Chế tạo nam châm có lực kháng từ cao ngay tại Việt Nam

GS.TS Nguyễn Huy Dân, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và cộng sự vừa được nhận bằng độc quyền sáng chế “Vật liệu từ cứng chứa đất hiếm có lực kháng từ cao và phương pháp chế tạo vật liệu này”.

Bằng độc quyền do Cục Sở hữu Trí tuệ, Bộ KH&CN cấp. Sáng chế đề cập đến phương pháp chế tạo vật liệu từ cứng chứa đất hiếm có lực kháng từ cao đáp ứng yêu cầu ứng dụng trong mô tơ và máy phát điện.

GS.TS Nguyễn Huy Dân cho biết, vật liệu từ cứng (còn gọi là nam châm vĩnh cửu) đang được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Một trong các loại vật liệu từ cứng được ứng dụng nhiều hiện nay là vật liệu từ cứng chứa đất hiếm (Nd,Dy)-Fe-B. 

Đặc tính quan trọng của loại vật liệu này là chúng có lực kháng từ cao và tích năng lượng cực đại lớn. Nam châm thiêu kết (Nd,Dy)-Fe-B được ứng dụng nhiều và hiệu quả nhất (so với các loại nam châm khác) trong mô tơ và máy phát điện.

“Hiện nay, động cơ của các xe điện và lai điện hầu như chỉ sử dụng nam châm (Nd,Dy)-Fe-B do chúng đòi hỏi phải có mô men khởi động cao, có dải tốc độ hoạt động rộng và tiết kiệm được điện năng. Bên cạnh đó, nam châm (Nd,Dy)-Fe-B còn đáp ứng được cho yêu cầu thiết kế gọn nhẹ và dễ gia công”, GS.TS Nguyễn Huy Dân cho biết.

Bằng cách đưa bột kích thước mircromet chứa Dy (Dy-Nd-Pr-Cu-Al) vào biên hạt của nam châm Nd-Fe-B (sử dụng phương pháp luyện kim bột), GS.TS Nguyễn Huy Dân cùng các cộng sự đã chế tạo được nam châm có lực kháng từ cao, Hc > 25 kOe, và tích năng lượng cực đại đủ lớn, (BH)max > 30 MGOe.

Với các thông số này, nam châm đáp ứng được yêu cầu trong mô tơ và máy phát điện. Mặt khác, giá thành của nam châm được hạ thấp do nồng độ của nguyên tố đất hiếm nặng Dy giảm đi 3 - 4 lần so với phương pháp chế tạo thông thường (đưa Dy vào mạng tinh thể của nam châm).

Kết quả thu được của đề tài đã tạo ra công nghệ cho phép sản xuất nam châm đất hiếm chất lượng cao thay thế hàng nhập ngoại, nâng cao sức cạnh tranh cho doanh nghiệp, thúc đẩy công cuộc tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường bằng việc sử dụng năng lượng điện gió và các phương tiện vận chuyển điện.

Theo nhóm nghiên cứu, những năm trở lại đây, ứng dụng của nam châm đất hiếm ngày càng xuất hiện nhiều trên thị trường dưới dạng các thiết bị phụ tùng xe đạp điện, xe lăn điện, máy phát điện bằng sức gió…

Nam châm vĩnh cửu được lắp đặt trong máy phát điện, đưa vào trong phân bón giúp tăng năng suất và sức chống chịu cho cây trồng; ứng dụng trong công nghệ tuyển khoáng, trong các công trình chống mối mọt, đèn cacton cho tivi, tham gia vào quá trình xử lý môi trường và dùng làm xúc tác cho công nghệ lọc hóa dầu. Nam châm đất hiếm còn có tác dụng như một vật liệu phát quang.

Ở nước ta, ứng dụng của nam châm đất hiếm cũng được dùng một cách hữu dụng, đáng chú ý là nó được dùng để chế tạo, sản xuất ra nhiều loại thiết bị, máy móc để phục vụ đời sống.

Ứng dụng của nam châm đất hiếm vừa phổ quát lại vừa có tính kỹ thuật cao. Ngoài ra, nó còn có rất nhiều triển vọng để phát triển trong tương lai, ví dụ như để tạo ra các thùng chứa và ống dẫn hydrogen nguyên liệu này dùng để thay thế cho dầu mỏ, khi thế giới bước vào giai đoạn cạn kiệt.

Xét về sự thích hợp và hiệu quả thì nam châm đất hiếm được sử dụng chủ yếu dùng để chế tạo máy phát thủy điện kích cỡ nhỏ, điều đó cực kỳ phù hợp với hoàn cảnh, nhu cầu ở các vùng nông thôn, một số tỉnh thành ở miền núi phía Bắc nước ta. Ngoài ra nam châm đất hiếm còn được dùng để chế tạo ra máy phát điện được chạy bằng sức gió, sản phẩm này được sử dụng chủ yếu trong quân đội.

Tuy nguồn năng lượng đất hiếm của nước ta rất phong phú nhưng việc ứng dụng sản xuất vẫn chỉ nằm ở hình thức “thô”, chưa có khả năng đẩy mạnh nghiên cứu về những sản phẩm công nghệ cao hơn nên khó cạnh tranh với thị trường thế giới. Việc nghiên cứu thành công loại vật liệu này của nhóm sẽ mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi, giảm giá thành sản phẩm và tránh phụ thuộc sản phẩm nhập khẩu.