چرا آهنربا خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهد؟ (علت‌ها + روش جلوگیری)

همه می دانند آهنربا چیست، اما همه، خواص مغناطیسی و چگونگی تأثیر زمان، دما، سایش و میدان های مغناطیسی خارجی را درک نمی کنند. آهنرباها از مواد فرومغناطیسی ساخته شده اند و حوزه های مغناطیسی کوچکی دارند. در حالت طبیعی، این حوزه ها هم تراز نیستند و خاصیت مغناطیسی کمی از خود نشان می دهند (اگر اصلاً خاصیت مغناطیسی داشته باشند). هنگامی که یک میدان مغناطیسی قوی اعمال می شود، باعث هم ترازی می شود و ماده خاصیت مغناطیسی پیدا می کند.

انواع آهنربا

آهنرباها می توانند دائمی باشند و تراز مغناطیسی خود را پس از مغناطیس شدن حفظ کنند، یا موقت باشند، مانند آهنرباهای الکتریکی که با حذف میدان مغناطیسی، مغناطیس خود را از دست می دهند.

مواد مختلفی خواص مغناطیسی از خود نشان می دهند، از جمله:

آهن

برای آهنرباهای الکتریکی و همچنین در آهنربای دائمی استفاده می شود.

اکسیدهای آهن

هماتیت، مگنتیت و اکسید آهن.

نیکل

مغناطیسی تا دمای متوسط.

کبالت

خاصیت مغناطیسی را در دماهای بالا حفظ می کند.

آلیاژها

آلیاژهای خاصی از آهن، نیکل یا کبالت.

عناصر خاکی کمیاب

آهنرباهای ساماریوم و نئودیمیوم.

آهنربای دائمی

آهنرباهای دائمی معمولاً از ترکیبی از مواد ساخته می شوند. انواع رایج عبارتند از:

فریت

به عنوان یک آهنربای سرامیکی شناخته می شود و از فریت استرانسیوم ساخته شده است، ارزان و مقاوم در برابر خوردگی اما شکننده و ماشین کاری آن دشوار است. قابل استفاده تا دمای ۲۵۰ درجه سانتی‎گراد.

آلنیکو

آلیاژی از آلومینیوم، نیکل، آهن و کبالت با مقاومت خوردگی خوب و قابلیت کارکرد تا دمای ۴۲۵ درجه سانتیگراد.

نئودیمیوم

آهنرباهای نئودیمیوم ساخته شده از نئودیمیوم، آهن و بور، که اغلب برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی، آبکاری یا با اپوکسی پوشانده شده اند و تا دمای 8۰ درجه سانتیگراد قابلیت استفاده دارند (البته گریدهای حرارتی خاص تا 150 درجه سانتی گراد هم قابل تولید است).

ساماریوم ساخته شده از کبالت و ساماریوم، گران، قدرتمند، مقاوم در برابر خوردگی و تحمل دما تا ۳۵۰ درجه سانتی گراد.

پلاستیک

آهنربای دائمی پودری که با ترموپلاستیک ها پیوند خورده است. خواص مکانیکی عالی اما محدود به ۱۲۰ درجه سانتیگراد.

عواملی که باعث از بین رفتن خواص مغناطیسی آهنربا می شوند عبارتند از:

فرسایش

قدرت مغناطیسی مستقیماً به ابعاد فیزیکی وابسته است، بنابراین ساییدگی و پارگی و همچنین قطعات شکسته منجر به نیروی مغناطیسی کمتری می شوند. یک آهنربای فریت به ویژه در برابر لب پریدگی آسیب پذیر است.

خوردگی

با جدا کردن حوزه های مغناطیسی از یکدیگر و ترغیب آنها به تغییر جهت گیری، ساختار فیزیکی آهنربا را مختل می کند.

دمای بالا

مواد مغناطیسی با گرم شدن، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند، اما با سرد شدن، در صورتی که دما کمتر از دمای کوری آنها باشد، خاصیت مغناطیسی خود را دوباره به دست می آورند. بالاتر از دمای کوری، یک آهنربا به طور دائم تمام یا بخشی از خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهد.

میدان های مغناطیسی خارجی

میدان های مغناطیسی قوی و مخالف می توانند باعث شوند که حوزه های مغناطیسی جهت گیری خود را از دست بدهند و به حالت انرژی پایین تری که در آن همتراز نیستند، بروند. این تمایل را می توان با افزودن موادی که به محدود کردن حوزه های مغناطیسی در جهت درست کمک می کنند، کاهش داد.

زمان

اگرچه یک آهنربا با گذشت زمان ضعیف تر می شود، اما میزان مغناطیس زدایی طبیعی به دمای عملیاتی و میدان های مغناطیسی خارجی بستگی دارد و در صورتی که آهنربا زیر حداکثر دمای عملیاتی خود نگه داشته شود، سال ها طول می کشد تا خاصیت مغناطیسی خود را از دست دهد.

روش های جلوگیری

دور از گرما نگه دارید

نزدیک بخاری، موتور، اجاق، داخل ماشین زیر آفتاب و… نگذارید. گرما بزرگ ترین عامل افت قدرت است.

ضربه نزنید / نیندازید

افتادن، چکش خوردن، لرزش های شدید یا فشار مکانیکی می تواند دامنه های مغناطیسی را به هم بزند.

از میدان مغناطیسیِ مخالف دورش کنید

کنار آهنربای قوی با جهت مخالف، بلندگوهای قوی، ترانس/موتورهای الکتریکی، دستگاه های القایی… قرار ندهید.

نگهداری درست (با کیپر/اتصال دهنده)

برای آهنربای نعلی (U شکل) یک تکه آهن نرم را روی دو سر آهنربا بگذارید (keeper) تا مدار مغناطیسی بسته بماند.

برای آهنرباهای میله ای بهتر است جفت جفت نگهداری شوند (قطب های مخالف کنار هم) و یک تکه آهن نرم دو سرشان را به هم وصل کند.

رطوبت و زنگ زدگی را کم کنید مخصوصاً آهنرباهای فریت/آهنی و برخی آلیاژها؛ رطوبت و خوردگی می تواند هم بدنه را خراب کند هم قدرت را کم کند.

انتخاب جنس مناسب برای کاربرد

اگر گرما دارید، ساماریوم-کبالت (SmCo) معمولاً پایداری دمایی بهتری دارد.

نئودیمیوم (NdFeB) خیلی قوی است ولی به گرما و خوردگی حساس تر است مگر نوع دمای بالا و روکش مناسب باشد.

از دماهای بالا و سیکل های حرارتی تکراری پرهیز کنید: گرم و سرد شدن مداوم هم به مرور اثر دارد.