ما هو المغناطيس؟
المغناطيس عبارة عن مادة تمارس عليها قوة واضحة دون الاتصال الجسدي بمواد أخرى. وتسمى هذه القوة المغناطيسية. يمكن للقوة المغناطيسية أن تجتذب أو تتنافر. تحتوي معظم المواد المعروفة على بعض القوة المغناطيسية، ولكن القوة المغناطيسية في هذه المواد صغيرة جدًا. بالنسبة لبعض المواد، تكون القوة المغناطيسية كبيرة جدًا، لذلك تسمى هذه المواد بالمغناطيس. الأرض نفسها هي أيضًا مغناطيس ضخم.
هناك نقطتان على جميع المغناطيسات حيث القوة المغناطيسية أكبر. وهم معروفون بالقطبين. في المغناطيس المستطيل، القطبان متقابلان مباشرة. ويطلق عليهم القطب الشمالي أو القطب الباحث عن الشمال، والقطب الجنوبي أو القطب الجنوبي.
يمكن صنع المغناطيس ببساطة عن طريق أخذ مغناطيس موجود وفرك قطعة معدنية به. يجب فرك هذه القطعة المعدنية المستخدمة بشكل مستمر في اتجاه واحد. وهذا يجعل الإلكترونات الموجودة في تلك القطعة المعدنية تبدأ بالدوران في نفس الاتجاه. التيار الكهربائي قادر أيضًا على إنشاء مغناطيس. وبما أن الكهرباء عبارة عن تدفق للإلكترونات، فعندما تتحرك الإلكترونات المتحركة في سلك فإنها تحمل معها نفس تأثير الإلكترونات التي تدور حول نواة الذرة. وهذا ما يسمى المغناطيس الكهربائي.
نظرًا للطريقة التي يتم بها ترتيب إلكتروناتها، فإن معادن النيكل والكوبالت والحديد والصلب تشكل مغناطيسات جيدة جدًا. يمكن لهذه المعادن أن تظل مغناطيسًا إلى الأبد بمجرد أن تصبح مغناطيسًا. وبذلك يحمل اسم المغناطيس الصلب. ومع ذلك، يمكن لهذه المعادن وغيرها أن تتصرف مثل المغناطيس مؤقتًا إذا تم تعريضها أو الاقتراب من مغناطيس صلب. ثم يحملون اسم المغناطيس الناعم.
كيف تعمل المغناطيسية
تحدث المغناطيسية عندما تتحرك جسيمات صغيرة تسمى الإلكترونات بطريقة ما. تتكون كل المادة من وحدات تسمى الذرات، والتي تتكون بدورها من إلكترونات وجسيمات أخرى، وهي النيوترونات والبروتونات. تميل هذه الإلكترونات إلى الدوران حول النواة التي تحتوي على الجسيمات الأخرى المذكورة أعلاه. القوة المغناطيسية الصغيرة ناتجة عن دوران هذه الإلكترونات. وفي بعض الحالات، تدور العديد من الإلكترونات الموجودة في الجسم في اتجاه واحد. ونتيجة كل هذه القوى المغناطيسية الصغيرة الناتجة عن الإلكترونات هي مغناطيس كبير.
تحضير المسحوق
يتم تسخين كميات مناسبة من الحديد والبورون والنيوديميوم لتذوب تحت فراغ أو في فرن صهر بالحث باستخدام غاز خامل. استخدام الفراغ هو لمنع التفاعلات الكيميائية بين مواد الصهر والهواء. عندما تبرد السبيكة المنصهرة، يتم تكسيرها وسحقها لتشكل شرائح معدنية صغيرة. بعد ذلك، يتم سحق القطع الصغيرة وسحقها إلى مسحوق ناعم يتراوح قطره من 3 إلى 7 ميكرون. المسحوق المتكون حديثًا شديد التفاعل وقادر على التسبب في اشتعال الهواء ويجب إبقاؤه بعيدًا عن التعرض للأكسجين.
الضغط المتوازن
وتسمى عملية الضغط المتوازن أيضًا بالضغط. يؤخذ المعدن المسحوق ويوضع في قالب. ويسمى هذا القالب أيضًا بالموت. لكي تكون المادة المسحوقة متماشية مع جزيئات المسحوق يتم تطبيق قوة مغناطيسية، وخلال الفترة التي يتم فيها تطبيق القوة المغناطيسية، يتم استخدام مكابس هيدروليكية لضغطها بالكامل إلى مسافة 0.125 بوصة (0.32 سم) من المخطط لها سماكة. تُستخدم الضغوط العالية عادةً من 10000 رطل لكل بوصة مربعة إلى 15000 رطل لكل بوصة مربعة (70 ميجا باسكال إلى 100 ميجا باسكال). ويتم تصنيع تصميمات وأشكال أخرى بوضع المواد في وعاء مفرغ محكم الغلق قبل ضغطها إلى الشكل المطلوب بواسطة ضغط الغاز.
معظم المواد، مثل الخشب والماء والهواء، لها خصائص مغناطيسية ضعيفة جدًا. يجذب المغناطيس الأشياء التي تحتوي على المعادن السابقة بقوة شديدة. كما أنها تجذب أو تصد المغناطيسات الصلبة الأخرى عندما تقترب منها. هذه النتيجة لأن كل مغناطيس له قطبين متقابلين. تجذب الأقطاب الجنوبية الأقطاب الشمالية للمغناطيسات الأخرى، ولكنها تتنافر مع الأقطاب الجنوبية الأخرى والعكس صحيح.
مغناطيس التصنيع
الطريقة الأكثر شيوعًا المستخدمة في تصنيع المغناطيس تسمى تعدين المساحيق. وبما أن المغناطيس يتكون من مواد مختلفة، فإن عمليات تصنيعه تكون أيضًا مختلفة وفريدة من نوعها في حد ذاتها. على سبيل المثال، يتم تصنيع المغناطيسات الكهربائية باستخدام تقنيات صب المعادن، في حين يتم تصنيع المغناطيس الدائم المرن في عمليات تنطوي على قذف البلاستيك حيث يتم خلط المواد الخام بالحرارة قبل إجبارها على المرور عبر فتحة تحت ظروف الضغط الشديد. فيما يلي عملية تصنيع المغناطيس.
ينبغي مناقشة جميع الجوانب الحاسمة والمهمة لاختيار المغناطيس مع كل من فرق الهندسة والإنتاج. وتعتمد عملية المغنطة على عمليات تصنيع المغناطيس، إلى هذه اللحظة تكون المادة عبارة عن قطعة من المعدن المضغوط. على الرغم من أنها تم تطبيقها على قوة مغناطيسية أثناء عملية الضغط المتوازن، إلا أن القوة لم تحدث تأثيرًا مغناطيسيًا على المادة، بل قامت فقط بمحاذاة جزيئات المسحوق السائبة. يتم وضع القطعة بين قطبي مغناطيس كهربائي قوي ثم يتم توجيهها بعد ذلك في الاتجاه المقصود للمغنطة. بعد تنشيط المغناطيس الكهربائي، تقوم القوة المغناطيسية بمحاذاة المجالات المغناطيسية داخل المادة، مما يجعل القطعة مغناطيسًا دائمًا قويًا جدًا.
تسخين المادة
بعد عملية الضغط المتوازن يتم فصل سبيكة المعدن المسحوق عن القالب ووضعها في الفرن. التلبيد هو عملية أو طريقة إضافة الحرارة إلى المعادن المسحوقة المضغوطة لتحويلها إلى قطع معدنية صلبة منصهرة بعد ذلك.
تتكون عملية التلبيد بشكل رئيسي من ثلاث مراحل. أثناء عملية المرحلة الأولية، يتم تسخين المادة المضغوطة عند درجات حرارة منخفضة جدًا من أجل التخلص من كل الرطوبة أو جميع المواد الملوثة التي قد تكون محاصرة أثناء عملية الضغط المتوازن. خلال مرحلة التلبيد الثانية، هناك ارتفاع في درجة الحرارة إلى حوالي 70-90٪ من نقطة انصهار السبيكة. ثم يتم الاحتفاظ بدرجة الحرارة هناك لمدة ساعات أو أيام حتى تتطابق الجزيئات الصغيرة وتترابط وتندمج معًا. المرحلة النهائية من التلبيد هي عندما يتم تبريد المادة ببطء شديد بزيادات درجة الحرارة التي يمكن التحكم فيها.
الصلب من المواد
بعد عملية التسخين تأتي عملية التلدين. يحدث هذا عندما تخضع المادة الملبدة لعملية تسخين وتبريد أخرى يتم التحكم فيها خطوة بخطوة من أجل التخلص من أي أو كل الضغوط المتبقية التي تبقى داخل المادة وجعلها أقوى.
تشطيب المغناطيس
تتكون المغناطيسات الملبدة المذكورة أعلاه من مستوى أو درجة معينة من التشغيل الآلي، بدءًا من طحنها بشكل سلس ومتوازي أو تشكيل أجزاء أصغر من مغناطيس الكتلة. المادة التي تصنع المغناطيس صلبة للغاية وهشة (Rockwell C 57 to 61). لذلك تحتاج هذه المادة إلى عجلات ماسية لعمليات التقطيع، كما أنها تستخدم أيضًا لعجلات الكشط لعمليات الطحن. يمكن إجراء عملية التقطيع بدقة كبيرة وعادة ما تزيل الحاجة إلى عملية الطحن. يجب تنفيذ العمليات المذكورة أعلاه بعناية فائقة من أجل تقليل التقطيع والتكسير.
هناك حالات يكون فيها الهيكل أو الشكل المغناطيسي النهائي ملائمًا جدًا للمعالجة باستخدام عجلة طحن ماسية الشكل مثل أرغفة الخبز. يتم إحضار النتيجة النهائية في الشكل النهائي عبر عجلة الطحن وتوفر عجلة الطحن أبعادًا دقيقة ودقيقة. يكون المنتج الملدن قريبًا جدًا من الشكل النهائي والأبعاد المطلوبة لتصنيعه. بالقرب من الشكل الصافي هو الاسم الذي يطلق عادة على هذه الحالة. تعمل عملية التصنيع الأخيرة والنهائية على إزالة أي مواد زائدة وتقديم سطح أملس للغاية عند الحاجة. أخيرًا، من أجل إغلاق السطح، يتم إعطاء المادة طبقة واقية.
عملية المغنطة
تتبع عملية المغنطة عملية التشطيب، وعندما تتم عملية التصنيع، يحتاج المغناطيس إلى الشحن لإنتاج مجال مغناطيسي خارجي. لتحقيق ذلك، يتم استخدام الملف اللولبي. الملف اللولبي عبارة عن أسطوانة مجوفة يمكن وضع أحجام وأشكال مختلفة من المغناطيس فيها أو مع التركيبات يتم تصنيع الملف اللولبي لنقل أنماط أو تصميمات مغناطيسية مختلفة. ومن أجل تجنب التعامل مع هذه المغناطيسات القوية وتجميعها في ظروفها الممغنطة، يمكن ممغنطة التجمعات الكبيرة . ينبغي الأخذ في الاعتبار متطلبات مجال المغنطة، والتي تعتبر كبيرة جدًا.
وقت النشر: 05 يوليو 2022