آهنرباامروزه  آهنربا در صنعت، تکنولوژیهای برتر و وسایل مورد استفاده در زندگی هر شخص،کاربردگسترده‌ای دارند.

در این مقاله سعی شده است به بررسی آهنربا و انواع آن پرداخته شود تا مصرف کننده بتواند بر اساس نیاز خود انتخاب مناسبی برای خرید آهنربا داشته باشد.

آهنربا چیست؟

آهنربا ( Magnet) جسمی است که میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند و برخی از فلزات مانند آهن را به خود جذب می‌کند.

هر آهنربا دو ناحیه‌‌ متمایز به نام «قطب» دارد که در آن‌ها شدت میدان مغناطیسی آهنربا بیشتر از سایر نقاط آن است.

تاریخچه پیدایش آهنربا

یونانیان و چینیان باستان، به سنگهایی برخورد کردند که قابلیت جذب آهن را داشتند . معروف است که ، نخستین بار ، شش قرن قبل از میلاد مسیح ، در شهر باستانی ماگنزیا واقع در آسیای صغیر «ترکیه امروزی) ، یونانیان به این سنگ برخورد کردند . بنابراین بخاطر نام محل پیدایش اولیه ، نام این سنگ را ماگنتیت یا مغناطیس گذاشتند که ترجمه فارسی آن آهنربا می باشد .

سنگ مذکور از جنس اکسید طبیعی آهن می‌باشد. بعدها ملاحظه گردید که این سنگ در مناطق دیگر کره زمین نیز وجود دارد. پدیده مغناطیس همراه با کشف آهنربای طبیعی مشاهده شده است. با پیشرفت علوم مختلف و افزایش اطلاعات بشر در زمینه مغناطیس ، انواع آهنرباهای طبیعی و مصنوعی ساخته شد. امروزه خرید آهنربا در قسمتهای مختلف مانند صنعت ، دریانوردی و … اهمیت بالایی دارد.

منشا پیدایش آهنربا

کهربا شیره ‌ای است که مدتها پیش از بعضی از درختان مانند کاج که چوب نرم دارند، بیرون تراوید. و در طی قرنها سخت شده و بصورت جسم جامدی نیم شفاف در آمده است. کهربا به رنگهای زرد تا قهوهای وجود دارد. کهربای صیقل داده شده سنگ زینتی زیبایی است و گاهی شامل بقایای حشره‌هایی است که‌درزمانهای گذشته در شیره چسبناک گرفتار شده اند.
یونانیان باستان خاصیت شگفت انگیز کهربا تشخیص داده بودند. اگر کهربا را به شدت به پارچهای مالش دهیم اجسامی مانند تکه های کاه یا رانههای گیاه را که نزدیک آن باشد جذب میکند. اما سنگ مغناطیس یک ماده معدنی است که در طبیعت وجود دارد.

نخستین توصیف نوشته شده از کاربرد سنگ مغناطیس به عنوان یک قطب نما در دریانوردی در کشورهای غربی ، مربوط به اواخر قرن دوازدهم میلادی است. ولی خواص این سنگ خیلی پیش از آن در چین شناخته شده بود.

 

هدف اصلی آهنرباها

اصلی ترین هدف آهنربا تبدیل انرژی ها به یکدیگر می‌باشد. واضح است که برای خرید آهنربا باید این موارد را در نظر گرفت:

تبدیل مکانیکی به الکتریکی : ژنراتور ها – سنسور ها – میکروفون ها

تبدیل الکتریکی به مکانیکی : موتورها – راه اندازها – بلندگوهای بزرگ

مکانیکی به مکانیکی : کوپلینگ ها – یاتاقان ها – نگهدارنده ها – جدا کننده ها

آهن ربا چه رفتارهایی را از خود نشان می­دهد؟

جذب کردن مواد خاص: نظیر آهن، نیکل، کبالت و فولادها و آلیاژ های خاص

اعمال نیروی کششی یا فشاری (جذب و دفع) روی سایر آهنرباها (نیروی دفع به قطب موافق و نیروی جذب به قطب مخالف)

داشتن تاثیر بر روی یک رسانای برق زمانی که رسانا و آهنربا نسبت به یکدیگر در حال حرکت هستند

داشتن تاثیر بر روی مسیر یک ذره­ی باردار که در حال حرکت در فضا است.

انواع آهنربا از نظر شکل ظاهری

آهنرباها از نظر شکل ظاهری همانطوری که در شکل زیر مشاهده می‌کنید به دسته‌های زیر تولید می‌شوند:

دیسکی رینگی میله‌ای بلوکی(مکعبی) دکمه‌ای رولی تیغه‌ای نعلی پر کاربردترین اشکال برای خرید آهنربا هستند.

آهنرباها به 8 دسته از لحاظ ظاهری تقسیم می‌شوند.

تصویر1-دسته بندی ظاهری آهنربا

 

چه موادی جذب آهنربا می‌شوند؟

اجسامی که حاوی آهن، نیکل و آلیاژهای آن باشند جذب آهنربا می‌شوند.

معیارهای عملکردی آهنرباها

در ابتدا لازم است بدانیم که اهنرباها بر اساس  ویژگی عملکردی شان مقایسه می شوند که 4 مورد از مهمترین معیارهابرای خرید آهنربا یا شناخت آن به شرح زیر است:

پسماند مغناطیسی (hysteresis) : شار مغناطیسی است که به طور دایم در یک آهنربا باقی مانده است . هرچه پسماند بیشتر باشد، آهنربا قوی‌تر است.

توان آهنربایی یا حاصل ضرب انرژی (BH) : به حاصلضرب بیشترین مقادیر دو کمیت پسماند و وادارندگی در یکدیگر، توان آهنربایی یا حاصل ضرب انرژی گفته می‌شود. واحد این کمیّت کیلوژول بر متر مکعب است.

توان آهنربایی معیاری برای حجم مورد نیاز یک آهنربا برای تولید شار مغناطیسی مورد نظر است.

وادارندگی (coercivity): برای زدودن کامل میدان مغناطیسی یک آهنربا، باید آن را در معرض یک میدان مغناطیسی با جهت مخالف قرار داد. به اندازه‌ی این میدان مغناطیسی، «وادارندگی»  گفته می‌شود. هر چه وادارندگی بیشتر باشد، آهنربا دائمی‌تر است.

دمای کوری (Curie point): دمای کوری حداکثر دمایی است که در آن آهنربا می‌تواند خاصیت مغناطیسی خود را حفظ کند.

ناهمسانگردی (Anisotropy): به وابستگی رفتار مغناطیسی ماده به ساختار آن ناهمسانگردی گفته می‌شود.

آهن ربا ها چند دسته هستند؟

آهنرباها به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند:

1- آهنرباهای موقت یا الکتریکی : برای ایجاد میدان مغناطیسی به جریان الکتریکی خارجی نیاز دارند.

2- آهنرباهای دائمی : برای ایجاد میدان مغناطیسی به توان خارجی نیاز ندارند. آهنربای دائم به اختصار PM1 خوانده می‌شود. خرید آهنربا از این نوع کاربرد بیشتری دارد.

در این مقاله به بررسی آهنرباهای دائمی پرداخته خواهد شد.

 

دسته بندی مواد مغناطیسی چگونه است؟

مواد مغناطیسی آن دسته از موادی هستند که وقتی در معرض یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند خاصیت مغناطیسی پیدا می کنند. این مواد را به صورت زیر دسته بندی می کنند.

دسته بندی براساس عکس العمل به میدان مغناطیسی:

1-فرو مغناطیس

بعضی از مواد فلزی دارای گشتاور مغناطیسی دائمی در غیاب میدان خارجی هستند و خاصیت مغناطیسی (مغناطش) خیلی بزرگ و دائمی از خود نشان می دهند. این مواد فرومغناطیس نامیده میشوند. فلزات واسطه مثل آهن، کبالت، نیکل و بعضی ازفلزات خاکی نادر مانند گادولینیم (Gd) دارای این خاصیت هستند. این مواد با اعمال یک میدان مغناطیسی کوچک به شدت مغناطش پیدا کرده و با حذف میدان مغناطیسی، مغناطش خود را به طور کامل از دست نمیدهند. در این مواد بردارهای گشتاورهای مغناطیسی مجاور از نظر اندازه برابر هستند و تمایل دارند که با یکدیگر هم جهت شوند.

2-دیا مغناطیس

موادی هستند که مولکول‌ها، اتمها و یا یون‌های آنها به گونه‌ای رفتار میکنند که گشتاور مغناطیسی خالص آنها صفر است. اگر میدان مغناطیسی خارجی به این مواد اعمال شود، اتم‌های آن دارای گشتاور مغناطیسی القایی می‌شوند (مثل اتم مس).

جهت این گشتاور مغناطیسی خلاف جهت میدان اعمالی است. این دسته از مواد اگر در میدان مغناطیسی قرار گیرند، مغناطش منفی از خود نشان می‌دهند.

3-پارامغناطیس

دراین مواد، برخلاف مواد دیا مغناطیس در مولكول ها، اتم‌ها و یا یونها گشتاور مغناطیسی كوچكی وجود دارد. ولی گشتاورها با جهات اتفاقی توزیع شده و یكدیگر را خنثی می‌كنند و مغناطش خالص برابر صفر می شود. اگر این دسته ازمواد دریك میدان مغناطیسی قرارگیرند، تعدادی از گشتاورها درجهت میدان می‌چرخند وماده خاصیت مغناطیسی ضعیفی از خود نشان می‌دهد.

بعضی از فلزات قلیایی ویا برخی از فلزات واسطه مانند كروم، تیتانیم، تنگستن و پلاتین دارای خاصیت پارا مغناطیس هستند.

4-فری مغناطیس

در این مواد جهت بردارهای گشتاورهای مغناطیسی مجاور عكس یكدیگر است ولی اندازه آن‌ها برابر نیست. رفتار این مواد مشابه با مواد فرو مغناطیس است. گروهی از آهنرباهای دائم كه به نام فریت شناخته می‌شوند از این دسته هستند. در ادامه به این نوع برای اطلاعات بیشتر و خرید آهنربا اشاره خواهد شد.

5-آنتی فرومغناطیس

دراین مواد بردارهای گشتاور مغناطیسی مجاور ازنظر اندازه برابر ولی از نظر جهت، عكس یكدیگر هستند. بنابراین یكدیگر را خنثی می‌كنند. درصورتی‌كه چنین ماده‌ای درمیدان مغناطیسی قرار گیرد، گشتاورهای هم جهت با میدان تقویت می‌شوند و ماده خاصیت مغناطیسی ضعیفی ازخود نشان می‌دهد.

دسته بندی براساس رفتار در میدان مغناطیسی

مواد فرومغناطیسی را همچنین می‌توان از نظر رفتار آنها در میدان مغناطیسی به دو گروه مواد مغناطیسی نرم و مواد مغناطیسی سخت تقسیم‌بندی کرد:

1-مواد مغناطیسی نرم

مواد مغناطیسی نرم با اعمال میدان مغناطیسی کوچک به راحتی مغناطیده میشود و با قطع میدان سریعا گشتاور مغناطیسی خود را از دست میدهند. به عبارتی این مواد دارای نیروی وادارندگی پایینی هستند. این مواد همچنین دارای اشباع مغناطیسی بالا و پسماند پایین هستند. مواد مغناطیسی نرم در جاهایی که به تغییر سریع گشتاور مغناطیسی با اعمال میدان مغناطیسی کوچک نیاز است، مانند موتورها، هدهای مغناطیسی، حسگرها، القاگرها و فیلترهای صوتی مورد استفاده قرار میگیرد.

2-مواد مغناطیسی سخت

مواد مغناطیسی سخت موادی هستند که براحتیِ مواد مغناطیسی نرم، مغناطیده نمی‌شوند و به میدان مغناطیسی اعمالی بزرگ‌تری، جهت مغناطیده کردن آنها نیاز است. این مواد، گشتاور مغناطیسی را تا مدت‌ها پس از قطع میدان مغناطیسی در خود حفظ میکنند. همچنین دارای اشباع مغناطیسی، گشتاور پسماند و نیروی وادارندگی بالایی هستند. کاربرد این مواد در تولید و خرید آهنربا های دائمی و حافظه‌های مغناطیسی است.

قطب های آهنربا چگونه تشخیص داده می‌شوند؟

برای این منظور روش های عملی ساده مختلفی وجود دارد که حتی حین خرید آهنربا نیز می‌توان آن را در نظرگرفت.

در این مقاله به تک تک آنها میپردازیم:

1-با استفاده از یک قطب نما

در ابتدا از درست کارکردن قطب نما خود آگاه شوید، اگر مطمئن نیستید که درست کار می کند هنگام ظهر که خورشید در مرکز آسمان قرار دارد به بیرون بروید و قطب نما را رو به خورشید بگیرید. اگر در نیم کره‌ی جنوبی زمین ساکن هستید باید رنگ قرمز شاخه قطب نما به سمت خورشید باشد. ( رنگ قرمز ینی شمال ) و اگر در نیم کره‌ی شمالی کره‌ی زمین هستید باید رنگ قرمز قطب نما رو به خودتان بایستد.

پس از مطمئن شدن از درست کارکردن قطب نما آن را روی سطح صاف و دور از اشیا فلزی و آهنربائی قرار دهید. آهنربا را به آرامی به آن نزدیک کنید. ( قسمت آبی رنگ قطب نما، جنوب و قرمز رنگ شمال است ). در نتیجه مطابق عکس سر آبی رنگ ( جنوب ) به قطب شمال آهنربا نزدیک می‌شود.

چگونه قطب های آهنربا را تشخیص دهیم

تصویر2- تشخیص قطب‌های آهنربا با قطب نما

2-با استفاده از حالت شناوری روی آب

آهنربای مدنظر ( ترجیحا باید تیغه‌ای باشد تا در این آزمایش جواب دهد. ) را توسط یک فوم، روی آب شناور کنید. به هر سمتی که فوم چرخید و ایستاد، توسط قطب نما، جهت‌اش را مشخص کنید. مانند روش اول می‌توانید به راحتی پس از خرید آهنربا قطب هایش را مشخص کنید.

3-با استفاده از گاوس متر

با استفاده از دستگاه های گاوس متر یا میدان سنج، می‌توانید علاوه بر قدرت آهنربا، قطب هر جهت از آن را تشخیص دهید.

آهنرباهای دائمی به چند دسته تقسیم میشوند؟

 

1-آهنربا آلنیکو

2-آهنربا فریت

3- آهنربا خاکی کمیاب

الف) آهنربا نئودیمیوم

ب) آهنربا ساماریم کبالت

آهنربا آلنیکو

آهنرباهای آلینکو که از قدیمی ترین آهنرباهای صنعتی هستند، از آلیاژ آهن و سه عنصر آلومینیوم نیکل و کبالت تشکیل شده‌اند.  نام این آهنرباها از همین عناصر(آل+نی+کو) تشکیل شده است. این آلیاژها همچنین شامل؛ مس و تیتانیوم نیز می‌باشند.

همه‌ی آلیاژهای آلینکو فرو مغناطیسی (فری مغناطیسی) هستند و برای ساخت آهنرباهای دائمی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آلیاژهای آلنیکو عموما شامل 12-8% آلومینیوم، 26-15% نیکل، 24-5% کبالت، و حداکثر 6% مس و 1% تیتانیوم و بقیه آهن می‌باشند.‎

برای خرید آهنربا آلنیکو نام‌های تجاری آن را ؛ Alni ، Alcomax ، Hycomax ، Columax و Ticonal به خاطر داشته باشید.

 دسته بندی آهنرباهای آلنیکو

آهنرباهای آلنیکو با استفاده از اعدادی که توسط انجمن تولیدکنندگان مواد مغناطیسی (MMPA) تعیین می‎شود‎؛ طبقه ‎بندی می‎شوند. بعنوان مثال، alnico 3 یا alnico 5. این طبقه بندی ها براساس ترکیب شیمیایی و خاصیت مغناطیسی است.

در نوع دیگری از دسته بندی آلنیکوها به دو دسته چدنی (cast) و سینترد(sintered) تقسیم می‌شوند.

آلنیکوی سینترد از پودر فلزات مختلف درست می شود . خاصیت ایزوتروپیک دارد و در هر جهت دلخواهی میتواند مغناطیسه شود ( جهت قطبها). میدان مغناطیسی یکنواخت‌تر، اما قدرت ضعیف تری نسبت به آلنیکوی چدنی دارد.

آلنیکوی چدنی دارای چدن میباشد و اغلب برای تولید، نیاز به تراش فلز دارد، قابلیت تولید در شکل پیچیده فیزیکی دارد و مرسوم ترین نوع آلنیکو است که آن هم خاصیت آیزونتروپیک و تک جهتی دارد . و به این معنا میباشد که تنها در یک جهت میتواند مغناطیسیه شود ولی قدرت مغناطیسی بالاتری دارد .

 

ویژگی‌های آهنرباهای آلنیکو

برای خرید آهنربای آلنیکو ویژگی‌های زیر را باید مد نظر قرار داد:

-آلنیکو می تواند در مدارهای مغناطیسی بسته یک شار مغناطیسی قوی تولید کند.

-وادارندگی مغناطیسی (مقاومت در برابر مغناطیس زدایی) کمی دارد که موجب می شود تا آهنربا به راحتی تحت تاثیر نیروی خنثی کننده دشارژ شود.

-آلیاژهای آلنیکو دارای بالاترین درجه حرارت کوری(حدود 800 درجه سانتی گراد) در بین مواد مغناطیسی هستند.

-آهنرباهای آلنیکو برخلاف آهنرباهای سرامیکی، رسانای الکتریکی هستند.

-گرایش شدید به منظم چیده شدن به دلیل پیوند میان‎فلزی بین آلومینیوم و سایر مواد تشکیل دهنده دارد.

– انرژی تولیدی کمی در مقایسه با سایر آلیاژ های مغناطیسی دارد.

آهنرباهای آلنیکو مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند و همچنین به دلیل سختی بالا و ترد بودن این نوع آهنربا ماشین کاری آن دشوار می باشد

برخی از انواع آلیاژهای alnico ایزوتروپیک هستند و از هر جهتی قابلیت مغناطیس شدن را دارند.

کاربرد آهنرباهای آلنیکو

آهنرباهای آلنیکو به طور گسترده ای در کاربردهای صنعتی و عمومی مورد استفاده قرار می گیرد.

خرید آهنربا آلنیکو برای مواردی مانند؛ موتورهای برقی ، پیکاپ گیتار برقی ، میکروفون ها ، سنسورها ، بلندگوها ، لوله های مگنترون و آهنرباهای گاوی کاربردی است .  البته در بسیاری از آنها آهنرباهای عناصر خاکی کمیاب جایگزین شده‎ اند.

 

آهنربای فریت

آهنرباهای فریتی یا آهنرباهای سرامیکی (SrFe2O3) از ترکیب اکسید آهن و فلزهای دو ظرفیتی مثل؛ باریوم، استرانسیوم، سرب، نیکل، کبالت و … ساخته می‌شوند. فریت ها جزو مواد فری مغناطیسی هستند. آنها سخت و شکننده اند و اکثراً رنگ خاکستری و سیاه دارند این آهنرباها قدرت بالایی ندارند ولی به خاطر وزن پایین، هزینه کم و دمای کوری بالا در صنعت بطور گسترده استفاده می‌شوند .

از نظر ساختار ماده، فریت‌ها جز مواد چندبلوری هستند. به این معنی که از تعداد زیادی بلورهای ریز با جهت‌گیری‌های مختلف تشکیل شده‌اند.

مواد فری مغناطیسی

فریت از نمونه‌های بارز مواد فری مغناطیس است.فری مغناطیس ها ترکیبات مغناطیسی غیرفلزی اند و فقط در ترکیباتی که ساختار بلوری پیچیده‌تری نسبت به عناصر خالص ، بخصوص اکسید های مخلوط،دارند مشاهده می‌شود.

در این مواد جهت گشتاورهای مغناطیسی اتم‌ها مخالف هم است اما چون اندازه‌شان برابر نیست یکدیگر را به‌طور کامل خنثی نمی‌کنند و گشتاور مغناطیسی خالصی در ماده باقی می‌ماند. هنگامی که این مواد در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می‌گیرند، تمام این گشتاورهای باقی‌مانده هم‌جهت می‌شوند و ماده خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کند.

بیشتر این گشتاورها پس از حذف میدان خارجی نیز تقریباً هم‌جهت می‌مانند و ماده را به آهن‌ربای دائمی تبدیل می‌کنند.

 

فریت چگونه متولد شد؟

تاریخچه پیدایش فریت ها به قبل از میلاد بازمی‌گردد. انسان ها با ترکیبی از  پودر کامپوزیت حاوی اکسید آهن و باریم یا اکسید استرانسیم آنها را خلق می‌کردند آهنربای طبیعی یا همان مگنتیت ،نمونه‌ای از یک فریت است که از قرن‌ها پیش برای ساخت قطب‌نما به کار می‌رفته‌است.پس از آن، تولید آهنربای فریتی توسط 2 محقق ژاپنی از 1952 میلادی تولید آهنرباهای فریتی بصورت انبوه توسعه یافت

فریت ها سخت اند یا نرم؟

از لحاظ خواص مغناطیسی، فریت‌ها به دو دستهٔ «سخت» (آهن‌رباهای دائمی) و «نرم» (آهن‌رباهای موقت) تقسیم می‌شوند:

فریت های نرم

این فریت ها با قرار گرفتن در یک میدان مغناطیسی خارجی به راحتی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند و میدان را تقویت می‌کنند.

وادارندگی پایینی دارند و با حذف میدان خارجی، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهند.عایق الکتریسیته هستند و از اتلاف انرژی بوسیله جریان گردابی جلوگیری میکنند

از این فریت‌ها در تجهیزاتی استفاده می‌شود که میدان‌های مغناطیسی متناوب ایجاد می‌کنند مانند هستهٔ ترانسفورماتورها و القاگرهای دستگاه‌های مخابراتی

فریت های سخت

در فریت های سخت نیروی وادارندگی زیاد است و پس از مغناطیسی شدن، به راحتی نمی‌توان جهت یا اندازه‌ی میدان مغناطیسی آن‌ها را تغییر داد. به همین علت فریت‌های سخت برای ساخت آهن‌رباهای دائمی به کار می‌روند.

برای ساخت فریت‌های سخت از خانواده‌ای از فریت‌ها موسوم به «هگزافریت‌ها» ،آهنرباهای سخت سرامیکی، استفاده می‌شود.

شایان ذکر است واژهٔ «فریت‌های سخت» نشئت گرفته از سختی مکانیکی آن‌ها نیست و به علت قابلیت تبدیل این مواد به آهنرباهای دائمی قابل توجه‌است.

 

 

 

3 خانواده اصلی فریت ها

برای ساخت آهنرباها از سه خانوادهٔ اصلی فریت‌ها استفاده می‌شود که عبارتند از: فریت‌های هگزاگونال، فریت‌های اسپینل و فریت‌های گارنت.

فریت های هگزاگونال

حاوی  نیکل، منگنز، مس، باریم، ایتریم و … هستند. مغناطش ماده در راستای این محور عمودی آسان‌تر از سایر محورها انجام می‌شود. به همین دلیل این فریت‌ها از لحاظ مغناطیسی جزء مواد مغناطیسی سخت محسوب می‌شوند. یعنی اندازه یا جهت میدان مغناطیسی آن‌ها به راحتی تغییر نمی‌کند و از این رو برای ساخت آهن‌رباهای دائمی مناسب‌اند. این خانواده را «هگزافریت» نیز می‌نامند. هگزافریت‌ها مواد اصلی ساخت آهن‌رباهای فریت دائمی هستند.

فریت های اسپینل

حاوی فلزهای منگنز، نیکل، کبالت، روی، مس یا منیزیم هستند جزء مواد مغناطیسی نرم محسوب می‌شوند. یعنی اندازه یا جهت میدان مغناطیسی آن‌ها به آسانی تغییر می‌کند. از این رو برای ساخت آهن‌رباهای موقت مناسب‌اند.

فریت های گارنت

حاوی فلز ایتریم یا یکی از عناصر خاکی کمیاب هستند. این مواد نیز جزء مواد مغناطیسی سخت محسوب می‌شوند.

 ویژگی آهنرباهای فریت

-سهولت تولید و استخراج

-فراوانی مواد اولیه

-پایین بودن هزینه فرآیند تولید

-پایداری و خواص مغناطیسی خوب

-پایداری شیمیایی بالا

-دمای کوری بالا

-تراوایی مغنایسی زیاد

-محبوب تولید کنندگان آهنرباهای دائم

-قدرت ربایش کم

 

ویژگی آهنربای فریتی

به دلیل فراوانی مواد اولیهٔ مورد نیاز در اکثر نقاط قشر کرهٔ زمین، بهترین نقطهٔ شروع برای احداث صنعت آهنرباسازی، کشورهای در حال توسعه نظیر ایران می‌توانند باشند.

بخاطر قوی نبودن در ربایش آهنرباهای فریتی، مناسب مواردی که باید حجم یا وزن آهنرباها کم باشد نیست.

دمای کوری آن‌ها بالا و درحدود ۴۷۵–۴۲۰ درجهٔ سلسیوس است.

نکته قابل توجه اینجاست که وادارندگی آن‌ها با افزایش دما نه تنها کم نمی‌شود؛ بلکه افزایش می‌یابد.

 

کاربرد آهنرباهای فریت

از این آهنرباها در گستره‌ی وسیعی از کاربردهای مختلف مثل موتورهای الکتریکی سنگین، سنسورها، تیوب‌های الکترونی، مایکروویوها، نوارهای مغناطیسی، نوارهای مغناطیسی-نوری ، آهنربای بلندگوها، و… استفاده می‌شود.

وادارندگی بالای فریت‌ها برای خرید آهنربا در  مواردی مانند هستهٔ ترانسفورماتورها و القاگرها بسیار مفید است.

چرا که در جاهایی که میدان‌های مغناطیسی متغیر وجود دارد، تغییر میدان مغناطیسی موجب القای جریان الکتریکی در مواد رسانا و فلزها شده که این به نوبهٔ خود باعث ایجاد گرما و اتلاف انرژی می‌شود.

این پدیده را «جریان گردابی» (Eddy Current) می‌نامند. به همین دلیل در چنین مواردی نمی‌توان از آهن‌رباهای فلزی استفاده کرد. اما فریت‌ها بهدلیل عایق بودن، جریان گردابی را به شدت کاهش می‌دهند و از اتلاف انرژی به صورت گرما جلوگیری می‌کنند.

بخاطر تراوایی مغناطیسی بالای فریت‌ها برای ساخت تجهیزاتی مانند آنتن‌ها به کار می‌روند.

برخی از فریت‌ها انرژی امواج مایکروویو را فقط در یک جهت جذب می‌کنند و از این رو برای ساخت موج‌برهای مایکروویواستفاده می‌شوند.

 

آهنرباهای خاکی کمیاب

به طور کلی آهنرباها به دو دسته آهنرباهای معمولی و آهنرباهای پرانرژی تقسیم می‌شوند که آهنرباهای پرانرژی توانی بیش از ۸۰ کیلوژول بر متر مکعب دارند که نسبت به اهنرباهای معمولی بسیار پرانرژی تر هستند و از مواد نسبتاً جدید یعنی ترکیبات عنصرهای خاکی کمیاب تشکیل شده اند. دو گروه اصلی این آهنرباها که به صورت تجاری تولید می‌شوند عبارتند از «آهنرباهای ساماریم-کبالت» و «آهنرباهای نئودیمیمی»

 

آهنربای نئودیمیم ND

این آهنرباها از آلیاژ سه عنصر نئودیمیم، آهن و بور ساخته می شوند به عنوان آهنربای معدنی نیز آنها را می‌شناسند. از بین آلیاژها ترکیب Nd2Fe14B به صورت تجاری تولید می‌شود.

عامه مردم آهنربای نئودیمیوم را با نام های دیگری همچون آهنربای نئودیمیم , آهنربای نئودیومی , مگنت نئودیمیوم , آهنربای نئودیوم, , آهنربای نئودیم نیز میشناسند.

ویژگی های آهنربای نئودیمیم

بارزترین ویژگی آهنرباهای نئودیمیم قدرت و انرژی آن است و به قدرتمند ترین اهنربای دائمی یا super magnet  معروف می باشد

نسبت به ساماریم-کبالت‌ها قیمت مناسب تری دارند اما در مجموع گرانقیمت هستند.

دمای کوری پایینی دارد و مقاومتشان در برابر حرارت و خوردگی کمتر از آهنرباهای ساماریم-کبالت است.

 

کاربردهای آهنرباهای نئودیمیم چیست؟

بعلت قدرت بالا ، کاربرد آهنربای نئودیمیوم بسیار گسترده و متنوع می‌باشد. میتوان از آن در ساخت ترانسفورماتور های تولید برق، موتورهای الکتریکی، وسایل نقلیه هیبریدی و در بخش های مختلف صنعت استفاده نمود.

به خاطر اینکه در مجموع  این آهنربا گران قیمت است تنها زمانی از آن‌ها استفاده می‌شود که ایجاد میدان مغناطیسی قوی توسط آهنربای کم حجم ضروری است.

از سایر موارد استفاده از آهنربا ها میتوان به این موارد نیز اشاره نمود:

  • ثابت کردن لوازم کارگاهی به دیوارها
  • ثابت کردن لوازم آشپزخانه مانند انواع کارد و چاقو
  • ثابت نمودن استیکر  و پوسترها بروی یخچال و کابینت
  • آویزان نمودن پرده ها بدون نصب چوب پرده بروی چارچوب فلزی
  • راستی آزمایی ضد زلزله بودن ساختمان های اسکلت فلزی
  • یافتن محل گذر لوله های آب فلزی درون دیوارها
  • تمیز نمودن سطوحی که در دسترس نیستند مانند پشت شیشه های آسمان خراشها
  • امور طبی مانند قرار دادن بروی سر برای کاهش دردهای مزمن سردرد یا دستبند های طبی
  • تشخیص اصالت نقره در اجسام نقره ای تقلبی که دارای فلز آهن با روکش نقره هستند

نکته: هرگز آهنربا های قوی مانند آهنربای نئودیمیوم را در مجاورت لوازم الکترونیکی مانند لپتاپ و گوشی های تلفن همراه قرار ندهید چرا که به آی سی های این نوع دستگاه ها آسیب رسانده و بعضا باعث نابودی موبایل و این دسته از وسایل می‌شوند..

 

مقایسه آهنربای نئودیمیم با آهنربای معمولی

در اینفوگرافیک زیر به بررسی تفاوت های آهنربای معمولی و آهنربای نئودیمیم می‌پردازیم:

مقایسه آهنربا نئودیمیوم و معمولی

تصویر4- مقایسه آهنربا نئودیمیوم و آهنربا معمولی

تهیه آهنرباهای نئودیمیم

آهنربای نئودیمیوم به اشکال مختلف هندسی منتظم و گاهی غیز منتظم با کاربردهای متنوع ساخته و تولید میشود که پر استفاده ترین آنها به شکل استوانه ای ، گرد (کروی) ، سکه ای ، حلقه ای ، مکعبی و نیم حلقه ای (شعاعی) میباشد. از لحاظ سایز و بسته به نوع کارایی ، میتواند در طولی از چند میلیمتر تا چندین دسی متر تولید گردد.

حدود 80درصد از آهنربای نئودیمیم جهان از چین حاصل می‌شود. برای تهیه و مشاهده‌ی نمونه های آهنرباهای نئودیمیوم به وبسایت باکس ابزار مراجعه فرمایید.

 

آهنربا ساماریوم کبالت

این مواد جزء آلیاژهایی هستند که از ترکیب آهن یا کبالت و یک فلز خاکی کمیاب مانند ساماریم تشکیل می‌شوند. در این میان دو ترکیب SmCo5 و Sm2Co17 به صورت تجاری تولید می‌شوند که با توجه به ترکیب درصدشان اولی را «سری ۱:۵» و دومی را «سری ۲:۱۷» می‌نامند.

نوع اول که اولین آلیاژ تولید شده نیز می­باشد،(1-5) دارای یک اتم ساماریوم به ازای 5 اتم کبالت است.

آلیاژ دوم که نوع تقویت شده ی آن است (2-17) دارای نسبت اتمی ساماریوم 2 به 14-17 عدد اتم کبالت است.( درواقع منظور از  14-17 اتم، ترکیب عناصر کبالت، مس و آهن با یکدیگر است که سهم کبالت از بقیه بیشتر است.)

ساماریوم کبالت(1-5)

انرژی تولیدی این خانواده بین 15 تا 24 مگا اورستد است و معمولاً تا دمای 250 درجه سانتی گراد را تحمل می­کند. اولین ترکیب های مربوطه به این خانواده در حدود سال 1970 میلادی تولید شد که تا اواخر 1990 میلادی نیز مورد استفاده قرار می­گرفت

ساماریوم کبالت(2-17)

طیف تولید انرژی این خانواده بین 21 تا 32 مگا اورستد را داراست و تا دماهای 300 الی 360 درجه سانتی گراد را نیز تحمل می­کند.  چگالی انرژی تولیدی و تحمل کردن دمای بالا در این خانواده باعث شده است که طراحان سیستم های مغناطیسی به این گروه علاقه مند باشند و خطرات محیطی را به حداقل برسانند تا در صنعت استفاده شود.

ویژگی های آهنربای ساماریوم کبالت

مقاومت ساماریوم کبالت در برابر خوردگی

ساماریوم کبالت در مقایسه با مگنت های نیودیمیوم، مقاومت بهتری از خود در برابر خوردگی نشان می­دهد. این مگنت نیازی به روکش یا آبکاری ندارد. عکس العمل بسیار کم ساماریوم کبالت در برابر عوامل محیطی، باعث شده این نوع  به عنوان یک گزینه­ی خوب برای خرید آهنربا در موارد پزشکی و فضایی مد نظر قرار گیرد. همچنین این مگنت در مصارف پزشکی توسط روکش پاریلین( نوعی روکش پلیمری) محافظت می­‌شود.

 تاثیر حرارت روی مگنت ساماریوم کبالت

آهنرباهای ساماریوم کبالت دمای کوری بالایی دارند. آنها قادر هستند تا حدود 300 درجه سانتی گراد را تحمل کنند. علاوه بر نوع آلیاژ و مگنت، هندسه مگنت هم بر روی مقاومت آن در برابر حرارت اثر می­گذارند. مگنت های ضحیم تر در این مورد بهتر عمل می­کنند.

شایان ذکر است اگر زمانی به طراحی دقیق مگنت در دمای بالا نیاز داشتیم، باید به هندسه و یا میدان های مخالف مغناطیسی موجود هم توجه کنیم و در طراحی لحاظ شوند و موارد گفته شده کلیات هستند.

توان آهنربایی آن‌ها نسبت به آهنرباهای معمولی به طرز چشمگیری بالاتر است و علاوه بر آن وادارندگی بیشتری نیز دارند.

مشکل آن‌ها این است که ترد و شکننده هستند و در صورت ضربه خوردن یا افتادن می‌شکنند.

همچنین ساماریم عنصری کمیاب و نسبتاً گران است و منابع تولید کبالت نیز ثبات کافی ندارند. ار این رو اصولا به عنوان گزینه اول برای خرید آهنربا در نظر گرفته نمی‌شوند.

 

کاربرد آهنربای ساماریوم کبالت

بطور کلی از آهنرباهای ساماریم-کبالت در جاهایی استفاده می‌شود که نیاز به پایداری مغناطیسی با تغییر دما وجود دارد.

  • در موتورهای DC، پله ای، سروو موتور و خطی با راندمان بالا
  • یاتاقان های مغناطیسی
  • کوپلاژهای مغناطیسی
  • بلندگوها
  • سوئیچ و رله
  • جداکننده های مغناطیسی
  • مشددهای مغناطیسی
  • آهن رباهای به کار رفته در سیستم های اسپاترینگ و خلاء
  • شتاب دهنده ذرات باردار

تصویر5- مقایسه آهنرباها

در پایان

باکس ابزار تلاش کرده است تا ضمن فروش ابزار خود مانند آهنربا، گامی در جهت افزایش آگاهی برداشته باشد. برای خرید آهنربا و مشاهده محصولات به وبسایت باکس ابزار مراجعه بفرمایید.

امیدواریم این مقاله مورد توجه شما قرار گرفته باشد. خواندن دیگر مقالات وبلاگ در مورد سایر ابزار آلات پیشنهاد نویسنده به شماست.

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.

فهرست