في أي الحالات يُمكن استبدال مغناطيسات الفريت أو مغناطيسات الساماريوم والكوبالت بمغناطيسات النيوديميوم-الفيدب؟ ما هي الفروقات في التكلفة والأداء؟

2. متى يتم استبدال مغناطيسات NdFeB بمغناطيسات الفريت؟

2.1 التطبيقات الموجهة للتكلفة

• الميزة الاقتصادية : تعتبر مغناطيسات الفريت أرخص بنسبة 60-90% من مغناطيسات NdFeB بسبب المواد الخام الوفيرة (أكسيد الحديد، كربونات السترونشيوم/الباريوم) وعملية التلبيد الخزفي البسيطة.
• الإنتاج الضخم : مثالي للمنتجات ذات الحجم الكبير والهامش المنخفض مثل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية (مكبرات الصوت، وأختام الثلاجة)، والألعاب، وأجهزة الاستشعار في السيارات.
• مثال : تكلفة مغناطيس الفريت 0.01– 0.10 لكل وحدة بكميات كبيرة، مقارنة بـ 1– 10 لمغناطيس النيوديميوم والحديد والبورون من الحجم المكافئ.

2.2 استقرار درجة الحرارة

• نطاق التشغيل : تحافظ مغناطيسات الفريت على الاستقرار من -40 درجة مئوية إلى 250 درجة مئوية ، مما يجعلها مناسبة لمكونات السيارات الموجودة تحت الغطاء والمحركات الصناعية المعرضة لدورات الحرارة.
• حدود NdFeB : تفقد مغناطيسات NdFeB 0.12% من مغناطيسيتها لكل درجة مئوية فوق 60 درجة مئوية، مما يتطلب تثبيتًا حراريًا في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.

2.3 مقاومة التآكل

• متانة فائقة : لا تتطلب مغناطيسات الفريت طلاءً، مما يقلل من تعقيد التصنيع وتكلفته. أما مغناطيسات النيوديميوم والحديد والبورون، المعرضة للصدأ، فتحتاج إلى طلاء إيبوكسي أو نيكل أو زنك، مما يزيد من تكلفتها بنسبة تتراوح بين 10% و30% .

2.4 متطلبات الأداء المنخفض

• القوة المغناطيسية : تتمتع مغناطيسات الفريت بمنتج طاقة منخفض ( 4–5 MGOe )، وهو كافٍ لتطبيقات مثل:
  • الفواصل المغناطيسية : فصل الجسيمات الحديدية في التعدين (حيث لا تكون الحقول ذات التدرج العالي ضرورية).
  • مكبرات الصوت : ملفات صوت القيادة في أنظمة الصوت ذات الميزانية المحدودة.
  • أبواب الثلاجة : آليات قفل بسيطة.

3. متى يتم استبدال مغناطيس NdFeB بمغناطيس SmCo؟

3.1 البيئات ذات درجات الحرارة العالية

• الأداء الحراري : تعمل مغناطيسات SmCo (الدرجات SmCo5 وSm2Co17) حتى 300–550 درجة مئوية (درجة حرارة كوري: 700–800 درجة مئوية)، متجاوزة بكثير حد NdFeB 80–200 درجة مئوية .
• التطبيقات:
  • الفضاء والطيران : المحركات الموجودة في المحركات النفاثة أو مكونات الأقمار الصناعية.
  • الطب : ملفات التدرج لجهاز التصوير بالرنين المغناطيسي (على الرغم من أن NdFeB يهيمن هنا بسبب التكلفة).
  • الصناعة : المحركات والمولدات عالية السرعة في حفر النفط والغاز.

3.2 مقاومة التآكل

• المتانة الطبيعية : تقاوم مغناطيسات SmCo الأكسدة والتدهور الكيميائي بدون طلاء، على عكس NdFeB، الذي يتآكل في البيئات الرطبة أو المالحة.
• حالة الاستخدام : أجهزة الاستشعار البحرية، وطواحين الهواء البحرية، والغرسات الطبية (على سبيل المثال، أجهزة تنظيم ضربات القلب).

3.3 مقاومة إزالة المغناطيسية

• قوة إكراه عالية : تتمتع مغناطيسات SmCo بقوة إكراه ( 20–32 كيلو أومكافئ ) مماثلة لمغناطيس NdFeB ( 10–15 كيلو أومكافئ للدرجات القياسية )، مما يجعلها مقاومة للمجالات المغناطيسية العكسية أو الضغوط الميكانيكية.
• التطبيقات : محركات الجر للسيارات الكهربائية، حيث يكون عزم الدوران العالي والمتانة أمرًا بالغ الأهمية.

3.4 مقاومة الإشعاع

• تطبيقات الفضاء : يتم تفضيل مغناطيسات SmCo في الأقمار الصناعية بسبب استقرارها تحت الإشعاع الكوني، على عكس NdFeB، التي تتدهور بمرور الوقت.

4. مقارنة التكلفة: NdFeB مقابل Ferrite مقابل SmCo

5. مقايضات الأداء

5.1 القوة المغناطيسية مقابل التكلفة

• NdFeB : نسبة قوة إلى تكلفة لا مثيل لها للتطبيقات عالية الأداء (على سبيل المثال، محركات المركبات الكهربائية، وطواحين الهواء).
• الفريت : ضعيف ولكنه كافٍ للتطبيقات ذات القوة المنخفضة (على سبيل المثال، أختام الثلاجة).
• SmCo : قوة معتدلة ولكنها مبررة في البيئات القاسية (على سبيل المثال، الفضاء الجوي).

5.2 الاستقرار الحراري

• NdFeB : يتطلب اختيار الدرجة (على سبيل المثال، N42SH عند 150 درجة مئوية) أو التثبيت الحراري، مما يزيد التكلفة.
• SmCo : لا حاجة لتعديل الدرجة في درجات الحرارة المرتفعة، مما يبسط التصميم.

5.3 الهشاشة وقابلية التصنيع

• NdFeB : هش ولكن يمكن تشكيله إلى حدود ضيقة (±0.05 مم).
• الفريت : هش للغاية، ويقتصر على الأشكال البسيطة (تفاوت ±0.1 مم).
• SmCo : أكثر هشاشة وعرضة للتقطيع أثناء التعامل أو التجميع.

6. توصيات خاصة بالتطبيق

6.1 استبدال NdFeB بالفيريت عندما :

• الميزانية أمر بالغ الأهمية (على سبيل المثال، الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، والألعاب).
• درجة حرارة التشغيل ≤250 درجة مئوية (على سبيل المثال، أجهزة الاستشعار في السيارات).
• مقاومة التآكل ليست حرجة (على سبيل المثال، البيئات الداخلية الجافة).
• القوة المغناطيسية ≥4 MGOe كافية (على سبيل المثال، الفواصل المغناطيسية).

6.2 استبدل NdFeB بـ SmCo عندما :

• درجة حرارة التشغيل >200 درجة مئوية (على سبيل المثال، محركات الفضاء).
• مقاومة التآكل أو الإشعاع أمر إلزامي (على سبيل المثال، أجهزة الاستشعار البحرية، وأنظمة الفضاء).
• يعتبر خطر إزالة المغناطيسية مرتفعًا (على سبيل المثال، محركات المركبات الكهربائية تحت المجالات العكسية).

7. الاتجاهات المستقبلية

• NdFeB : تهدف التطورات في مجال انتشار حدود الحبوب (GBD) والأتربة النادرة المعاد تدويرها إلى تقليل التكاليف وتحسين الاستقرار الحراري.
• الفريت : قد تؤدي الابتكارات في المحتوى المعاد تدويره (على سبيل المثال، مزيج الفريت المعاد تدويره بنسبة 20% في ألمانيا) إلى خفض التكاليف بشكل أكبر.
• سمكو : تقلب أسعار الكوبالت ومخاطر سلسلة التوريد قد تحد من النمو، لكن الطلب في قطاع الدفاع والفضاء يظل قويا.

8. الخاتمة

توفر مغناطيسات الفريت وSmCo بدائل قابلة للتطبيق لـ NdFeB في سيناريوهات محددة:

• الفريت : الأفضل للتطبيقات الحساسة للتكلفة، أو منخفضة الأداء، أو ذات درجات الحرارة المعتدلة.
• SmCo : مثالي للبيئات ذات درجات الحرارة العالية أو المسببة للتآكل أو المعرضة للإشعاع حيث يفشل NdFeB.

يظل NdFeB هو الخيار السائد للتطبيقات المدمجة عالية القوة، ولكن التقدم في علم المواد ومتطلبات السوق المتغيرة سوف يستمر في إعادة تعريف أدوار هذه المغناطيسات عبر الصناعات.