מגנטים משמשים בתעשיות רבות מייצור ועד הנדסה ולעיתים קרובות נדרשים לפעול בטמפרטורות קיצוניות. בחירת המגנט הנכון ליישומים בטמפרטורות גבוהות היא קריטית לקבלת ביצועים עמידות לאורך זמן. במאמר זה נבחן כיצד הטמפרטורה משפיעה על מגנטים ונסקור את סוגי המגנטים העמידים בטמפרטורות גבוהות, את תכונותיהם ואת היישומים הרגילים שלהם.

 

איך הטמפרטורה משפיעה על ביצועי המגנט

לפני שנצלול לסוגי המגנטים העמידים בטמפרטורות גבוהות, בוא נדבר על איך הטמפרטורה הסביבתית משפיעה על התכונות המגנטיות. באופן כללי, חום מפחית את עוצמת המגנט, וקור מגדיל את המגנטיות שלו. סביבות בטמפרטורות גבוהות עלולות לגרום למגנטים לאבד חלק מהמגנטיזציה שלהם באופן קבוע, תלוי עד כמה מעל לגבולות המגנט טמפרטורת ההפעלה.

1) טמפרטורת ההפעלה המקסימלית מול טמפרטורת קורי:

לכל מגנט יש טמפרטורת הפעלה מקסימלית בה הוא מתחיל לאבד את תכונותיו המגנטיות. ברגע שעוברים את הטמפרטורה הזו, תהיה אובדן מגנטי בלתי הפיך. טמפרטורת קורי היא הנקודה שבה מגנט מאבד את כל המגנטיזציה שלו. שתי הטמפרטורות שונות לסוגי ומדרגות מגנטים שונים.

2) אובדן מגנטי הפיך לעומת בלתי הפיך:

אם מחממים מגנט מעל טמפרטורת ההפעלה המקסימלית שלו אך לא עד לטמפרטורת קורי, הוא עלול לחוות אובדן הפיך. משמעות הדבר היא שהעוצמה של המגנט יכולה לחזור לאחר שהוא מתקרר. עם זאת, אם תחשפו אותו לטמפרטורות קיצוניות למשך זמן רב או תגיעו לטמפרטורת קורי, תהיה אובדן בלתי הפיך. משמעות הדבר היא שהמגנטיות לא תוחזר.

 

סוגי המגנטים העמידים בטמפרטורות גבוהות הנפוצים ביותר

להלן המגנטים העמידים בטמפרטורות גבוהות הנפוצים ביותר שניתן להשתמש בהם. כל אחד מהם בעל תכונות ייחודיות שהופכות אותו מתאים ליישומים שונים.

  1. מגנטים AlNiCo (אלומיניום-ניקל-קובלט)

טמפרטורת ההפעלה המקסימלית: עד 525°C

טמפרטורת קורי:: כ-850°C

מגנטים AlNiCo עשויים מתערובת של אלומיניום, ניקל, קובלט וברזל. הם יכולים להתמודד עם הטמפרטורות הגבוהות ביותר מבין המגנטים המסחריים, עד 525°C. משתמשים בהם בחיישנים, תפסי גיטרה ויישומים תעשייתיים בטמפרטורות גבוהות כי הם יציבים תרמית. למרות שהוחלפו על ידי מגנטים נדירים-עוצמה חזקה יותר במקומות רבים, עדיין אוהבים להשתמש במגנטים AlNiCo במקומות עם חום קיצוני.

  1. מגנטים פיריט (קרמיקה)

טמפרטורת ההפעלה המקסימלית: עד 250°C

טמפרטורת קורי: כ-450°C

מגנטים פיריט, הנקראים גם מגנטים קרמיים, עשויים בעיקר מחומצה ברזלית ואלמנטים מתכתיים אחרים. למרות שיש להם גבול טמפרטורה נמוך יותר לעומת מגנטים בטמפרטורות גבוהות אחרים, הם זולים ומבודדים חשמלית. תמצאו אותם בשימוש במוליכים ובכבלי מחשב כי הם פתרון כלכלי ליישומים שאינם חורגים מ-250°C.

  1. מגנטים SmCo (סמאריום קובלט)

טמפרטורת ההפעלה המקסימלית: 310-400°C

טמפרטורת קורי: ~700°C

מגנטים סמריום קובלט (SmCo) הם מאוד עמידים, בעלי עוצמת מגנטיות גבוהה ועמידות מצוינת לטמפרטורות. מגנטים אלה מצוינים לסביבות חמות במיוחד, במיוחד בהנדסה תעופתית ורכב. הם עמידים יותר בפני קורוזיה וחמצון מאשר מגנטים ניאודימיום ויש להם עמידות מצוינת נגד דימוג. לכן תראו אותם בשימוש ביישומים עם קצוות טמפרטורה גבוהות ונמוכות. 

  1. מגנטים NdFeB (ניאודימיום-ברזל-בורון)

טמפרטורה מרבית להפעלה: 80-200°C תלוי בדרגה

טמפרטורת קורי: 310-340°C

מגנטים ניאודימיום הם המגנטים החזקים ביותר הזמינים בשוק מבחינת עוצמת מגנטית. עם זאת, עמידותם בטמפרטורות גבוהות נמוכה יותר מ-SmCo ומ-AlNiCo. למגנטים ניאודימיום יש דרגות שונות בהתאם לכמות החום שהם יכולים להתמודד איתה:

M (80-100°C)

H (100-120°C)

SH (120-150°C)

UH (150-180°C)

EH (180-200°C)

בסביבת טמפרטורה גבוהה, מגנטים ניאודימיום מאבדים 0.11% מהמגנטיות שלהם עבור כל עלייה של 1°C בטמפרטורה. אובדן זה בדרך כלל הפיך כל עוד לא חורגים מהטמפרטורה המקסימלית.

טמפרטורת עבודה מקסימלית למגנטים שונים

טמפרטורה מרבית לעבודה של מגנט AlNiCo, מגנט פיריט, מגנט SmCo, מגנט NdFeB

 

גורמים מרכזיים המשפיעים על ביצועי המגנט בטמפרטורות גבוהות

בנוסף לסוג המגנט, יש כמה דברים נוספים לשקול כשמדובר באיך מגנטים מתפקדים בטמפרטורות גבוהות:

טמפרטורה סביבתית ולחות:

מגנטים החשופים לטמפרטורות גבוהות ולתנאי לחות עלולים להתקלקל מהר יותר. מגנטים ניאודימיום, לדוגמה, יחלידו, ולכן בדרך כלל הם מצופים במשהו כמו נחושת או אפוקסי כדי להגן עליהם בסביבות אלה.

הרכב החומר:

מגנטים שונים עשויים מחומרים שונים ולכן יש להם רמות עמידות שונות. מגנטים פיריט, לדוגמה, מבוססים על קרמיקה, ולכן הם מאוד עמידים לחום אך שבירים. מגנטים ניאודימיום, לעומת זאת, עשויים מתערובת מתכת, ולכן צריכים להיות מצופים כדי להחזיק מעמד, במיוחד בסביבות לחות או מחמצנות.

 

יישומי מגנטים בטמפרטורות גבוהות

ישנם תעשיות רבות שבהן נדרשים מגנטים שיכולים לעמוד בטמפרטורות גבוהות מכיוון שהביצועים צריכים להישאר עקביים כאשר הדברים מתחממים:

תעופה וחלל: מנועי טורבינה וחלקים אחרים משתמשים במגנטים לטמפרטורות גבוהות כאשר הטמפרטורה גבוהה.

רכב: מנועים חשמליים, חיישנים וחלקים אחרים ברכב משתמשים במגנטים שיכולים לעמוד בטמפרטורות גבוהות מכיוון שהמנוע וחלקים אחרים מתחממים.

ייצור והנדסה: מגנטים לטמפרטורות גבוהות משמשים בתהליכים תעשייתיים כמו ריתוך או עיבוד בחום גבוה. הם שומרים על המגנטיות שלהם למרות שהטמפרטורה משתנה.

מכשירים רפואיים: חלק מהציוד והכלים הרפואיים זקוקים למגנטים שעובדים בטמפרטורות סטריליזציה, שהן גבוהות.

 

כיצד לבחור מגנטים לטמפרטורות גבוהות

המגנט המתאים לטמפרטורות גבוהות עבור היישום שלך תלוי בתנאי ההפעלה הספציפיים שלך. עליך לדעת את הטמפרטורה המקסימלית, כמה זמן המגנט יהיה חשוף לטמפרטורה זו, וגורמים סביבתיים כמו לחות. מגנטים מסוג AlNiCo, פרריט, SmCo ו-NdFeB כולם בעלי רמות עמידות שונות לחום. כל אחד מהם משמש ביישומים מסחריים ותעשייתיים שונים. לפני שתבחר מגנט, עליך לדעת את הטמפרטורה המקסימלית להפעלה ואת טמפרטורת קירי של המגנט.

למידע נוסף על מגנטים לטמפרטורות גבוהות או לקבלת הצעת מחיר לצרכי המגנט שלך, בקר ב NBAEM. אנו עובדים עם חברות ותעשיות ברחבי העולם כדי לספק פתרונות איכותיים.