1. المغناطيسية
تُظهر التجارب أن أي مادة يمكن مغنطتها بدرجة أو بأخرى في مجال مغناطيسي خارجي، ولكن درجة المغنطة تختلف. ووفقًا لخصائص المادة في المجال المغناطيسي الخارجي، يمكن تقسيمها إلى خمس فئات: المواد البارامغناطيسية، والمواد الديامغناطيسية، والمواد الحديدية المغناطيسية، والمواد الحديدية المغناطيسية، والمواد المضادة للحديد المغناطيسية. تُسمى المواد البارامغناطيسية والمواد الديامغناطيسية المواد ذات المغناطيسية الضعيفة، بينما تُسمى المواد الحديدية المغناطيسية والمواد الحديدية المغناطيسية المواد ذات المغناطيسية القوية.
2. المواد المغناطيسية
المواد المغناطيسية اللينة: يمكن تحقيق أقصى مغنطة بأصغر مجال مغناطيسي خارجي. وهي مادة مغناطيسية ذات قوة إجبارية منخفضة ونفاذية عالية. المواد المغناطيسية اللينة سهلة المغنطة وإزالة المغنطة منها. على سبيل المثال: الفريت الليّن، والسبائك النانوية البلورية غير المتبلورة.
المواد المغناطيسية الصلبة: تُسمى أيضًا المواد المغناطيسية الدائمة، وهي مواد يصعب مغنطتها ويصعب إزالة مغنطتها بعد مغنطتها. ميزتها الرئيسية هي قوة الجذب العالية، وتشمل المواد المغناطيسية الدائمة للأتربة النادرة، والمواد المغناطيسية الدائمة المعدنية، والفيرايتات الدائمة.
المواد المغناطيسية الوظيفية: بشكل أساسي المواد المغناطيسية الانقباضية، ومواد التسجيل المغناطيسي، ومواد المقاومة المغناطيسية، ومواد الفقاعات المغناطيسية، والمواد المغناطيسية البصرية، ومواد الأغشية الرقيقة المغناطيسية.
3. مادة المغناطيس الدائم NdFeB
تعتمد مادة المغناطيس الدائم NdFeB المُلبَّدة على تقنية مسحوق المعادن. تُصنَّع السبائك المُصهورة على شكل مسحوق وتُضغط في مجال مغناطيسي لتشكيل مادة مضغوطة. تُلبَّد المادة المضغوطة في غاز خامل أو فراغ لتحقيق التكثيف، وذلك لتحسين قوة المغناطيس القسرية. عادةً ما تتطلب معالجة حرارية للشيخوخة، ثم تُعالَج وتُعالج السطح للحصول على المنتج النهائي.
يتم تصنيع البورون الحديدي النيوديميوم المرتبط من مسحوق المغناطيس الدائم المخلوط مع المطاط القابل للرياح أو البلاستيك الصلب والخفيف والمطاط ومواد الترابط الأخرى، ويتم تشكيله مباشرة في أجزاء مغناطيسية دائمة بأشكال مختلفة وفقًا لمتطلبات المستخدم.
يمكن لـ NdFeB المضغوط الساخن تحقيق خصائص مغناطيسية مماثلة لـ NdFeB المسحوق دون إضافة عناصر أرضية نادرة ثقيلة، مع كثافة عالية، وتوجيه عالي، ومقاومة جيدة للتآكل، وإكراه عالي، وقوالب شبه نهائية، وما إلى ذلك. المزايا، ولكن الأداء الميكانيكي ليس جيدًا وتكلفة المعالجة أعلى بسبب احتكار براءات الاختراع.
4. بقايا Br
تشير إلى شدة الحث المغناطيسي لمغناطيس نيوديميوم حديد بورون مُلبَّد عند مغنطة مغناطيس بواسطة مجال مغناطيسي خارجي في بيئة دائرة مغلقة حتى تشبع التقنية، ثم يُلغى المجال المغناطيسي الخارجي. وبعبارة أبسط، يمكن فهمها مؤقتًا على أنها القوة المغناطيسية للمغناطيس بعد المغنطة. وحدتا القياس هما تسلا (T) وجاوس (Gs)، 1Gs = 0.0001T.
5. الإكراه Hcb
عند مغنطة المغناطيس في الاتجاه المعاكس، تُسمى قيمة شدة المجال المغناطيسي العكسي اللازمة لخفض شدة الحث المغناطيسي إلى الصفر قوة الإكراه المغناطيسية. مع ذلك، لا تكون مغنطة المغناطيس صفرًا في هذه اللحظة، بل يتلاشى المجال المغناطيسي العكسي المطبق ومغنطة المغناطيس. عندها، حتى مع إزالة المجال المغناطيسي الخارجي، يحتفظ المغناطيس بخصائص مغناطيسية معينة. 1 أمبير/متر = (4π/1000) أوم، 1 أوم = (1000/4π) أوم/متر.
6. الإكراه الجوهري Hcj
تُسمى قوة المجال المغناطيسي العكسي اللازمة لخفض مغناطيسية المغناطيس إلى الصفر بالقوة القسرية الذاتية. ويعتمد تصنيف الدرجات المغناطيسية على قوتها القسرية الذاتية. القوة القسرية المنخفضة N، القوة القسرية المتوسطة M، القوة القسرية العالية H، القوة القسرية الفائقة UH، القوة القسرية العالية جدًا EH، القوة القسرية العالية TH.
7. أقصى ناتج للطاقة المغناطيسية (BH)max
يُمثل كثافة الطاقة المغناطيسية التي تُنشئها المسافة بين قطبي المغناطيس المغناطيسي، أي الطاقة المغناطيسية الساكنة لكل وحدة حجم من فجوة الهواء، وهي القيمة القصوى لحاصل ضرب B وH، ويشير حجمها مباشرةً إلى أداء المغناطيس. في ظل نفس الظروف، أي نفس الحجم، ونفس عدد الأقطاب، ونفس جهد المغناطيسية، يمكن للأجزاء المغناطيسية ذات حاصل ضرب الطاقة المغناطيسية العالي الحصول على مغناطيسية سطحية أعلى، ولكن عند نفس قيمة (BH)max، تبقى مستويات Br وHcj ثابتة. يؤثر هذا على المغناطيسية كما يلي:
ارتفاع Br، انخفاض Hcj: تحت نفس الجهد المغناطيسي، يمكن الحصول على مغناطيسية سطحية أعلى؛
Br منخفض، Hcj مرتفع: للحصول على نفس المغناطيسية السطحية، هناك حاجة إلى جهد مغناطيسي أعلى.
8. نظام SI ونظام CGS
يشبه النظام الدولي للوحدات والنظام الغاوسي الفرق بين المتر والميل في وحدة الطول. هناك علاقة تحويل معقدة بين النظام الدولي للوحدات والنظام الغاوسي.
9. درجة حرارة كوري
هي درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة المغناطيسية بين جسم مغناطيسي حديدي وجسم مغناطيسي بارامغناطيسي. عندما تكون درجة الحرارة أقل من درجة حرارة كوري، تصبح المادة جسمًا مغناطيسيًا حديديًا. في هذه الحالة، يصعب تغيير المجال المغناطيسي المرتبط بالمادة. أما عندما تكون درجة الحرارة أعلى من درجة حرارة كوري، تصبح المادة جسمًا مغناطيسيًا بارامغناطيسيًا، ويمكن أن يتغير المجال المغناطيسي للمغناطيس بسهولة مع المجال المغناطيسي المحيط به.
تُمثل درجة حرارة كوري الحد النظري لدرجة حرارة التشغيل للمواد المغناطيسية. تتراوح درجة حرارة كوري لنيوديميوم-حديد-بورون بين 320 و380 درجة مئوية تقريبًا. يرتبط مستوى نقطة كوري بالبنية البلورية المتكونة من تلبيد المغناطيس. إذا وصلت درجة الحرارة إلى درجة حرارة كوري، تتحرك الجزيئات داخل المغناطيس بعنف وتفقد مغناطيسيتها، وهي عملية لا رجعة فيها؛ وبعد فقدان مغناطيسية المغناطيس، يمكن مغنطته مرة أخرى، لكن القوة المغناطيسية ستنخفض بشكل ملحوظ، لتصل فقط إلى حوالي 50% من قوته الأصلية.
10. درجة حرارة العمل
أقصى درجة حرارة تشغيل لنيوديميوم-حديد-بورون المُلبَّد أقل بكثير من درجة حرارة كوري. تنخفض القوة المغناطيسية بارتفاع درجة الحرارة، لكن معظمها يستعيد قوته بعد التبريد.
العلاقة بين درجة حرارة التشغيل ودرجة حرارة كوري: درجة حرارة كوري أعلى بحوالي 100 درجة مئوية، ودرجة حرارة تشغيل المادة المغناطيسية أعلى نسبيًا، واستقرارها الحراري أفضل. إضافة الكوبالت والتيربيوم والديسبروسيوم وعناصر أخرى إلى خامات النيوديميوم والحديد والبورون المُلبَّدة قد تزيد من درجة حرارة كوري، لذا تحتوي المنتجات عالية القوة (H، SH، إلخ) عادةً على الديسبروسيوم.
تعتمد أقصى درجة حرارة تشغيل لمغناطيس NdFeB المُلبَّد على خصائصه المغناطيسية واختيار نقاط التشغيل. بالنسبة لنفس مغناطيس NdFeB المُلبَّد، كلما اقتربت الدائرة المغناطيسية العاملة، ارتفعت أقصى درجة حرارة تشغيل للمغناطيس وازداد استقرار أدائه. لذلك، فإن أقصى درجة حرارة تشغيل للمغناطيس ليست قيمة ثابتة، بل تتغير بتغير درجة انغلاق الدائرة المغناطيسية.
11. اتجاه المجال المغناطيسي
تُقسّم المواد المغناطيسية إلى نوعين: مغناطيس متساوي الخواص ومغناطيس متباين الخواص. للمغناطيس المتساوي الخواص خواص مغناطيسية متماثلة في أي اتجاه، ويمكنه الانجذاب إلى بعضه البعض بحرية؛ بينما للمغناطيس المتباين الخواص خواص مغناطيسية مختلفة في اتجاهات مختلفة. ويُسمى الاتجاه الذي يُعطي أفضل خواص مغناطيسية فيه اتجاه توجيه المغناطيس.
بالنسبة لمغناطيس NdFeB المُلبَّد مربعًا، يكون اتجاه التوجيه فقط هو الأعلى، بينما يكون الاتجاهان الآخران أقل بكثير. إذا كانت المادة المغناطيسية تخضع لعملية توجيه أثناء عملية الإنتاج، فهي مغناطيس متباين الخواص. عادةً ما يُصَب NdFeB المُلبَّد ويُضغط باتجاه المجال المغناطيسي، وبالتالي يكون متباين الخواص، لذا يجب تحديد اتجاه التوجيه قبل الإنتاج، وهو اتجاه المغناطيسية المُستقبلي. يُعد اتجاه المجال المغناطيسي للمسحوق إحدى التقنيات الرئيسية لتصنيع NdFeB عالي الأداء. (رابطة NdFeB متباينة الخواص ومتساوية الخواص).
12. مغناطيسي
يشير هذا المصطلح إلى شدة الحث المغناطيسي عند نقطة معينة على سطح المغناطيس (المغناطيسية السطحية لمركز المغناطيس وحوافه ليست متساوية). وهي القيمة التي يقيسها مقياس جاوس عند ملامسته لسطح معين من المغناطيس، وليست الأداء المغناطيسي الكلي للمغناطيس.
13. التدفق المغناطيسي
لنفترض أنه في مجال مغناطيسي منتظم شدة حثه المغناطيسي B، يوجد مستوى مساحته S وعمودي على اتجاه المجال المغناطيسي. يُسمى حاصل ضرب شدة الحث المغناطيسي B في المساحة S التدفق المغناطيسي المار عبر هذا المستوى، ويُشار إليه بالتدفق المغناطيسي، ويرمز له بـ "Φ"، ووحدته هي ويبر (Wb). التدفق المغناطيسي هو كمية فيزيائية تمثل توزيع المجال المغناطيسي. وهو قياسي، ولكن له قيم موجبة وسالبة، والتي تمثل اتجاهه فقط. Φ = B·S، وعندما تكون هناك زاوية θ بين المستوى الرأسي S وB، فإن Φ = B·S·cosθ.
14. الطلاء الكهربائي
تُنتج مادة المغناطيس الدائم المصنوعة من النيوديميوم والحديد والبورون المُلبَّد بتقنية مسحوق المعادن. وهي مادة مسحوق نشطة كيميائيًا. تحتوي على مسام وتجاويف دقيقة، مما يجعلها سهلة التآكل والأكسدة في الهواء. لذلك، يجب إجراء معالجة دقيقة للسطح قبل الاستخدام. يُستخدم الطلاء الكهربائي على نطاق واسع كطريقة لمعالجة أسطح المعادن الناضجة.
الطلاءات الأكثر شيوعًا لمغناطيسات النيوديميوم والحديد والبورون القوية هي طلاء الزنك وطلاء النيكل. تختلف هذه الطلاءات بوضوح في المظهر، ومقاومة التآكل، وعمر الخدمة، والسعر.
فرق التلميع: يتفوق طلاء النيكل على طلاء الزنك في التلميع، كما أن مظهره أكثر إشراقًا. عادةً ما يختار أصحاب المتطلبات العالية لمظهر المنتج طلاء النيكل، بينما بعض المغناطيسات غير مكشوفة، ويكون تأثير طلاء الزنك بشكل عام على مظهر المنتج منخفضًا نسبيًا.
الفرق في مقاومة التآكل: الزنك هو معدن نشط ويمكن أن يتفاعل مع الأحماض، لذلك لديه مقاومة ضعيفة للتآكل؛ بعد معالجة السطح المطلي بالنيكل، تكون مقاومته للتآكل أعلى.
اختلاف عمر الخدمة: نظرًا لاختلاف مقاومة التآكل، فإن عمر خدمة طلاء الزنك أقل من طلاء النيكل. والسبب الرئيسي هو سهولة تساقط طبقة السطح بعد الاستخدام الطويل، مما يؤدي إلى أكسدة المغناطيس، مما يؤثر على أدائه المغناطيسي.
فرق الصلابة: طلاء النيكل أعلى من طلاء الزنك. أثناء الاستخدام، يُجنّب المغناطيس القوي المصنوع من النيوديميوم والحديد والبورون التصادمات بشكل كبير، مما يؤدي إلى ظهور زوايا وتشققات.
فرق السعر: الجلفنة مفيدة جدًا في هذا الصدد، ويتم ترتيب الأسعار من المنخفضة إلى المرتفعة مثل الجلفنة، والطلاء بالنيكل، والراتنج الإيبوكسي، وما إلى ذلك.
15.مغناطيس أحادي الجانب
للمغناطيس قطبان، ولكن في بعض أوضاع التشغيل، يلزم مغناطيس أحادي الجانب. لذلك، يجب تغطية أحد جانبي المغناطيس بصفائح حديدية بحيث يكون الجانب المغطى بها محميًا مغناطيسيًا. تُسمى هذه المغناطيسات مجتمعةً مغناطيسًا أحادي الجانب. لا يوجد مغناطيس أحادي الجانب فعليًا.
