Cách khử từ một nam châm vĩnh cửu

Ngày 3 tháng 11 năm 2025

Nam châm là thành phần thiết yếu trong kỹ thuật hiện đại, cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ động cơ điện và cảm biến đến các thiết bị phân tách công nghiệp và thiết bị y tế. Khả năng duy trì trường từ mà không cần năng lượng bên ngoài khiến chúng trở nên vô cùng quý giá trong vô số ứng dụng. Tuy nhiên, có những trường hợp mà đặc tính mạnh mẽ này lại trở thành thách thức thay vì lợi thế.

Khi nam châm gây nhiễu cho các phép đo, hút các mảnh kim loại không mong muốn hoặc gây nguy hiểm an toàn trong quá trình sửa chữa, chúng phải được khử từ. Quá trình loại bỏ hoặc trung hòa trường từ là một quy trình tinh vi và đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về cả bản chất của nam châm và nguyên lý khử từ.

Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ mọi điều cần biết về quá trình khử từ của nam châm vĩnh cửu — từ nguyên lý khiến nam châm trở nên “vĩnh cửu”, lý do tại sao cần khử từ, cách thức hoạt động, các phương pháp thực hiện, và những lưu ý quan trọng để đảm bảo an toàn và thành công.

1. Nam châm vĩnh cửu là gì?

Một nam châm vĩnh cửu là vật liệu giữ được từ tính ngay cả khi không có trường từ bên ngoài. Bên trong nó, các vùng từ tính vi mô được gọi là vùng từ tính sắp xếp theo cùng một hướng, tạo ra một trường từ mạnh và bền vững. Sự sắp xếp bên trong này chính là yếu tố khiến nam châm trở nên vĩnh cửu - nó không bị suy yếu theo thời gian trong điều kiện bình thường.

Nam châm vĩnh cửu được chế tạo từ các vật liệu có độ giữ từ cao, chẳng hạn như neodymium-sắt-boron (NdFeB), samarium-cobalt (SmCo), ferrite và AlNiCo. Mỗi loại có đặc tính riêng phù hợp với các ngành công nghiệp khác nhau. Ví dụ, nam châm NdFeB là loại mạnh nhất hiện có trên thị trường, trong khi SmCo có độ ổn định nhiệt và khả năng chống ăn mòn vượt trội.

Các nam châm này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp — từ động cơ, máy phát điện, máy quét y tế, ổ trục từ tính, cảm biến cho đến các thiết bị điện tử tiêu dùng. Độ tin cậy cao của chúng khiến chúng trở thành thành phần không thể thiếu. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, chính sức mạnh từ tính đó cần phải được kiểm soát hoặc loại bỏ hoàn toàn. Đó chính là lúc quá trình khử từ trở nên cần thiết.

2. Tại sao nam châm vĩnh cửu cần phải được khử từ?

Khử từ không phải là việc phá hủy nam châm; đó là vấn đề kiểm soát. Có một số lý do thực tiễn khiến các kỹ sư, nhà sản xuất và kỹ thuật viên có thể cần phải khử từ một nam châm vĩnh cửu.

Trong sản xuất công nghiệp, từ tính dư có thể gây ra các vấn đề trong quá trình lắp ráp. Các mảnh kim loại hoặc bụi có thể bám vào các bộ phận được từ hóa, gây ô nhiễm bề mặt hoặc ảnh hưởng đến độ chính xác của các khớp nối. Ngay cả các trường từ tính nhỏ cũng có thể can thiệp vào các thiết bị điện tử nhạy cảm hoặc làm gián đoạn các quy trình lắp ráp phụ thuộc vào các thành phần sạch và trung tính.

Trong bảo trì và sửa chữa, việc khử từ đảm bảo an toàn. Các nam châm vĩnh cửu, đặc biệt là loại neodymium, có thể hút các công cụ hoặc bộ phận kim loại một cách bất ngờ. Trong quá trình bảo dưỡng thiết bị, việc khử từ nam châm giúp ngăn ngừa chấn thương hoặc hư hỏng không mong muốn do lực hút từ tính đột ngột gây ra.

Quá trình khử từ cũng rất quan trọng trong tái chế và thu hồi vật liệu. Khi nam châm được tháo ra khỏi động cơ điện hoặc thiết bị đã hết hạn sử dụng, chúng phải được khử từ trước khi tiến hành tách cơ học hoặc nấu chảy. Nếu không thực hiện bước này, nam châm có thể bám vào các kim loại khác hoặc ảnh hưởng đến quá trình phân loại.

Trong môi trường khoa học và hiệu chuẩn, ngay cả một lượng nhỏ từ tính còn lại cũng có thể làm sai lệch kết quả đo lường. Đối với các phòng thí nghiệm sử dụng thiết bị chính xác, việc loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng từ tính là yếu tố quan trọng để đảm bảo độ chính xác.

Về bản chất, quá trình khử từ là một quy trình chính xác nhằm đảm bảo trường từ chỉ tồn tại ở những vị trí và thời điểm cần thiết.

3. Nguyên lý khử từ của nam châm vĩnh cửu

Để khử từ một nam châm, chúng ta cần hiểu rõ nguyên lý tạo nên tính từ của nó. Mọi vật liệu ferromagnetic đều bao gồm nhiều vùng từ tính vi mô. Trong trạng thái chưa được từ hóa, các vùng này được định hướng ngẫu nhiên, làm triệt tiêu lẫn nhau về tác động từ tính. Khi được từ hóa, phần lớn chúng sẽ định hướng theo cùng một hướng, tạo ra một trường từ tính mạnh mẽ tổng thể.

Quá trình khử từ hoạt động bằng cách làm rối loạn sự sắp xếp này. Quá trình này đưa vào năng lượng hoặc tác động khiến các vùng từ mất đi sự sắp xếp có trật tự. Khi các vùng từ trở lại trạng thái ngẫu nhiên, trường từ tổng thể sẽ suy yếu hoặc biến mất.

Từ góc độ vật lý, quá trình khử từ làm dịch chuyển điểm hoạt động của nam châm lùi lại dọc theo đường cong B-H (đường cong biểu diễn mật độ dòng từ so với cường độ từ trường). Khi điểm này vượt qua điểm gọi là "điểm gấp" của đường cong, quá trình khử từ không thể đảo ngược xảy ra, nghĩa là nam châm không thể lấy lại sức mạnh ban đầu của nó.

Có hai phương pháp chính để đạt được hiệu ứng này: làm nóng nam châm lên trên nhiệt độ Curie của nó hoặc áp dụng một trường từ tính xoay chiều hoặc ngược chiều. Nhiệt độ Curie là ngưỡng nhiệt độ mà tại đó chuyển động nhiệt làm rối loạn hoàn toàn sự sắp xếp của các vùng từ tính. Đối với nam châm neodymium, nhiệt độ này thường nằm trong khoảng 310–400°C, trong khi nam châm ferrite có thể chịu được nhiệt độ lên đến 450°C trước khi mất từ tính.

Dù được thực hiện bằng nhiệt hay đảo chiều từ trường, mục tiêu của quá trình khử từ là như nhau — giảm hoặc loại bỏ sự sắp xếp của các vùng từ, để nam châm trở nên trung tính hoặc có từ tính yếu.

4. Các phương pháp khử từ cho nam châm vĩnh cửu là gì?

Quá trình khử từ của nam châm vĩnh cửu có thể được thực hiện bằng các kỹ thuật khác nhau tùy thuộc vào vật liệu, hình dạng và mục đích của quá trình. Mỗi phương pháp sử dụng một nguyên lý vật lý cụ thể nhưng cuối cùng đều nhằm mục đích làm rối loạn cấu trúc vùng từ.

Nung nóng trên nhiệt độ Curie

Phương pháp đơn giản và trực tiếp nhất là làm nóng nam châm vượt quá điểm Curie của nó. Ở nhiệt độ này, dao động nguyên tử trở nên mạnh mẽ đến mức vượt qua các lực duy trì sự sắp xếp của các vùng từ. Nam châm vĩnh viễn mất đi tính chất từ tính và trở thành một mảnh hợp kim kim loại thông thường.

Phương pháp này hiệu quả cho các ứng dụng tái chế hoặc khi cần loại bỏ vĩnh viễn từ tính. Tuy nhiên, quá trình này không thể đảo ngược. Sau khi làm mát, vật liệu có thể không lấy lại được cấu trúc ban đầu hoặc tiềm năng từ tính của nó. Quá trình gia nhiệt cũng có thể gây nứt hoặc oxy hóa nam châm, đặc biệt là trong các vật liệu như neodymium, vốn có tính phản ứng cao.

Lò nung điều khiển hoặc máy gia nhiệt cảm ứng được sử dụng để đạt được sự tăng nhiệt độ đồng đều. Sự gia nhiệt không đều có thể gây ra ứng suất nhiệt và nứt vỡ, do đó phương pháp này phù hợp nhất cho gia công hàng loạt thay vì khử từ chính xác.

Trường từ xoay chiều (AC Demagnetization)

Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất và thực tiễn nhất trong môi trường công nghiệp. Nam châm hoặc bộ phận được từ hóa được đặt bên trong một cuộn dây mà qua đó dòng điện xoay chiều chảy qua. Dòng điện xoay chiều tạo ra một trường từ có hướng thay đổi nhanh chóng, khiến các vùng từ hóa dao động qua lại.

Bằng cách giảm dần biên độ của trường từ giao động này xuống zero, các vùng từ sẽ định hướng ngẫu nhiên, từ đó triệt tiêu hoàn toàn trường từ tổng thể. Quá trình này diễn ra một cách trơn tru và không gây hư hại cho vật liệu, khiến nó trở thành phương pháp lý tưởng để khử từ các công cụ thép, bộ phận cơ khí hoặc các cụm từ tính sau quá trình sản xuất.

Các thiết bị khử từ AC có thể là loại cầm tay hoặc cố định. Đối với các bộ phận lớn, người ta sử dụng các đường hầm khử từ để di chuyển bộ phận qua cuộn dây, đảm bảo tiếp xúc đều. Quy trình này có độ kiểm soát cao, đó là lý do tại sao nó được ưa chuộng trong lĩnh vực kỹ thuật chính xác và sản xuất.

Ứng dụng trường từ đảo ngược

Một phương pháp khác là áp dụng một trường từ tính ổn định theo hướng ngược lại với hướng ban đầu của nam châm. Trường từ tính đối lập phải đủ mạnh để vượt qua lực từ hóa của nam châm - lực kháng cự mà nó tạo ra chống lại quá trình mất từ tính.

Khi từ tính vượt quá giới hạn, các vùng từ tính bắt đầu đảo chiều, làm giảm sức mạnh tổng thể của nam châm. Phương pháp này cho phép khử từ một phần hoặc hoàn toàn tùy thuộc vào kết quả mong muốn. Nó thường được sử dụng trong thử nghiệm phòng thí nghiệm hoặc khi cần đặt lại nam châm trước khi tái từ hóa.

Sốc cơ học hoặc rung động

Trong một số trường hợp, rung động cơ học hoặc va đập có thể làm xáo trộn sự sắp xếp của các vùng từ tính. Các va đập lặp đi lặp lại hoặc ứng suất cơ học có thể làm mất từ tính một phần của vật liệu, đặc biệt khi kết hợp với nhiệt độ cao. Trong lịch sử, thợ rèn đã nhận ra hiện tượng này khi đập sắt nóng để loại bỏ từ tính.

Tuy nhiên, đối với các loại nam châm hiện đại như NdFeB hoặc ferrite, phương pháp này tiềm ẩn rủi ro. Chúng có tính giòn và dễ bị nứt hoặc vỡ. Do đó, phương pháp khử từ cơ học hiếm khi được sử dụng trong các môi trường chính xác hoặc công nghiệp và được coi là tác dụng phụ thay vì một phương pháp đáng tin cậy.

Tiếp xúc với trường đối lập

Nam châm vĩnh cửu cũng có thể mất từ tính khi tiếp xúc với một trường từ tính mạnh từ hướng ngược lại. Theo thời gian, sự tiếp xúc này làm gián đoạn sự ổn định của các vùng từ và làm giảm cường độ trường từ. Mặc dù không phải là kỹ thuật khử từ có chủ đích, nó giúp giải thích tại sao các nam châm gần dòng điện xoay chiều hoặc nhiễu từ từ từ yếu đi.

5. Các biện pháp phòng ngừa khi khử từ nam châm vĩnh cửu

Quá trình khử từ có thể trông có vẻ đơn giản, nhưng trên thực tế, nó đòi hỏi sự chú ý cẩn thận đến hành vi của vật liệu, cài đặt thiết bị và an toàn. Dưới đây là các biện pháp phòng ngừa quan trọng mà mọi kỹ sư hoặc kỹ thuật viên nên tuân thủ, kèm theo giải thích cho từng biện pháp.

Xác định loại nam châm

Các vật liệu nam châm khác nhau phản ứng khác nhau với nhiệt độ và trường từ. Nam châm neodymium có sức mạnh cao nhưng nhạy cảm với nhiệt độ, trong khi nam châm samarium-cobalt và ferrite có thể chịu được nhiệt độ cao hơn. Việc xác định loại nam châm giúp bạn chọn phương pháp khử từ phù hợp mà không gây hư hỏng cho nam châm hoặc các bộ phận xung quanh.

Điều chỉnh nhiệt độ chính xác

Khi sử dụng nhiệt, việc tăng nhiệt độ từ từ và đều đặn là rất quan trọng. Việc gia nhiệt đột ngột hoặc không đều có thể gây nứt, oxy hóa hoặc biến dạng. Nam châm nên được làm mát từ từ sau khi khử từ để tránh ứng suất bên trong. Luôn đảm bảo nhiệt độ nằm trong giới hạn an toàn cho vật liệu cụ thể.

Điều chỉnh cường độ từ trường

Trong quá trình khử từ AC, trường từ ban đầu phải đủ mạnh để bão hòa vật liệu, nhưng sau đó biên độ phải được giảm dần. Một sự giảm đột ngột của dòng điện có thể để lại từ dư, trong khi cường độ trường từ quá cao có thể gây quá nhiệt hoặc từ hóa ngược không mong muốn.

Ngăn ngừa hư hỏng vật lý

Nam châm vĩnh cửu, đặc biệt là loại nung kết, có tính giòn. Áp lực cơ học, rung động hoặc va đập trong quá trình khử từ có thể gây nứt hoặc vỡ. Nên sử dụng giá đỡ không kim loại hoặc lớp phủ bảo vệ khi thao tác với nam châm trong quá trình này.

Giữ khoảng cách an toàn với thiết bị nhạy cảm.

Thiết bị khử từ tạo ra các trường từ tính xoay chiều mạnh có thể ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử, cảm biến từ tính và thiết bị lưu trữ dữ liệu gần đó. Luôn duy trì một khu vực an toàn xung quanh khu vực khử từ để tránh nhiễu loạn hoặc mất dữ liệu.

Kiểm tra từ tính còn lại sau khi khử từ

Sử dụng máy đo Gauss hoặc cảm biến Hall để kiểm tra các trường từ còn lại. Ngay cả một trường từ dư nhỏ cũng có thể gây nhiễu cho các thiết bị hoặc cụm linh kiện chính xác. Việc đo đạc đảm bảo rằng quá trình đã đạt được mức độ trung tính mong muốn trước khi linh kiện chuyển sang giai đoạn tiếp theo.

Bảo vệ người vận hành và môi trường làm việc

Khi gia nhiệt hoặc sử dụng trường từ mạnh, cần sử dụng trang thiết bị bảo hộ như găng tay, kính bảo hộ và công cụ không từ tính. Trường từ có thể hút các vật thể kim loại lỏng lẻo một cách bất ngờ, gây nguy hiểm. Ngoài ra, đảm bảo thông gió tốt nếu quá trình gia nhiệt tạo ra khói từ lớp phủ hoặc keo dán.

Ghi và dán nhãn các thành phần đã được khử từ

Trong môi trường sản xuất và kiểm tra, việc ghi chép quá trình khử từ là điều cần thiết để đảm bảo tính truy xuất nguồn gốc. Việc dán nhãn cho các bộ phận đã được khử từ giúp tránh nhầm lẫn với các thành phần từ tính hoạt động và đảm bảo việc xử lý đúng cách trong quá trình lắp ráp hoặc kiểm tra tiếp theo.

Phần kết luận

Quá trình khử từ của nam châm vĩnh cửu là một quy trình chính xác và được kiểm soát chặt chẽ, phục vụ nhiều mục đích thực tiễn trong kỹ thuật, sản xuất và tái chế. Quá trình này đảm bảo an toàn trong quá trình bảo trì, loại bỏ nhiễu từ còn sót lại và cho phép các bộ phận được tái sử dụng hoặc tái chế một cách hiệu quả.

Nguyên lý cơ bản của quá trình khử từ là làm gián đoạn sự sắp xếp của các vùng từ tính, nhưng việc áp dụng đòi hỏi kỹ năng và sự hiểu biết. Dù được thực hiện bằng nhiệt, trường từ tính giao động hay đảo cực, mỗi phương pháp phải phù hợp với đặc tính và mục đích của nam châm.

Bằng cách tuân thủ các biện pháp an toàn đúng đắn, xác định loại nam châm, điều chỉnh nhiệt độ và cường độ từ trường, bảo vệ thiết bị, và kiểm tra kết quả, các kỹ sư có thể khử từ một cách an toàn và hiệu quả. Nắm vững quy trình này cho phép kiểm soát hoàn toàn một trong những lực mạnh nhất của tự nhiên, đảm bảo rằng từ tính phục vụ công nghệ chính xác như ý định ban đầu.

CHIA SẺ: