تحت چه شرایطی آهنرباهای فریت یا آهنرباهای ساماریوم-کبالت می‌توانند جایگزین آهنرباهای Ndfeb شوند؟ تفاوت‌های آنها از نظر هزینه و عملکرد چیست؟

۲. چه زمانی باید آهنرباهای NdFeB را با آهنرباهای فریت جایگزین کرد؟

۲.۱ کاربردهای مبتنی بر هزینه

• مزیت اقتصادی : آهنرباهای فریت به دلیل مواد اولیه فراوان (اکسید آهن، کربنات استرانسیوم/باریم) و فرآیند پخت سرامیکی ساده ، 60 تا 90 درصد ارزان‌تر از آهنرباهای NdFeB هستند.
• تولید انبوه : ایده‌آل برای محصولات با حجم بالا و حاشیه سود کم مانند لوازم الکترونیکی مصرفی (بلندگوها، درزگیرهای یخچال)، اسباب‌بازی‌ها و حسگرهای خودرو.
• مثال : یک آهنربای فریت به صورت فله‌ای 0.01 تا 0.10 دلار به ازای هر واحد هزینه دارد، در حالی که این هزینه برای NdFeB با اندازه معادل 1 تا 10 دلار است .

۲.۲ پایداری دمایی

• محدوده عملیاتی : آهنرباهای فریت از دمای -40 درجه سانتیگراد تا 250 درجه سانتیگراد پایداری خود را حفظ می‌کنند و این امر آنها را برای قطعات زیر کاپوت خودرو و موتورهای صنعتی که در معرض چرخه‌های حرارتی قرار دارند، مناسب می‌سازد.
• محدودیت NdFeB : آهنرباهای NdFeB در دمای بالاتر از 60 درجه سانتیگراد، 0.12٪ از خاصیت مغناطیسی خود را در هر درجه سانتیگراد از دست می‌دهند و در محیط‌های با دمای بالا نیاز به تثبیت حرارتی دارند.

۲.۳ مقاومت در برابر خوردگی

• دوام ذاتی : آهنرباهای فریت نیازی به پوشش ندارند و این امر پیچیدگی و هزینه تولید را کاهش می‌دهد. آهنرباهای NdFeB که مستعد زنگ‌زدگی هستند، به آبکاری اپوکسی، نیکل یا روی نیاز دارند که 10 تا 30 درصد به هزینه آنها می‌افزاید.

۲.۴ الزامات عملکرد پایین

• قدرت مغناطیسی : آهنرباهای فریت انرژی کمی ( 4-5 MGOe ) دارند که برای کاربردهایی مانند موارد زیر کافی است:
  • جداکننده‌های مغناطیسی : جداسازی ذرات آهنی در معدن (جایی که میدان‌های با گرادیان بالا غیرضروری هستند).
  • بلندگوها : محرک‌های سیم‌پیچ‌های صوتی در سیستم‌های صوتی ارزان‌قیمت.
  • درب‌های یخچال : مکانیزم‌های قفل ساده.

۳. چه زمانی آهنرباهای NdFeB را با آهنرباهای SmCo جایگزین کنیم؟

۳.۱ محیط‌های با دمای بالا

• عملکرد حرارتی : آهنرباهای SmCo (درجه‌های SmCo5 و Sm2Co17) تا دمای 300 تا 550 درجه سانتیگراد (دمای کوری: 700 تا 800 درجه سانتیگراد) کار می‌کنند، که بسیار بیشتر از حد 80 تا 200 درجه سانتیگراد NdFeB است.
• کاربردها:
  • هوافضا : محرک‌ها در موتورهای جت یا اجزای ماهواره.
  • پزشکی : کویل‌های گرادیان دستگاه MRI (اگرچه NdFeB به دلیل هزینه در اینجا غالب است).
  • صنعتی : موتورها و ژنراتورهای پرسرعت در حفاری نفت/گاز.

۳.۲ مقاومت در برابر خوردگی

• دوام طبیعی : آهنرباهای SmCo بدون پوشش در برابر اکسیداسیون و تخریب شیمیایی مقاومت می‌کنند، برخلاف NdFeB که در محیط‌های مرطوب یا شور دچار خوردگی می‌شود.
• مورد استفاده : حسگرهای دریایی، توربین‌های بادی فراساحلی و ایمپلنت‌های پزشکی (مانند ضربان‌سازها).

۳.۳ مقاومت در برابر مغناطیس‌زدایی

• وادارندگی بالا : آهنرباهای SmCo دارای وادارندگی ( 20 تا 32 کیلو اوره ) قابل مقایسه با NdFeB ( 10 تا 15 کیلو اوره برای گریدهای استاندارد ) هستند که آنها را در برابر میدان‌های مغناطیسی معکوس یا تنش مکانیکی مقاوم می‌کند.
• کاربردها : موتورهای کششی وسایل نقلیه الکتریکی، که در آنها گشتاور بالا و دوام بسیار مهم است.

۳.۴ مقاومت در برابر تابش

• کاربردهای فضایی : آهنرباهای SmCo به دلیل پایداری‌شان در برابر تابش کیهانی، برخلاف NdFeB که با گذشت زمان تخریب می‌شود، در ماهواره‌ها ترجیح داده می‌شوند.

۴. مقایسه هزینه: NdFeB در مقابل فریت در مقابل SmCo

۵. بده‌بستان‌های عملکرد

۵.۱ قدرت مغناطیسی در مقابل هزینه

• NdFeB : نسبت استحکام به هزینه بی‌نظیر برای کاربردهای با کارایی بالا (مثلاً موتورهای خودروهای برقی، توربین‌های بادی).
• فریت : ضعیف اما برای کاربردهای کم فشار (مثلاً درزگیرهای یخچال) کافی است.
• SmCo : استحکام متوسط ​​اما قابل استفاده در محیط‌های سخت (مثلاً هوافضا)

۵.۲ پایداری حرارتی

• NdFeB : نیاز به انتخاب گرید (مثلاً N42SH برای دمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد) یا تثبیت حرارتی دارد که باعث افزایش هزینه می‌شود.
• SmCo : برای دماهای بالا نیازی به تنظیم گرید نیست و طراحی را ساده می‌کند.

۵.۳ شکنندگی و قابلیت ماشینکاری

• NdFeB : شکننده است اما می‌توان آن را با تلرانس‌های دقیق (±0.05 میلی‌متر) ماشینکاری کرد.
• فریت : بسیار شکننده، محدود به اشکال ساده (با تلرانس ±0.1 میلی‌متر).
• SmCo : بسیار شکننده، مستعد لب پر شدن در حین جابجایی یا مونتاژ.

۶. توصیه‌های خاص کاربرد

۶.۱ جایگزینی NdFeB با فریت در موارد زیر :

• بودجه بسیار مهم است (مثلاً لوازم الکترونیکی مصرفی، اسباب‌بازی).
• دمای عملیاتی ≤250 درجه سانتیگراد (به عنوان مثال، سنسورهای خودرو).
• مقاومت در برابر خوردگی غیر بحرانی است (مثلاً محیط‌های خشک داخلی).
• قدرت مغناطیسی ≥4 MGOe کافی است (مثلاً جداکننده‌های مغناطیسی).

۶.۲ جایگزینی NdFeB با SmCo در موارد زیر :

• دمای عملیاتی >200°C (مثلاً، محرک‌های هوافضا).
• مقاومت در برابر خوردگی یا تابش الزامی است (مثلاً حسگرهای دریایی، سیستم‌های فضایی).
• خطر مغناطیس‌زدایی زیاد است (مثلاً موتورهای وسایل نقلیه الکتریکی تحت میدان‌های معکوس).

۷. روندهای آینده

• NdFeB : پیشرفت‌ها در نفوذ مرز دانه (GBD) و عناصر نادر خاکی بازیافتی با هدف کاهش هزینه‌ها و بهبود پایداری حرارتی انجام می‌شود.
• فریت : نوآوری در محتوای بازیافتی (به عنوان مثال، ترکیب فریت بازیافتی ۲۰٪ آلمان) ممکن است هزینه‌ها را بیشتر کاهش دهد.
• SmCo : نوسانات قیمت کبالت و خطرات زنجیره تأمین ممکن است رشد را محدود کند، اما تقاضا در صنایع دفاعی و هوافضا همچنان قوی است.

۸. نتیجه‌گیری

آهنرباهای فریت و SmCo در سناریوهای خاص جایگزین‌های مناسبی برای NdFeB ارائه می‌دهند:

• فریت : بهترین گزینه برای کاربردهای حساس به هزینه، با کارایی پایین یا با دمای متوسط.
• SmCo : ایده‌آل برای محیط‌های با دمای بالا، خورنده یا مستعد تابش که در آن‌ها NdFeB دچار نقص می‌شود.

NdFeB همچنان انتخاب غالب برای کاربردهای با استحکام بالا و فشرده است، اما پیشرفت‌های علم مواد و تغییر تقاضای بازار همچنان به تعریف مجدد نقش این آهنرباها در صنایع مختلف ادامه خواهد داد.