تُعد الدوائر المغناطيسية أساسية في مختلف الأجهزة الكهربائية والإلكترونية، من المحولات والمحاثات إلى المحركات والمولدات. يُعد فهم هياكل الدوائر المغناطيسية الشائعة أمرًا بالغ الأهمية للمهندسين والعلماء المشاركين في تصميم هذه الأجهزة وتحليلها وتحسينها. تقدم هذه المقالة استكشافًا متعمقًا لهياكل الدوائر المغناطيسية الشائعة، بما في ذلك مكوناتها الأساسية ومبادئ عملها وتطبيقاتها. وتغطي الدوائر المغناطيسية البسيطة والمركبة، بالإضافة إلى بعض تصاميم الدوائر المغناطيسية ذات الأغراض الخاصة.

1. المقدمة تُعد مغناطيسات النيوديميوم والحديد والبورون المُلبَّدة (NdFeB) أقوى المغناطيسات الدائمة المتاحة، ولها تطبيقات في المركبات الكهربائية، وتوربينات الرياح، وأنظمة الطيران، والتصوير الطبي (MRI)، والإلكترونيات الاستهلاكية. ويتأثر أداؤها - الذي يُحدَّد بخصائصها المغناطيسية (الثبات، والقوة القسرية، ومنتج الطاقة)، ​​والاستقرار الحراري، ومقاومة التآكل، والمتانة الميكانيكية - بالتركيب، والبنية الدقيقة، وعمليات التصنيع، والظروف البيئية .
يستكشف هذا التحليل العوامل الرئيسية التي تؤثر على أداء مغناطيس NdFeB ، والآليات الأساسية لها، واستراتيجيات التحسين لتعزيز الموثوقية والكفاءة في التطبيقات عالية الطلب.

تُعدّ مغناطيسات النيوديميوم والحديد والبورون (NdFeB) المُلبّدة، والمُعترف بها عالميًا كأقوى المغناطيسات الدائمة، لا غنى عنها في التطبيقات عالية الأداء، مثل المركبات الكهربائية، وتوربينات الرياح، وأنظمة الطيران، وأجهزة التصوير الطبي. وتنبع خصائصها المغناطيسية الاستثنائية - بما في ذلك نسبة الثبات العالية (Br)، والقوة القسرية (Hcj)، وأقصى طاقة ناتجة ((BH)max)) - من عملية تصنيع معقدة تتضمن مساحيق المعادن، ومحاذاة المجال المغناطيسي، والتلبيد الفراغي، والتصنيع الدقيق. ومع ذلك، فإن ضمان استيفاء هذه المغناطيسات لمعايير الأداء والموثوقية الصارمة يتطلب اختبارات دقيقة عبر أبعاد متعددة. يُفصّل هذا الدليل بنود الاختبار الأساسية لمغناطيسات النيوديميوم والحديد والبورون المُلبّدة، مُصنّفة إلى: دقة الأبعاد، والخصائص الفيزيائية، والتوصيف المغناطيسي، وتحليل البنية الدقيقة، والمتانة البيئية، وجودة الطلاء ، مع رؤى ثاقبة حول المنهجيات والمعدات ومعايير الصناعة.

تُعرف مغناطيسات النيوديميوم (NdFeB)، بخصائصها المغناطيسية الاستثنائية، وتُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات عالية التقنية، مثل المركبات الكهربائية، وتوربينات الرياح، والأجهزة الطبية. ومع ذلك، فإن قابليتها للتآكل، وخاصةً في البيئات الرطبة أو القاسية، تُشكل تحديًا كبيرًا لأدائها على المدى الطويل. يُقدم التخميل، كتقنية لمعالجة الأسطح، حلاً فعالاً من خلال تكوين طبقة أكسيد واقية على سطح المغناطيس. تُقدم هذه الورقة تحليلًا شاملًا لتقنية التخميل لمغناطيسات النيوديميوم، مُغطيةً مبادئها، وعملياتها، ومزاياها، وحدودها، وتطبيقاتها.

1. المقدمة المجالات المغناطيسية منتشرة في كل مكان في العالم المادي، وتلعب دورًا حاسمًا في ظواهر متنوعة، بدءًا من سلوك الجسيمات الأولية ووصولًا إلى تشغيل الأجهزة الكهربائية واسعة النطاق. يُعد فهم كيفية حساب المجالات المغناطيسية أمرًا أساسيًا في الفيزياء والهندسة والعديد من العلوم التطبيقية. سيتناول هذا النص مبادئ وصيغ وطرق حساب المجالات المغناطيسية في سيناريوهات مختلفة.

تتناول هذه الورقة البحثية المفاهيم الأساسية لدرجة حرارة كوري ودرجة حرارة تشغيل المغناطيس، وهما أساسيان لفهم سلوك وأداء المواد المغناطيسية. تُمثل درجة حرارة كوري نقطة التحول الطوري التي تفقد فيها المادة المغناطيسية الحديدية خصائصها المغناطيسية الدائمة وتصبح بارامغناطيسية. أما درجة حرارة التشغيل، فهي النطاق الذي يمكن للمغناطيس ضمنه الحفاظ على أدائه المغناطيسي المحدد. سنستكشف الفيزياء الأساسية، والعوامل المؤثرة على هذه الدرجات، وأنواع المغناطيس المختلفة ونطاقات درجات حرارتها المميزة، وتأثير درجة الحرارة على الخصائص المغناطيسية، والتطبيقات العملية التي تُعدّ فيها اعتبارات درجة الحرارة بالغة الأهمية. بنهاية هذه الورقة البحثية، سيكتسب القراء فهمًا شاملًا لكيفية تأثير درجة الحرارة على المغناطيسات، وكيفية اختيار المغناطيسات واستخدامها بناءً على متطلبات درجة الحرارة.

تُستخدم مغناطيسات NdFeB (نيوديميوم-حديد-بورون) على نطاق واسع في مختلف الصناعات نظرًا لطاقتها المغناطيسية العالية وخواصها المغناطيسية الممتازة. ومع ذلك، فهي عرضة للتآكل بسبب تركيبها الكيميائي النشط. لتعزيز مقاومتها للتآكل وإطالة عمرها الافتراضي، تُطبق عليها طلاءات سطحية. تقدم هذه الورقة دليلاً شاملاً لاختيار الطلاء المناسب لمغناطيسات NdFeB، مع مراعاة عوامل مثل بيئة التطبيق، والتكلفة، ومتطلبات الأداء المغناطيسي، وتعقيد المعالجة.

منحنى حلقة التباطؤ هو تمثيل بياني أساسي في دراسة المواد المغناطيسية. فهو يوفر رؤىً بالغة الأهمية حول السلوك المغناطيسي للمواد، بما في ذلك خصائص فقدان الطاقة، والبقايا، والقوة القسرية. تبدأ هذه الورقة بمقدمة عن المفاهيم الأساسية للمغناطيسية وضرورة فهم التباطؤ. ثم تتعمق في البناء التفصيلي لمنحنى حلقة التباطؤ، موضحةً المراحل المختلفة التي تنطوي عليها عمليتا المغنطة وإزالة المغنطة. وتناقش الآليات الفيزيائية الكامنة وراء التباطؤ، مثل حركة جدار المجال ودوران العزم المغناطيسي. كما تستكشف الورقة العوامل المؤثرة على شكل وحجم حلقة التباطؤ، بما في ذلك تركيب المادة، ودرجة الحرارة، وحجم الحبيبات. علاوة على ذلك، تدرس الورقة تطبيقات تحليل حلقة التباطؤ في مجالات مختلفة، مثل الهندسة الكهربائية، والتخزين المغناطيسي، والطب. وأخيرًا، تعرض الورقة أحدث التطورات وتوجهات البحث المستقبلية في دراسة حلقات التباطؤ.

تتعمق هذه الورقة البحثية في المفاهيم المعقدة لاتجاه المغناطيس واتجاه المغنطة. تبدأ الورقة بتقديم فهم أساسي للمجالات المغناطيسية، والعزوم المغناطيسية، والخصائص الأساسية للمغناطيس. ثم تستكشف العوامل المختلفة التي تؤثر على اتجاه المغناطيس، بما في ذلك المجالات المغناطيسية الخارجية، والأشكال الهندسية، وخصائص المواد. ثم تُفحص بدقة اتجاه المغنطة، وتغطي العمليات التي تنطوي عليها مغنطة المواد، مثل محاذاة المجالات المغناطيسية، والطرق المختلفة المستخدمة لتحقيق المغنطة، مثل استخدام الملفات اللولبية وحقول المغناطيس الدائم. كما تناقش الورقة تطبيقات هذه المفاهيم في مختلف الصناعات، بما في ذلك الإلكترونيات والطب والطاقة. وأخيرًا، تعرض الورقة بعض التطورات الحديثة والآفاق المستقبلية في مجال اتجاه المغناطيس ومغنطته.

خلاصة تُعدّ مغناطيسات النيوديميوم والحديد البورون (NdFeB) الدائمة، المعروفة بخصائصها المغناطيسية الاستثنائية، أساسيةً في الصناعات عالية التقنية، مثل المركبات الكهربائية، وتوربينات الرياح، والتصوير الطبي. ومع ذلك، فإن قابليتها للتآكل - الناتجة عن الطبيعة التفاعلية للنيوديميوم والبنية المجهرية المسامية لـ NdFeB المُلبّد - تُشكّل تحدياتٍ كبيرةً فيما يتعلق بطول عمرها وأدائها. وقد برزت معالجة الفوسفات، وهي عملية طلاء تحويل كيميائي، كحلٍّ فعّال من حيث التكلفة ومتعدد الاستخدامات لتعزيز مقاومة التآكل وتوافق الأسطح. تدرس هذه المراجعة بشكلٍ منهجي مبادئ وعمليات وتحسين الأداء والتطبيقات الصناعية لعملية الفوسفات لمغناطيسات NdFeB، مُدمجةً الأفكار الميكانيكية والبيانات التجريبية ودراسات الحالة من الأبحاث الحديثة.