất thuận nghịch hoặc không thuận nghịch.

2. Va chạm và mất khối lượng

Một yếu tố khác có thể làm mất từ ​​tính của nam châm vĩnh cửu là sự va chạm – tác động của một vật khác lên nam châm. Ví dụ, nếu một nam châm bị đập liên tục bằng búa, điều này sẽ làm xáo trộn chuyển động của các nguyên tử của nó, ảnh hưởng đến sự thẳng hàng của các cực bắc và nam của nam châm, cuối cùng khiến nó bị khử từ.

Va chạm cũng ảnh hưởng đến tính toàn vẹn vật lý của nam châm và việc mất thể tích do đó cũng có thể ảnh hưởng xấu đến từ hóa. Đây là lý do tại sao sự giảm thể tích được coi là một yếu tố khác trong quá trình khử từ của nam châm vĩnh cửu. Sự ăn mòn hoặc oxy hóa do độ ẩm quá cao cũng có thể ảnh hưởng đến các tính chất vật lý và do đó ảnh hưởng đến tính chất từ ​​của nam châm.

3. Từ trường xung đột

Nam châm vĩnh cửu có thể bị khử từ khi chịu tác dụng của từ trường bên ngoài không thuận lợi. Sự hiện diện của một từ trường khác ở gần nam châm đóng vai trò là chất khử từ, khiến nam châm mất đi tính chất từ ​​tính. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bảo quản nam châm vĩnh cửu đúng cách. Bằng cách bảo quản chúng đúng cách, chúng không chỉ được bảo vệ khỏi hư hỏng vật lý mà còn được bảo vệ khỏi từ trường bên ngoài, đảm bảo duy trì các đặc tính từ tính và tính nhất quán trong từ trường của chúng.

Chạy dòng điện xoay chiều ở gần cũng có thể gây ra tác động này lên nam châm, dẫn đến hiện tượng khử từ.

4. Yếu tố hóa học

Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố hóa học, chẳng hạn như axit, kiềm, oxy, khí ăn mòn, v.v., cấu trúc hóa học bên trong hoặc bề mặt của nam châm vĩnh cửu thay đổi. Điều này gây ra những thay đổi về tính chất từ ​​tính. Sắt và neodymium trong NdFeB khi đó dễ bị oxy hóa hơn. Việc bảo vệ nam châm vĩnh cửu thường bao gồm mạ điện, chẳng hạn như mạ kẽm và mạ niken.

Các vấn đề và phương pháp đảo ngược lỗi

Vật liệu nam châm vĩnh cửu là nguyên liệu chính của động cơ nam châm vĩnh cửu. Trong quá trình chế tạo, thử nghiệm và sử dụng động cơ sẽ luôn xảy ra vấn đề mất từ ​​tính. Từ phân tích trường hợp thất bại thực tế, nó có thể được quy cho các khía cạnh sau:

Lựa chọn không đúng loại thép nam châm

Nếu tính toán thiết kế động cơ không đủ chính xác và chọn sai các cấp thấp hơn, có thể xảy ra tình huống như vậy: các chỉ số hồ sơ kiểm tra quá trình thử nghiệm ban đầu rất tốt. Nhưng khi động cơ dần có xu hướng ổn định nhiệt, các chỉ số liên quan của động cơ bắt đầu xấu đi. Sau đó, các chỉ số ngày càng lệch xa so với kỳ vọng thiết kế. Tại một thời điểm nhất định, dòng điện tăng đột ngột và biến tần dừng nhanh. Điều này cho thấy động cơ đã bị khử từ và nam châm phải được thay thế.

Khử từ quá nhiệt

Nếu loại trừ ảnh hưởng của hiệu suất từ ​​tính của thép từ và chỉ xét đến yếu tố nhiệt thì có thể xác định có hai trường hợp xảy ra hiện tượng quá nhiệt và khử từ: Thứ nhất, mạch thông gió tuần hoàn của động cơ không hợp lý, trái với quy luật tự nhiên của nhiệt và dẫn nhiệt lạnh và dẫn đến tập trung nhiệt cục bộ; Thứ hai, tải nhiệt cuộn dây quá cao dẫn đến nhiệt độ vượt quá mức tải của hệ thống trao đổi nhiệt động cơ.

Dòng khử từ quá mức

Khi động cơ đang chạy, cường độ dòng điện tải vượt quá khả năng chống khử từ của nam châm, điều này sẽ dẫn đến quá trình khử từ không thể đảo ngược của nam châm. Điều này càng làm tăng dòng tải và làm trầm trọng thêm quá trình khử từ không thể đảo ngược của nam châm. Sự cố sẽ đẩy nhanh quá trình khử từ không thể đảo ngược cho đến khi mất nam châm.

Máy tính đường cong khử từ

Đường cong khử từ cho thấy các đặc tính từ của một nam châm cụ thể, được vẽ trên một trục. Do đó, đường cong khử từ cho một bức tranh đầy đủ hơn về tính chất từ ​​của nam châm so với một điểm duy nhất. Vì lý do này, đường cong khử từ thường được sử dụng trong thiết kế các bộ phận từ tính.

Cụ thể hơn, đường cong biểu thị tỷ lệ giữa mật độ từ thông (B) với trường từ hóa (H). Giao điểm được tạo ra bởi hai đường cong là hệ số thấm từ.

Máy tính khử từ hỗ trợ việc lựa chọn thiết kế phù hợp bằng cách cung cấp hình ảnh trực quan về quá trình khử từ cho một nam châm cụ thể tại các điểm được xác định trước khác nhau. Bằng cách nhập các thông số liên quan, chẳng hạn như loại vật liệu, kích thước (ví dụ: đường kính 3 inch và độ dày 0.1 inch đối với nam châm đĩa N35), máy tính có thể tạo đường cong khử từ cho nam châm đã chọn. Thông tin này có giá trị trong việc xác định thiết kế tối ưu cho tổ hợp từ tính, cho phép đưa ra quyết định sáng suốt và đảm bảo hiệu suất mong muốn của hệ thống từ tính.

Tổng kết

Sự xuất hiện của quá trình khử từ có thể ảnh hưởng đáng kể đến chức năng và hiệu quả của nam châm khi được sử dụng như một bộ phận trong các ứng dụng khác nhau. Do đó, điều quan trọng là phải thừa nhận hiện tượng này và sử dụng các chiến lược thiết kế phù hợp khi tạo ra các tổ hợp từ tính để ngăn chặn quá trình khử từ diễn ra. Bằng cách xem xét và giải quyết các rủi ro khử từ tiềm ẩn trong giai đoạn thiết kế, tính toàn vẹn và độ tin cậy của nam châm có thể được bảo toàn, đảm bảo hiệu suất tối ưu trong ứng dụng dự định của nó.