بالمقارنة مع مغناطيسات النيوديميوم، ما مدى قوة مغناطيسات الفريت؟ ما هي مزاياها وعيوبها؟

أساسيات القوة المغناطيسية
تتكون مغناطيسات الفريت، المعروفة أيضًا باسم المغناطيسات الخزفية، من أكسيد الحديد (Fe₂O₃) الممزوج بكربونات السترونشيوم أو الباريوم. قوتها المغناطيسية متوسطة، تتراوح عادةً بين 0.2 و0.5 تسلا ، مما يجعلها أضعف من مغناطيسات النيوديميوم المماثلة في الحجم بمرتين إلى سبع مرات . تُعد مغناطيسات النيوديميوم (NdFeB)، المكونة من النيوديميوم والحديد والبورون، أقوى المغناطيسات الدائمة المتاحة، حيث تصل مجالاتها المغناطيسية إلى 1.4 تسلا . يُعد هذا التفاوت في القوة أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب حلولاً مدمجة وعالية الأداء.

التداعيات العملية
يحدّ ضعف المجال المغناطيسي لمغناطيسات الفريت من استخدامها في التطبيقات التي تتطلب كثافة قوة عالية. على سبيل المثال، يستطيع مغناطيس النيوديميوم حمل أجسام أثقل من وزنه بكثير، بينما يصعب على مغناطيس الفريت المماثل له في الحجم حملها. يتجلى هذا الاختلاف جليًا في الإلكترونيات الاستهلاكية: تُفضّل مغناطيسات النيوديميوم في الأجهزة الصوتية المحمولة (مثل سماعات الرأس ومكبرات الصوت) نظرًا لحجمها الصغير ومجالها المغناطيسي القوي، مما يُحسّن وضوح الصوت وكفاءته. أما مغناطيسات الفريت، نظرًا لحجمها الأكبر، فهي أكثر شيوعًا في الأجهزة الثابتة مثل مغناطيسات الثلاجة أو اللوحات المغناطيسية.

مزايا مغناطيسات الفريت

1. فعالية التكلفة
مغناطيسات الفريت أرخص بكثير من مغناطيسات النيوديميوم، مما يجعلها مثالية للتطبيقات واسعة النطاق التي تُعدّ فيها قيود الميزانية أولوية. غالبًا ما تعتمد صناعات مثل صناعة السيارات، والإلكترونيات الاستهلاكية، والفصل المغناطيسي على مغناطيسات الفريت نظرًا لانخفاض سعرها.

2. استقرار درجة الحرارة
تتميز مغناطيسات الفريت بمقاومة ممتازة لتغيرات درجة الحرارة وفقدان المغناطيسية. ويمكنها العمل في بيئات تصل إلى 250 درجة مئوية (480 درجة فهرنهايت) دون فقدان خصائصها المغناطيسية، بينما تبدأ مغناطيسات النيوديميوم بالتدهور عند درجات حرارة أعلى من 80 درجة مئوية (176 درجة فهرنهايت) . هذا يجعل مغناطيسات الفريت مناسبة للتطبيقات عالية الحرارة، مثل محركات الآلات الصناعية أو مكونات السيارات.

3. مقاومة التآكل
تتميز مغناطيسات الفريت بمقاومتها للتآكل بطبيعتها، ولا تتطلب طلاءً إضافيًا، على عكس مغناطيسات النيوديميوم المعرضة للصدأ، والتي تتطلب عادةً طلاءً بالنيكل أو الإيبوكسي. تُبسط هذه المتانة عملية التصنيع وتُقلل تكاليف الصيانة طويلة الأمد.

4. التنوع في الأشكال والأحجام
يمكن تشكيل مغناطيسات الفريت بأشكال وأحجام متنوعة (مثل الأقراص والكتل والحلقات)، مما يوفر مرونة في التصميم. يُعد هذا التنوع مفيدًا في الصناعات اليدوية، والفواصل المغناطيسية، وأنظمة التبريد، حيث غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى أشكال مخصصة.

عيوب مغناطيسات الفريت

1. قوة مغناطيسية أقل
تُقيّد القوة المغناطيسية المتوسطة لمغناطيسات الفريت استخدامها في التطبيقات عالية الأداء. على سبيل المثال، فهي غير مناسبة لمحركات السيارات الكهربائية، حيث تهيمن مغناطيسات النيوديميوم نظرًا لقدرتها على توليد مجالات مغناطيسية قوية بأشكال مضغوطة. ووفقًا لشركة Adamas Intelligence، فإن 90% من محركات السيارات الكهربائية تستخدم مغناطيسات النيوديميوم لهذا السبب.

2. الهشاشة والضعف
مغناطيسات الفريت هشة للغاية وعرضة للكسر تحت الضغط أو الانحناء. هذه الهشاشة تحد من استخدامها في الآلات أو الأجهزة التي تتعرض للاهتزازات أو الضغط الميكانيكي، مثل الروبوتات أو الأدوات اليدوية.

3. كثافة الطاقة المحدودة
تتميز مغناطيسات الفريت باحتياطي طاقة مغناطيسية منخفض لكل وحدة حجم، مما يحد من استخدامها في التطبيقات التي تتطلب كثافة طاقة مغناطيسية عالية عند الترددات المنخفضة والتيارات العالية والطاقة العالية. وهي أكثر ملاءمة للبيئات عالية التردد ومنخفضة الطاقة، مثل المحاثات في الدوائر الإلكترونية.

4. الحجم الضخم
نظرًا لانخفاض قوتها المغناطيسية، غالبًا ما تتطلب مغناطيسات الفريت أحجامًا أكبر لتحقيق نفس القوة المغناطيسية التي تتمتع بها مغناطيسات النيوديميوم. قد يُشكل هذا الحجم الضخم عيبًا في التطبيقات محدودة المساحة، مثل الإلكترونيات المحمولة أو مكونات الطيران.

مقاييس الأداء: مغناطيسات الفريت مقابل مغناطيسات النيوديميوم

التطبيقات في العالم الحقيقي

مغناطيسات الفريت

• صناعة السيارات : تستخدم في المحركات وأجهزة الاستشعار ومكبرات الصوت بسبب فعاليتها من حيث التكلفة واستقرار درجة الحرارة.
• الإلكترونيات الاستهلاكية : توجد في مغناطيسات الثلاجة، واللوحات المغناطيسية، والمشاريع الحرفية.
• الفصل المغناطيسي : يستخدم في مصانع إعادة التدوير لفصل المواد الحديدية عن مجاري النفايات.

مغناطيسات النيوديميوم

• السيارات الكهربائية : تهيمن على تصميمات محركات السيارات الكهربائية بسبب نسبة قوتها إلى حجمها العالية.
• الأجهزة الصوتية المحمولة : تحسين جودة الصوت في سماعات الرأس ومكبرات الصوت ومكبرات الصوت الفرعية.
• التصوير الطبي : يستخدم في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي بسبب مجالاته المغناطيسية القوية.
• توربينات الرياح : تقليل وزن التوربين مع الحفاظ على الكفاءة العالية.

خاتمة

تُقدم مغناطيسات الفريت حلاً اقتصاديًا، مستقرًا في درجات الحرارة، ومقاومًا للتآكل، للتطبيقات التي تتطلب قوة مغناطيسية متوسطة. تجعلها أسعارها المعقولة وتعدد استخداماتها مثالية للاستخدامات واسعة النطاق ومنخفضة الطاقة، مثل مكونات السيارات والفواصل المغناطيسية. إلا أن قوتها المغناطيسية المنخفضة، وهشاشتها، وحجمها الضخم يحدّان من ملاءمتها للتطبيقات عالية الأداء، حيث تتفوق مغناطيسات النيوديميوم.

على الرغم من ارتفاع سعر مغناطيسات النيوديميوم، إلا أنها تتميز بقوة مغناطيسية لا مثيل لها في أحجامها الصغيرة، مما يجعلها لا غنى عنها في صناعات مثل تصنيع السيارات الكهربائية، والإلكترونيات الاستهلاكية، والتصوير الطبي. يعتمد الاختيار بين مغناطيسات الفريت والنيوديميوم في النهاية على المتطلبات الخاصة بكل تطبيق، مع مراعاة عوامل مثل التكلفة والأداء وثبات درجة الحرارة وضيق المساحة.