(H2N2)-Nam châm đất hiếm là tên gọi của các loại nam châm vĩnh cửu được làm từ các hợp chất hoặc hợp kim của các nguyên tố đất hiếm và kim loại chuyển tiếp mà điển hình là 2 họ nam châm đất hiếm 2:14:1 và Nam châm SmCo. Nam châm đất hiếm bắt đầu xuất hiện từ nửa sau thế kỷ 20 được biết đến là mạnh hơn rất nhiều so với các loại nam châm truyền thống như nam châm ferrite, nam châm AlNiCo, hay vượt trên cả nam châm hợp kim FePt, CoPt.
Lâu nay, nam châm vẫn luôn được coi là loại vật liệu không thể thiếu trong công nghiệp. Do có từ tính, nên nó có khả năng chuyển hoá cơ năng thành điện năng. Ngược lại, nó cũng có khả năng chuyển hoá điện năng thành thế năng. Vì vậy, từ nam châm, người ta đã chế tạo ra nhiều loại máy móc, thiết bị hữu dụng phục vụ cho sản xuất như: máy phát điện, các loại động cơ điện một chiều…
Trong công nghiệp trước đây, chủ yếu người ta dùng các loại nam châm với thành phần cấu tạo truyền thống như: AlNiCo, AlNi, TiCoNal, Ferrite hoặc SmCo… Tuy nhiên, các loại nam châm này thường có từ tính thấp nên chúng chủ yếu chỉ được dùng phổ biến trong kĩ thuật đúc, luyện kim bột hay tạo hình biến dạng. Hơn nữa, do từ tính không cao, nên các máy móc, thiết bị chế tạo ra thường có kích cỡ lớn, cồng kềnh, làm tăng đáng kể chi phí sản xuất. Những nhược điểm đó buộc các nhà khoa học phải tìm cách khắc phục. Chính vì thế, nam châm đất hiếm (NCĐH) hay còn gọi là nam châm vĩnh cửu đã ra đời.
Thực ra, NCĐH đã được biết đến từ những năm 80 của thế kỉ XX. Chúng được chế tạo bằng vật liệu từ cứng có lực khử từ cao, trên cơ sở 2 phương pháp mới. Đó là phương pháp thiêu kết và phương pháp kết dính. Sản phẩm ra đời sẽ được gọi là nam châm thiêu kết và nam châm kết dính. Về cơ bản, công nghệ chế tạo nam châm thiêu kết có quy trình như sau: Nguyên liệu được nấu bằng lò tần số trong môi trường chân không. Sau đó nghiền thành bột mịn, rồi ép trong từ trường theo yêu cầu về hình dạng, kích thước. Cuối cùng, người ta lại đem thiêu kết trong chân không và làm nguội nhanh. Như vậy, sẽ tạo ra được sản phẩm nam châm có từ tính cao hơn rất nhiều so với các loại nam châm cổ điển.
NCĐH có nhiều loại: Alnico, NdFeB, SmCo, Ferrite… Trong số đó, đáng chú ý hơn cả là loại nam châm NdFeB (có công thức hoá học là Nd12Fe14B). Thực ra, nếu sử dụng nguyên tố Co sẽ tạo ra sản phẩm có từ tính cao hơn so với NdFeB cũng như các loại khác. Tuy nhiên, loại nguyên liệu này lại khó điều chế được thành dạng tinh và giá thành của nó rất đắt, nên thay vì sử dụng SmCo và Alnico, người ta đã chọn NdFeB. Loại nam châm này từ tính đạt gần bằng từ tính của SmCo và Alnico. Nhưng quan trọng hơn cả là, giá thành của nó rẻ nên tiết kiệm được một khoản chi phí rất lớn cho sản xuất. Chính vì vậy mà từ khi ra đời cho đến nay, loại nam châm NdFeB ngày càng vượt trội hơn so với các loại khác và hiện đang chiếm thị phần lớn nhất.
Do có từ tính mạnh, nên NCĐH có thể thu nhỏ được kích thước, trọng lượng, gọn nhẹ hơn so với các loại nam châm cổ điển. Điều đó sẽ giảm bớt được sự cồng kềnh của các loại máy móc, thiết bị, giảm chi phí cho việc chế tạo và thu gọn được không gian, diện tích nơi sản xuất. Từ khi ra đời, NCĐH đã được ứng dụng rộng rãi vào cuộc sống, như các loại sản phẩm dùng trong y tế, viễn thông, quân sự, nghiên cứu khoa học, công nghiệp…
ở nước ta, NCĐH được dùng để chế tạo ra nhiều loại máy móc, thiết bị như: xe đạp điện, xe lăn điện, máy phát thuỷ điện, máy phát điện bằng sức gió, máy tuyển từ… Nhưng về cơ bản, nó được dùng để chế tạo ra máy phát thuỷ điện loại nhỏ. Điều này phù hợp với điều kiện và nhu cầu của các vùng nông thôn, miền núi nước ta. Tính đến nay, Viện Khoa học Vật liệu (thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã triển khai nhiều dự án lắp đặt các loại máy phát điện (có công suất 200 – 1000 W), hệ thống các thiết bị chiếu sáng, thiết bị nghe nhìn ở một số tỉnh: Hà Giang, Hà Tĩnh, Hoà Bình… Ngoài đáp ứng nhu cầu trong nước, chúng ta cũng đã xuất khẩu sang một số nước như Philipin, Canada… Tính đến năm 2002, Viện Khoa học Vật liệu đã xuất khẩu sản phẩm này đi được khoảng 20 nước trên thế giới với một số lượng nhỏ, trong đó Philipin được coi là thị trường lớn nhất của Viện.
Những năm gần đây, các sản phẩm của NCĐH như: xe đạp điện, xe lăn điện, máy phát điện bằng sức gió, máy tuyển từ… xuất hiện trên thị trường nước ta đã tỏ rõ một số ưu thế và những tiện ích của chúng, nên bước đầu đã tạo được mối thiện cảm đối với người tiêu dùng. Điển hình là xe đạp, xe lăn điện. Lô đầu tiên xuất xưởng, Viện Khoa học Vật liệu đã bán ra được 100 chiếc xe đạp điện mang nhãn hiệu GreenBike với tổng giá trị 350 triệu đồng.
Về sản phẩm máy phát điện chạy bằng sức gió, xưởng chế tạo của Viện Khoa học vật liệu cũng đã có được một đối tượng đặt hàng khá ổn định là bên quân đội. Ngoài những sản phẩm này của NCĐH, sản phẩm máy tuyển từ cũng được coi là sản phẩm mang lại hiệu quả kinh tế cao trong ngành công nghiệp nước ta, nhất là trong ngành công nghiệp khai khoáng. Dựa vào kích cỡ cũng như mức độ nhiễm từ của vật liệu, người ta đã chế tạo ra hàng loạt các loại máy tuyển từ như: máy tuyển từ tang trống khô, máy tuyển từ tang trống ướt, máy hút sắt, máy tuyển từ con lăn cường độ cao, máy tuyển từ đa hướng… Các loại máy này được sử dụng để khai thác các loại khoáng sản như: sắt, titan, sa khoáng… phục vụ cho ngành sản xuất đồ gốm – sứ, đồ thuỷ tinh hoặc kim loại. Trên nguyên lý sử dụng lực hút của từ trường, các loại máy tuyển từ có khả năng tách các khoáng vật chứa sắt như: Grannat, Biotit, Pirit… khỏi hỗn hợp quặng, thậm chí cả trong hỗn hợp lỏng hoặc ướt. Nhờ đó, có thể tận thu được tối đa các loại nguyên liệu trong hỗn hợp quặng, hạn chế bớt những thất thoát không đáng có. Không những thế, người ta còn có thể thu hồi được những hạt nguyên liệu dạng bột trong các phế phẩm, vừa góp phần giải quyết được một phần vấn đề môi trường, vừa tăng thêm được một nguồn thu cho chu trình sản xuất. Những tính năng này vượt trội hơn hẳn so với các loại máy cũ.
Ngoài những ưu điểm trên, các loại máy tuyển từ mới còn có thêm những ưu điểm khác nữa. Đó là máy có cấu tạo gọn nhẹ, tiêu hao năng lượng ít, giảm tiếng ồn, năng suất cao và giá thành rẻ. Hiện nay chúng ta đã tự sản xuất được các loại máy tuyển từ bán ra thị trường trong nước, thay vì phải mua của nước ngoài. Máy tuyển từ tang trống ướt của ta không những có công suất và chất lượng tương đương với máy tuyển từ của Mỹ, mà giá thành còn rẻ hơn 25%. Chính vì vậy mà những năm gần đây, nhiều xí nghiệp, nhà máy, đặc biệt là các Công ty khoáng sản đã sử dụng các loại máy tuyển từ trong sản xuất và khai thác tài nguyên khoáng sản.
Mặc dù chúng ta đã chế tạo được ra những sản phẩm hữu dụng từ NCĐH, nhưng có một thực tế là, phần lớn nguyên liệu để sản xuất ra NCĐH chúng ta vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài (chủ yếu là nhập từ Trung Quốc và ấn Độ). Do vậy, rất khó để có thể sản xuất với một số lượng lớn. Theo GS. TS Đỗ Minh Nghiệp (Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu học – Trường ĐHBK Hà Nội) thì: “ Thực tế, thị trường nước ta cũng có nhu cầu về NCĐH. Tuy nhiên, những nhu cầu đó quá phân tán và quá ít cho nên chỉ cần các Viện nghiên cứu khoa học cũng có thể sản xuất đủ đáp ứng nhu cầu đó. Những sản phẩm hàng tiêu dùng như: TV, tủ lạnh, đài… đều cần đến vật liệu NCĐH, nhưng nước ta thường nhập nguyên cả thiết bị hoặc nhập toàn bộ dây chuyền của nước ngoài về để lắp ráp nên nhu cầu trên lĩnh vực này hầu như không có. Cho nên có thể nói rằng, chúng ta vẫn chưa có được một động lực để phát triển ngành vật liệu này!”
Hiện nay, song song với việc sản xuất một loạt các sản phẩm ứng dụng của NCĐH như máy phát điện, xe đạp điện và các loại máy tuyển từ, một dây chuyền công nghệ chế tạo NCĐH đã được hoàn thiện và đang bắt đầu đi vào sản xuất thử tại Viện Khoa học Vật liệu. Hi vọng trong tương lai, nước ta sẽ không phải nhập khẩu NCĐH của nước ngoài nữa. Và khi đã có hẳn một ngành công nghiệp sản xuất loại vật liệu này, thì những sản phẩm ứng dụng của chúng ta sẽ có cơ hội cạnh tranh với những sản phẩm ngoại nhập, dần chiếm lĩnh thị trường trong nước và tiến tới xuất khẩu mạnh đi các nước khác.
Hoahocngaynay.com
Nguồn Tạp chí Công nghiệp
