هل تضعف الخواص المغناطيسية لمغناطيسات Ndfeb تدريجيًا مع مرور الوقت؟ ما أسباب انخفاض أدائها بعد الاستخدام طويل الأمد؟

1. العوامل البيئية

1.1 تأثيرات درجة الحرارة

• إزالة المغناطيسية الحرارية :تتمتع مغناطيسات NdFeB بنطاق محدود من درجة حرارة التشغيل. التعرض لدرجات حرارة تتجاوز الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة (عادةً 100–200°(ج) اعتمادًا على الدرجة) يمكن أن يسبب اضمحلالًا مغناطيسيًا لا رجعة فيه. يحدث هذا لأن درجات الحرارة المرتفعة تؤدي إلى تعطيل محاذاة المجالات المغناطيسية، مما يقلل من المغناطيسية الصافية.
• مثال :في محركات المركبات الكهربائية، يمكن أن يؤدي التشغيل لفترات طويلة بالقرب من حد درجة حرارة المغناطيس إلى انخفاض تدريجي في كثافة التدفق المغناطيسي، مما يؤثر على كفاءة المحرك.

1.2 الرطوبة والتآكل

• أكسدة :تعتبر مغناطيسات NdFeB حساسة للغاية للأكسدة في البيئات الرطبة. تتفاعل حدود الحبوب الغنية بالنيوديميوم مع الرطوبة والأكسجين، مما يؤدي إلى تكوين أكاسيد وهيدروكسيدات النيوديميوم. هذه المنتجات التآكلية غير مغناطيسية وتتقشر، مما يعرض المعدن الجديد لمزيد من الهجوم.
• التآكل الكهروكيميائي :في البيئات الحمضية أو المالحة، يتعرض سطح المغناطيس لتفاعلات كهروكيميائية، مما يؤدي إلى تسريع التآكل. وهذا يمثل مشكلة خاصة في البيئات البحرية أو الصناعية حيث تتواجد المواد الكيميائية.
• التأثير على الأداء :لا يؤدي التآكل إلى تقليل السلامة المادية للمغناطيس فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى تعطيل الدائرة المغناطيسية، مما يؤدي إلى فقدان التدفق المغناطيسي. تشير الدراسات إلى أن مغناطيسات NdFeB غير المطلية يمكن أن تفشل في غضون ساعات في اختبارات ضباب الملح، بينما يمكن للمغناطيسات المطلية أن تتحمل 500–1000 ساعة أو أكثر.

2. تدهور المواد

2.1 التغيرات البنيوية الدقيقة

• نمو الحبوب :بمرور الوقت، قد تخضع حدود الحبوب في مغناطيس NdFeB للتنشيط الحراري، مما يؤدي إلى نمو الحبوب. تؤدي الحبيبات الأكبر حجمًا إلى تقليل قوة المغناطيس القسرية (مقاومة إزالة المغناطيسية)، مما يجعله أكثر عرضة للتأثيرات المغناطيسية الخارجية أو تقلبات درجات الحرارة.
• التحولات الطورية :يمكن أن يؤدي التعرض لفترات طويلة لدرجات الحرارة المرتفعة إلى تكوين مراحل غير مغناطيسية (على سبيل المثال، α-Fe)، مما يخفف المادة المغناطيسية ويقلل الأداء العام.

2.2 الانتشار العنصري

• هجرة النيوديميوم :في بعض الحالات، قد تنتشر ذرات النيوديميوم إلى السطح أو حدود الحبوب، مما يؤدي إلى تكوين أكاسيد أو تغيير التركيب المحلي. يمكن أن يؤدي هذا إلى تدهور الخصائص المغناطيسية للمغناطيس بمرور الوقت.

3. التغييرات الهيكلية

3.1 ديناميكيات المجال المغناطيسي

• تثبيت جدار المجال :تتأثر حركة جدران المجال المغناطيسي (الحدود بين مناطق المغناطيسية المنتظمة) بالعيوب والشوائب والإجهاد في المادة. بمرور الوقت، يمكن لهذه العوامل أن تتسبب في "تثبيت" جدران المجال، مما يقلل من قدرة المغناطيس على الحفاظ على حالة مغناطيسية مستقرة.
• الشيخوخة المغناطيسية :حتى في غياب الضغوطات الخارجية، قد يتطور التركيب الدقيق للمغناطيس ببطء بسبب التقلبات الحرارية، مما يؤدي إلى إعادة تنظيم تدريجي للمجالات وانخفاض في التدفق المغناطيسي.

3.2 الإجهاد الميكانيكي

• الدورة الحرارية :يمكن لدورات التسخين والتبريد المتكررة أن تسبب ضغطًا ميكانيكيًا في المغناطيس بسبب التمدد الحراري التفاضلي بين المادة المغناطيسية وطلائها أو غلافها. يمكن أن يؤدي هذا الضغط إلى حدوث شقوق مجهرية أو انفصال الطبقات، مما يؤدي إلى تعطيل الدائرة المغناطيسية.
• الاهتزاز والصدمة :في التطبيقات التي تنطوي على اهتزازات عالية أو صدمات ميكانيكية (على سبيل المثال، توربينات الرياح أو أنظمة الطيران والفضاء)، قد يتعرض المغناطيس لأضرار مادية تؤثر على خصائصه المغناطيسية.

4. دراسات الاستقرار طويل الأمد

4.1 الشيخوخة في درجة حرارة الغرفة

• البيانات التجريبية :أظهرت الأبحاث أن مغناطيسات NdFeB عالية الجودة المخزنة في درجة حرارة الغرفة في ظروف جافة تظهر الحد الأدنى من الاضمحلال المغناطيسي على مدى عقود من الزمن. على سبيل المثال، وجدت دراسة أجراها باحثون فنلنديون عدم وجود خسارة مغناطيسية يمكن اكتشافها في مغناطيس NdFeB المسحوق (المُسْتَرِن) المخزن لمدة عام في درجة حرارة الغرفة.
• القيود :ومع ذلك، فإن المغناطيسات غير المغلفة المعرضة للرطوبة الجوية يمكن أن تظهر عليها علامات تحلل كبيرة بمرور الوقت بسبب التآكل. من ناحية أخرى، يمكن للمغناطيسات المطلية أن تحافظ على أدائها لمدة أطول. 30–50 عامًا أو أكثر في ظل ظروف التخزين المناسبة.

4.2 الشيخوخة في درجات الحرارة العالية

• الاضمحلال المتسارع :عند درجات الحرارة المرتفعة، يزداد معدل الاضمحلال المغناطيسي بشكل كبير. على سبيل المثال، يتم تخزين المغناطيس في 150°قد يخسر ج 10–20% من تدفقها المغناطيسي خلال بضع سنوات، في حين يتم تخزين المغناطيس في 80°قد يظهر C فقط بضع نقاط مئوية من الخسارة خلال نفس الفترة.
• العوامل الحرجة :تلعب القوة القسرية الجوهرية للمغناطيس (Hcj) ومعامل التوجيه المغناطيسي (Pc) دورًا رئيسيًا في تحديد استقراره في درجات الحرارة العالية. ترتبط قيم Hcj الأعلى وقيم Pc المنخفضة (الأكثر سلبية) باستقرار أفضل على المدى الطويل.

5. استراتيجيات التخفيف

لتعزيز الاستقرار طويل الأمد لمغناطيسات NdFeB، يمكن استخدام العديد من الاستراتيجيات:

• الطلاءات السطحية :يوفر طلاء النيكل أو الطلاءات الإيبوكسي أو المعالجات المركبة (على سبيل المثال، Ni-Cu-Ni + إيبوكسي) حاجزًا ضد الرطوبة والمواد الكيميائية، مما يحسن مقاومة التآكل بشكل كبير.
• تحسين المواد :إن إضافة عناصر السبائك (مثل الديسبروسيوم أو التربيوم) يمكن أن تزيد من قوة الجذب المغناطيسي والاستقرار الحراري للمغناطيس، مما يجعله أكثر مقاومة لإزالة المغناطيسية.
• تحسينات التصميم :إن تحسين شكل المغناطيس وحجمه والدائرة المغناطيسية يمكن أن يقلل من تركيزات الإجهاد ويحسن الأداء العام.
• الرقابة البيئية :إن تخزين المغناطيسات في بيئات جافة وباردة وتجنب تعرضها للمواد المسببة للتآكل يمكن أن يؤدي إلى إطالة عمرها الافتراضي.