NdFeB магніти

Що таке неодимові магніти / магніти NdFeB?

Найпоширеніший видрідкоземельний магнітце неодимовий магніт, який зазвичай називають магнітом NdFeB, NIB або Neo.Неодим, залізо та бор були об’єднані для створення тетрагональної кристалічної структури постійного магніту Nd2Fe14B.Неодимові магніти є найсильнішим типом постійного магніту на ринку.Вони були окремо розроблені в 1984 році General Motors і Sumitomo Special Metals.

Залежно від використовуваного методу виробництва магніти NdFeB можна класифікувати якспеченийабо пов'язані.У багатьох сферах застосування в сучасних товарах, які потребують потужних постійних магнітів, таких як електродвигуни в акумуляторних інструментах, жорсткі диски та магнітні кріплення, вони зайняли місце інших типів магнітів.

Пояснення сили

Неодим є антиферомагнітним металом, який має магнітні характеристики в чистому вигляді, але лише при температурах нижче 19 K (254,2 °C; 425,5 °F).Для створення неодимових магнітів використовуються сполуки неодиму з феромагнітними перехідними металами, такими як залізо, температура Кюрі яких набагато вище кімнатної.

Сила неодимових магнітів - це комбінація різних факторів.Найбільш істотним є надзвичайно висока одноосьова магнітокристалічна анізотропія тетрагональної кристалічної структури Nd2Fe14B (HA 7 T - напруженість магнітного поля H в одиницях А/м проти магнітного моменту в Am2).Це вказує на те, що кристал речовини переважно намагнічується вздовж певної кристалічної осі, але намагнічувати в інших напрямках надзвичайно складно.Сплав неодимового магніту, як і інші магніти, складається з мікрокристалічних зерен, які під час виробництва вирівнюються в сильному магнітному полі таким чином, що всі їхні магнітні осі вказують в одному напрямку.Сполука має надзвичайно високу коерцитивну силу, або стійкість до розмагнічування, через стійкість кристалічної решітки до зміни напрямку магнетизму.

Спечені магніти NdFeB
Скріплені NdFeB компресійні магніти

Оскільки він містить чотири неспарених електрони в своїй електронній структурі порівняно (в середньому) з трьома в залізі, атом неодиму може мати значний магнітний дипольний момент.Неспарені електрони в магніті, які вирівняні таким чином, що їхні спіни спрямовані в одному напрямку, створюють магнітне поле.Це призводить до сильної намагніченості насичення для комбінації Nd2Fe14B (Js 1,6 Тл або 16 кГс) і типової залишкової намагніченості 1,3 тесла.У результаті ця магнітна фаза має здатність накопичувати значну кількість магнітної енергії (BHmax 512 кДж/м3 або 64 MGOe), оскільки найвища щільність енергії пропорційна Js2.

Це значення магнітної енергії приблизно у 18 разів за об’ємом і в 12 разів за масою більше, ніж у «звичайних» феритових магнітів.Самарієвий кобальт (SmCo), перший комерційно доступний рідкоземельний магніт, має нижчий рівень магнітної енергії, ніж сплави NdFeB.На магнітні характеристики неодимових магнітів дійсно впливають мікроструктура сплаву, процес виробництва та склад.

Атоми заліза та комбінація неодиму та бору знаходяться в альтернативних шарах усередині кристалічної структури Nd2Fe14B.Діамагнітні атоми бору сприяють когезії через міцні ковалентні зв’язки, але не роблять безпосереднього внеску в магнетизм.Неодимові магніти дешевші, ніж самарій-кобальтові магніти через порівняно низьку концентрацію рідкоземельних елементів (12% за об’ємом, 26,7% за масою), а також відносну доступність неодиму та заліза порівняно з самарієм і кобальтом.

Властивості

Оцінки:

Для їх класифікації використовується максимальний енергетичний добуток неодимових магнітів, який відповідає виробленню магнітного потоку на одиницю об’єму.Більш сильні магніти позначаються вищими значеннями.Існує загальноприйнята у всьому світі класифікація спечених магнітів NdFeB.Вони мають значення від 28 до 52. Неодимові або спечені магніти NdFeB позначаються початковим N перед значеннями.Значення супроводжуються літерами, що позначають власну коерцитивну силу та максимальні робочі температури, які позитивно корелюють із температурою Кюрі та варіюються від стандартної (до 80 °C або 176 °F) до TH (230 °C або 446 °F) .

Сортиспечені магніти NdFeB:

N30-N56, N30M-N52M, N30H-N52H, N30SH-N52SH, N28UH-N45UH, N28EH-N42EH, N30AH-N38AH

Магнітні властивості:

Серед важливих характеристик, які використовуються для контрастування постійних магнітів:

Реманентність(Br),який кількісно визначає напруженість магнітного поля.

Примусова сила(Hci),стійкість матеріалу до розмагнічування.

Продукт максимальної енергії(BHmax),найбільше значення щільності магнітного потоку (B) разів

напруженість магнітного поля, яка вимірює щільність магнітної енергії (H).

Температура Кюрі (TC), точка, в якій речовина перестає бути магнітним.

Крива розмагнічування

Неодимові магніти перевершують інші типи магнітів щодо залишкової намагніченості, коерцитивної сили та добутку енергії, але часто мають нижчу температуру Кюрі.Тербій і диспрозій — це два спеціальні сплави з неодимовим магнітом, які були створені з використанням вищих температур Кюрі та вищої температурної стійкості.Магнітні характеристики неодимових магнітів відрізняються від інших типів постійних магнітів у таблиці нижче.

магніт бр(T) Hcj(кА/м) BHmaxкДж/м3 TC
(℃) ( ℉)
Nd2Fe14B, спечений 1,0-1,4 750-2000 200-440 310-400 590-752
Nd2Fe14B, скріплений 0,6-0,7 600-1200 60-100 310-400 590-752
SmCo5, спечений 0,8-1,1 600-2000 120-200 720 1328
Sm(Co, Fe, Cu, Zr)7 спечений 0,9-1,15 450-1300 150-240 800 1472
AlNiCi, спечений 0,6-1,4 275 10-88 700-860 1292-1580
Sr-Ферит, спечений 0,2-0,78 100-300 10-40 450 842

Проблеми корозії

Межі зерен спеченого магніту особливо чутливі до корозії в спеченому Nd2Fe14B.Такий вид корозії може призвести до значних пошкоджень, таких як розшарування поверхневого шару або подрібнення магніту на порошок із дрібних магнітних частинок.

Багато комерційних товарів усувають цей ризик, включаючи захисне покриття, щоб уникнути впливу навколишнього середовища.Найпоширенішими покриттями є нікель, нікель-мідь-нікель і цинк, але також можуть використовуватися інші метали, а також полімерні та лакові захисні покриття.покриття.

Температурні ефекти

Неодим має від’ємний коефіцієнт, що означає, що коли температура підвищується, як коерцитивна сила, так і максимальна щільність магнітної енергії (BHmax) падають.При температурі навколишнього середовища неодим-залізо-борні магніти мають високу коерцитивну силу;однак, коли температура підвищується понад 100 °C (212 °F), коерцитивна сила швидко падає, поки не досягає температури Кюрі, яка становить близько 320 °C або 608 °F.Це зменшення коерцитивної сили обмежує ефективність магніту у високотемпературних застосуваннях, таких як вітряні турбіни, гібридні двигуни тощо. Щоб запобігти падінню продуктивності через температурні коливання, додають тербій (Tb) або диспрозій (Dy), що збільшує вартість магніт.

Додатки

Оскільки його вища міцність дозволяє використовувати менші та легші магніти для певного застосування, неодимові магніти витіснили аніко та феритові магніти в багатьох із незліченних застосувань у сучасній технології, де потрібні сильні постійні магніти.Ось кілька прикладів:

Головні приводи жорстких дисків комп'ютера

Механічні вимикачі електронної сигарети

Замки для дверей

Навушники та колонки

динаміки мобільних телефонів і приводи автофокусу

Жорсткі диски комп'ютера
Магнітні муфти та підшипники

Серводвигуни& Синхронні двигуни

Двигуни підйомні та компресорні

Шпиндельні та крокові двигуни

Гібридні та електроприводні двигуни автомобілів

Електричні генератори для вітрових турбін (з постійним магнітним збудженням)

Серводвигуни

Звукова котушка

Розділювачі футлярів для роздрібної торгівлі

Потужні неодимові магніти використовуються в переробній промисловості для захоплення сторонніх тіл і захисту продуктів і процесів.

Підвищена міцність неодимових магнітів надихнула на нові способи використання, наприклад, магнітні застібки для ювелірних виробів, дитячі магнітні конструктори (та інші неодимовімагнітні іграшки), а також як частина закриваючого механізму поточного спортивного парашутного обладнання.Вони є основним металом у колись популярних настільних іграшкових магнітах, відомих як «Бакіболс» і «Бакікубс», однак деякі магазини в Сполучених Штатах вирішили не продавати їх через міркування безпеки дітей, а в Канаді вони були заборонені. з тієї ж причини.

З появою відкритих сканерів магнітно-резонансної томографії (МРТ), які використовуються для огляду тіла в радіологічних відділеннях як альтернативи надпровідним магнітам, напруженість і однорідність магнітного поля неодимових магнітів також відкрили нові можливості в медичній промисловості.

Неодимові магніти використовуються для лікування гастроезофагеальної рефлюксної хвороби як хірургічно імплантована антирефлюксна система, яка являє собою смугу магнітів, хірургічно імплантованих навколо нижнього стравохідного сфінктера (ГЕРХ).Їх також імплантували в пальці, щоб увімкнути сенсорне відчуття магнітних полів, хоча це експериментальна операція, з якою знайомі лише біохакери та гриндери.

Усі магніти NdFeB

Спечені магніти NdFeB мають найвищі магнітні якості та використовуються в багатьох секторах, включаючи дверні засувки, двигуни, генератори та компоненти важкої промисловості.

Стиснуті магніти міцніші, ніж магніти, виготовлені під тиском.

Ін’єкційний пластиковий магніт NdFeB — це композиційний матеріал нового покоління, що складається з постійного магнітного порошку та пластику, з надзвичайними магнітними та пластичними властивостями, а також високою точністю та стійкістю до стресів.


Основні програми

Виробник постійних магнітів і магнітних вузлів