Неодимовий (Nd-Fe-B) магнітце звичайний рідкоземельний магніт, що складається з неодиму (Nd), заліза (Fe), бору (B) і перехідних металів. Вони мають чудову продуктивність у застосуванні завдяки своєму сильному магнітному полю, яке становить 1,4 тесла (Тл), одиниці магнітної індукції або щільності потоку.
Неодимові магніти поділяються на категорії за способом їх виробництва, який спечений або скріплений. Вони стали найбільш широко використовуваними магнітами після їх розробки в 1984 році.
У своєму природному стані неодим є феромагнітним і може намагнічуватися лише при надзвичайно низьких температурах. У поєднанні з іншими металами, такими як залізо, його можна намагнічувати при кімнатній температурі.
Магнітні властивості неодимового магніту можна побачити на зображенні праворуч.
Два типи рідкоземельних магнітів - це неодим і самарій-кобальт. До відкриття неодимових магнітів найчастіше використовувалися самарій-кобальтові магніти, але їх замінили неодимовими магнітами через витрати на виробництво самарій-кобальтових магнітів.
Які властивості неодимового магніту?
Основна характеристика неодимових магнітів полягає в тому, наскільки вони сильні для свого розміру. Магнітне поле неодимового магніту виникає, коли до нього прикладається магнітне поле і атомні диполі вирівнюються, що є петлею магнітного гістерезису. Коли магнітне поле припиняється, частина вирівнювання залишається в намагніченому неодимі.
Марки неодимових магнітів вказують на їх магнітну силу. Чим вищий номер класу, тим сильніша сила магніту. Ці цифри походять від їхніх властивостей, виражених у мегагаусах Ерстед або MGOe, що є найсильнішою точкою його кривої BH.
Шкала оцінки "N" починається з N30 і йде до N52, хоча магніти N52 використовуються рідко або використовуються лише в особливих випадках. Після числа «N» можуть йти дві літери, наприклад SH, які вказують коерцитивну силу магніту (Hc). Чим вищий Hc, тим вищу температуру може витримати неомагніт, перш ніж він втратить свою потужність.
У таблиці нижче наведено найпоширеніші сорти неодимових магнітів, які зараз використовуються.
Властивості неодимових магнітів
Реманентність:
Коли неодим поміщається в магнітне поле, атомні диполі вирівнюються. Після видалення з поля частина вирівнювання залишається, створюючи намагнічений неодим. Залишкова намагніченість — це щільність потоку, яка залишається, коли зовнішнє поле повертається від значення насичення до нуля, що є залишковою намагніченістю. Чим вище залишкова намагніченість, тим вище щільність потоку. Неодимові магніти мають щільність потоку від 1,0 до 1,4 Тл.
Залишкова намагніченість неодимових магнітів змінюється залежно від способу їх виготовлення. Спечені неодимові магніти мають T від 1,0 до 1,4. З’єднані неодимові магніти мають напругу від 0,6 до 0,7 Тл.
примусова сила:
Після того, як неодим намагнічений, він не повертається до нульової намагніченості. Щоб повернути його до нульової намагніченості, його потрібно повернути полем у протилежному напрямку, що називається коерцитивною силою. Ця властивість магніту полягає в його здатності протистояти впливу зовнішньої магнітної сили, не розмагнічуючись. Коерцитивна сила — це міра напруженості, необхідної від магнітного поля, щоб зменшити намагніченість магніту назад до нуля або опір магніту, який потрібно розмагнітити.
Коерцитивна сила вимірюється в ерстедах або амперах, позначених як Hc. Коерцитивна сила неодимових магнітів залежить від способу їх виготовлення. Спечені неодимові магніти мають коерцитивну силу від 750 Hc до 2000 Hc, тоді як зв’язані неодимові магніти мають коерцитивну силу від 600 Hc до 1200 Hc.
Енергетичний продукт:
Щільність магнітної енергії характеризується максимальним значенням щільності потоку, помноженого на напруженість магнітного поля, що є величиною магнітного потоку на одиницю площі поверхні. Одиниці вимірювання вимірюються в теслах для одиниць СІ та його гаусах із символом щільності потоку B. Щільність магнітного потоку — це сума зовнішнього магнітного поля H і магнітної поляризації магнітного тіла J в одиницях СІ.
Постійні магніти мають поле B у своєму ядрі та навколишньому середовищі. Напрямок напруженості поля В визначається точками всередині та зовні магніту. Стрілка компаса в полі B магніту вказує себе в напрямку поля.
Не існує простого способу обчислення щільності потоку магнітних форм. Існують комп’ютерні програми, які можуть зробити розрахунок. Прості формули можна використовувати для менш складних геометрій.
Інтенсивність магнітного поля вимірюється в Гаусах або Теслах і є загальноприйнятим показником сили магніту, який є мірою щільності його магнітного поля. Для вимірювання щільності потоку магніту використовується гаусметр. Щільність потоку для неодимового магніту становить 6000 Гаусс або менше, оскільки він має пряму лінію кривої розмагнічування.
Температура Кюрі:
Температура Кюрі, або точка Кюрі, — це температура, при якій магнітні властивості магнітних матеріалів змінюються та стають парамагнітними. У магнітних металах магнітні атоми вирівняні в одному напрямку та підсилюють магнітне поле один одного. Підвищення температури Кюрі змінює розташування атомів.
Коерцитивність зростає зі збільшенням температури. Хоча неодимові магніти мають високу коерцитивну силу при кімнатній температурі, вона знижується з підвищенням температури, поки не досягне температури Кюрі, яка може становити близько 320 ° C або 608 ° F.
Незалежно від того, наскільки сильними можуть бути неодимові магніти, екстремальні температури можуть змінити їхні атоми. Тривалий вплив високих температур може спричинити повну втрату магнітних властивостей, починаючи з 80°C або 176°F.
Як виготовляються неодимові магніти?
Для виробництва неодимових магнітів використовуються два процеси: спікання та склеювання. Властивості готових магнітів змінюються залежно від того, як вони виготовлені, причому спікання є найкращим із двох методів.
Як виготовляються неодимові магніти
Спікання
-
плавлення:
Неодим, залізо та бор відміряють і поміщають у вакуумну індукційну піч для формування сплаву. Інші елементи додаються для певних марок, таких як кобальт, мідь, гадоліній і диспрозій, щоб підвищити стійкість до корозії. Нагрівання створюється електричними вихровими струмами у вакуумі, щоб уникнути потрапляння забруднювачів. Суміш нео сплаву різна для кожного виробника та марки неодимового магніту.
-
Припудрювання:
Розплавлений сплав охолоджують і формують у злитки. Злитки подрібнюються в атмосфері азоту та аргону для створення порошку мікронного розміру. Порошок неодиму поміщають у бункер для пресування.
-
Натискання:
Порошок пресують у фільєру розміром трохи більше бажаної форми за допомогою процесу, відомого як висадка при температурі приблизно 725°C. Більша форма фільєри забезпечує усадку під час процесу спікання. Під час пресування матеріал піддається впливу магнітного поля. Його поміщають у другу матрицю для пресування в більш широку форму, щоб вирівняти намагніченість паралельно напрямку пресування. Деякі методи включають пристосування для створення магнітних полів під час пресування для вирівнювання частинок.
Перед тим як відпустити натиснутий магніт, він отримує розмагнічуючий імпульс, щоб залишити його розмагніченим і створити зелений магніт, який легко кришиться та має погані магнітні властивості.
-
Спікання:
Спікання, або фриттаж, ущільнює та формує зелений магніт за допомогою тепла, нижчого за температуру плавлення, щоб надати йому кінцевих магнітних властивостей. Процес ретельно контролюється в інертній безкисневій атмосфері. Оксиди можуть порушити роботу неодимового магніту. Він стискається при температурах, що досягають 1080° C, але нижче температури плавлення, щоб змусити частинки злипатися одна з одною.
Загартування застосовується для швидкого охолодження магніту та мінімізації фаз, які є варіантами сплаву з поганими магнітними властивостями.
-
Механічна обробка:
Спечені магніти шліфуються за допомогою алмазних або ріжучих інструментів, щоб надати їм правильну форму.
-
Покриття та покриття:
Неодим швидко окислюється і схильний до корозії, яка може послабити його магнітні властивості. Для захисту вони покриті пластиком, нікелем, міддю, цинком, оловом або іншими видами покриття.
-
Намагніченість:
Незважаючи на те, що магніт має напрямок намагніченості, він не намагнічений і повинен на короткий час піддаватися сильному магнітному полю, яке являє собою котушку дроту, що оточує магніт. Намагнічування включає конденсатори та високу напругу для створення сильного струму.
-
Остаточна перевірка:
Цифрові вимірювальні проектори перевіряють розміри, а рентгенівська флуоресцентна технологія перевіряє товщину покриття. Покриття перевіряється іншими способами, щоб переконатися в його якості та міцності. Крива BH перевіряється за допомогою графіка гістерезису, щоб підтвердити повне збільшення.
Склеювання
Склеювання, або компресійне склеювання, — це процес пресування, який використовує суміш неодимового порошку та епоксидного зв’язуючого агента. Суміш складається з 97% магнітного матеріалу та 3% епоксидної смоли.
Суміш епоксидної смоли та неодиму пресують у пресі або екструдують і затверджують у печі. Оскільки суміш пресується в матрицю або проходить через екструзію, магніти можна формувати у складні форми та конфігурації. Процес скріплення стисненням створює магніти з жорсткими допусками і не вимагає вторинних операцій.
Магніти, зв’язані стисненням, є ізотропними і можуть намагнічуватися в будь-якому напрямку, включаючи багатополярні конфігурації. Епоксидне зв’язування робить магніти достатньо міцними, щоб їх можна було фрезерувати чи токарно обробляти, але не свердлити чи нарізати.
Радіально спечений
Радіально орієнтовані неодимові магніти є найновішими магнітами на ринку магнітів. Процес виробництва радіально орієнтованих магнітів був відомий протягом багатьох років, але не був економічно ефективним. Останні технологічні розробки спростили виробничий процес, що полегшило виробництво радіально орієнтованих магнітів.
Три процеси виробництва радіально орієнтованих неодимових магнітів: анізотропне формування під тиском, гаряче пресування зворотної екструзії та радіальне вирівнювання обертового поля.
Процес спікання гарантує відсутність слабких місць у структурі магнітів.
Унікальною властивістю радіально орієнтованих магнітів є напрямок магнітного поля, яке простягається по периметру магніту. Південний полюс магніту знаходиться на внутрішній частині кільця, а північний полюс - на його окружності.
Радіально орієнтовані неодимові магніти є анізотропними і намагнічуються зсередини кільця назовні. Радіальна намагніченість збільшує магнітну силу кілець і може бути сформована в кілька візерунків.
Радіальні неодимові кільцеві магніти можна використовувати для синхронних двигунів, крокових двигунів і безщіткових двигунів постійного струму для автомобільної, комп’ютерної, електронної та комунікаційної промисловості.
Застосування неодимових магнітів
Конвеєри магнітної сепарації:
На демонстрації нижче конвеєрна стрічка покрита неодимовими магнітами. Магніти розташовані чергуванням полюсів назовні, що надає їм міцного магнітного утримання. Речі, які не приваблюють магніти, відпадають, а феромагнітний матеріал викидається в контейнер для збору.
Жорсткі диски:
Жорсткі диски мають доріжки та сектори з магнітними осередками. Комірки намагнічуються, коли дані записуються на накопичувач.
Звукознімачі для електрогітари:
Звукознімач для електрогітари відчуває вібрацію струн і перетворює сигнал на слабкий електричний струм, який надсилається на підсилювач і динамік. Електрогітари відрізняються від акустичних гітар, які підсилюють свій звук у порожнистій коробці під струнами. Електрогітари можуть бути виготовлені з цільного металу або дерева з електронним посиленням звуку.
Очищення води:
Неодимові магніти використовуються в обробці води, щоб зменшити утворення накипу від жорсткої води. Жорстка вода має високий вміст кальцію та магнію. При магнітній обробці води вода проходить через магнітне поле, щоб уловлювати накип. Технологія не була повністю визнана ефективною. Були обнадійливі результати.
Герконові перемикачі:
Геркон — це електричний вимикач, що працює за допомогою магнітного поля. Вони мають два контакти і металеві геркони в скляній оболонці. Контакти перемикача розімкнуті до активації магнітом.
Геркони використовуються в механічних системах як датчики наближення у дверях і вікнах для систем охоронної сигналізації та захисту від несанкціонованого доступу. У ноутбуках геркони переводять ноутбук у сплячий режим, коли кришка закрита. Педальні клавіатури для органів використовують герконові перемикачі, які знаходяться в скляному корпусі для контактів, щоб захистити їх від бруду, пилу та сміття.
Швейні магніти:
Неодимові вшивні магніти використовуються для магнітних застібок на гаманцях, одязі, папках або швидкозшивачках. Швейні магніти продаються парами, причому один магніт має a+, а інший a-.
Магніти для протезів:
Зубні протези можуть утримуватися на місці за допомогою магнітів, вбудованих у щелепу пацієнта. Магніти захищені від корозії від слини покриттям з нержавіючої сталі. Керамічний нітрид титану використовується, щоб уникнути стирання та зменшити вплив нікелю.
Магнітні дверні упори:
Магнітні дверні упори - це механічний упор, який утримує двері відкритими. Двері відчиняються, торкаються магніту та залишаються відкритими, доки двері не відтягнуть від магніту.
Застібка для ювелірних виробів:
Магнітні ювелірні застібки складаються з двох половинок і продаються як пара. Половинки мають магніт у корпусі з немагнітного матеріалу. Металева петля на кінці кріпить ланцюжок браслета або намиста. Корпуси магнітів вставляються один в одного, запобігаючи поперечному або зсувному руху між магнітами, щоб забезпечити міцне утримання.
Доповідачі:
Гучномовці перетворюють електричну енергію в механічну енергію або рух. Механічна енергія стискає повітря та перетворює рух на звукову енергію або рівень звукового тиску. Електричний струм, що проходить через дротяну котушку, створює магнітне поле в магніті, прикріпленому до динаміка. Звукова котушка притягується та відштовхується постійним магнітом, який змушує конус, до якого прикріплена звукова котушка, рухатися вперед і назад. Рух конусів створює хвилі тиску, які сприймаються як звук.
Датчики антиблокувальних гальм:
В антиблокувальних гальмах неодимові магніти загорнуті всередину мідних котушок у датчиках гальм. Антиблокувальна гальмівна система контролює швидкість прискорення та зниження швидкості коліс шляхом регулювання тиску в магістралі, що прикладається до гальма. Керуючі сигнали, що генеруються контролером і подаються на блок модуляції гальмівного тиску, приймаються від датчиків швидкості коліс.
Зубці кільця датчика обертаються повз магнітний датчик, що викликає зміну полярності магнітного поля, яке посилає частотний сигнал кутової швидкості осі. Розрізнення сигналу - прискорення коліс.
Розглядання неодимового магніту
Як найпотужніші та найсильніші магніти на землі, неодимові магніти можуть мати руйнівний негативний вплив. Важливо правильно поводитися з ними, враховуючи шкоду, яку вони можуть завдати. Нижче наведено описи деяких негативних ефектів неодимових магнітів.
Негативний вплив неодимових магнітів
Тілесні ушкодження:
Неодимові магніти можуть зіскочити і затиснути шкіру або завдати серйозних травм. Вони можуть стрибати або збиватися разом на відстані від кількох дюймів до кількох футів. Якщо палець буде на заваді, його можна зламати або сильно пошкодити. Неодимові магніти потужніші за інші види магнітів. Неймовірно могутня сила між ними часто може дивувати.
Поломка магніту:
Неодимові магніти є крихкими і можуть відшаруватися, надколюватися, тріскатися або розбиватися, якщо вони зіштовхнуться один з одним, у результаті чого маленькі гострі шматочки металу розлітаються на великій швидкості. Неодимові магніти виготовлені з твердого крихкого матеріалу. Незважаючи на те, що виготовлені з металу та мають блискучий металевий вигляд, вони не довговічні. При роботі з ними слід використовувати засоби захисту очей.
Тримайте подалі від дітей:
Неодимові магніти - не іграшки. Не можна дозволяти дітям брати їх у руки. Маленькі можуть спричинити задуху. Якщо проковтнути кілька магнітів, вони приєднаються один до одного через стінки кишечника, що спричинить серйозні проблеми зі здоров’ям, які вимагатимуть негайної екстреної операції.
Небезпека для кардіостимуляторів:
Напруженість поля в десять гаусів поблизу кардіостимулятора або дефібрилятора може взаємодіяти з імплантованим пристроєм. Неодимові магніти створюють сильні магнітні поля, які можуть перешкоджати роботі кардіостимуляторів, ІКД та імплантованих медичних пристроїв. Багато імплантованих пристроїв вимикаються, коли вони знаходяться поблизу магнітного поля.
Магнітні носії:
Сильні магнітні поля від неодимових магнітів можуть пошкодити магнітні носії, такі як дискети, кредитні картки, магнітні ідентифікаційні картки, касети, відеокасети, пошкодити старі телевізори, відеомагнітофони, комп’ютерні монітори та кінескопні дисплеї. Їх не слід розміщувати поблизу електронних приладів.
GPS і смартфони:
Магнітні поля заважають компасам або магнітометрам і внутрішнім компасам смартфонів і пристроїв GPS. Правила та норми Міжнародної асоціації повітряного транспорту та Федеральні правила США стосуються доставки магнітів.
Алергія на нікель:
Якщо у вас алергія на нікель, імунна система сприймає нікель як небезпечний зловмисник і виробляє хімічні речовини для боротьби з ним. Алергічна реакція на нікель - це почервоніння і висип на шкірі. Алергія на нікель частіше зустрічається у жінок і дівчат. Приблизно 36 відсотків жінок віком до 18 років мають алергію на нікель. Щоб уникнути алергії на нікель, уникайте використання неодимових магнітів з нікелевим покриттям.
Розмагнічування:
Неодимові магніти зберігають свою ефективність до 80°C або 175°F. Температура, при якій вони починають втрачати свою ефективність, залежить від сорту, форми та застосування.
Вогненебезпечний:
Неодимові магніти не можна свердлити або обробляти. Пил і порошок, що утворюються при подрібненні, легкозаймисті.
Корозія:
Неодимові магніти покриті певним покриттям або покриттям для захисту від негоди. Вони не є водонепроникними та можуть іржавіти або піддаватися корозії, якщо їх помістити у вологе або вологе середовище.
Стандарти та правила використання неодимового магніту
Незважаючи на те, що неодимові магніти мають сильне магнітне поле, вони дуже крихкі й потребують спеціального поводження. Декілька агенцій промислового моніторингу розробили правила поводження, виробництва та транспортування неодимових магнітів. Нижче наведено короткий опис деяких нормативних актів.
Стандарти та правила для неодимових магнітів
Американське товариство інженерів-механіків:
Американське товариство інженерів-механіків (ASME) має стандарти для підйомних пристроїв під гаком. Стандарт B30.20 поширюється на встановлення, перевірку, випробування, технічне обслуговування та експлуатацію підйомних пристроїв, які включають підйомні магніти, де оператор розміщує магніт на вантажі та направляє вантаж. Стандарт ASME BTH-1 застосовується в поєднанні з ASME B30.20.
Аналіз ризиків і критичні контрольні точки:
Аналіз небезпек і критичні контрольні точки (HACCP) є міжнародно визнаною системою превентивного управління ризиками. Він перевіряє безпеку харчових продуктів від біологічних, хімічних і фізичних небезпек, вимагаючи визначення та контролю небезпек у певних точках виробничого процесу. Він пропонує сертифікацію обладнання, що використовується на харчових підприємствах. HACCP ідентифікував і сертифікував певні розділові магніти, які використовуються в харчовій промисловості.
Міністерство сільського господарства США:
Обладнання для магнітної сепарації схвалено Службою сільськогосподарського маркетингу Міністерства сільського господарства Сполучених Штатів як таке, що відповідає вимогам двох програм харчової промисловості:
- Програма огляду молочного обладнання
- Програма огляду обладнання для м’яса та птиці
Сертифікація базується на двох стандартах або рекомендаціях:
- Санітарне проектування та виготовлення обладнання для переробки молока
- Санітарне проектування та виготовлення обладнання для переробки м’яса та птиці, яке відповідає гігієнічним вимогам NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014
Обмеження використання небезпечних речовин:
Норми щодо обмеження використання небезпечних речовин (RoHS) обмежують використання антипіренів свинцю, кадмію, полібромованого біфенілу (PBB), ртуті, шестивалентного хрому та полібромованого дифенілового ефіру (PBDE) в електронному обладнанні. Оскільки неодимові магніти можуть бути небезпечними, RoHS розробив стандарти поводження з ними та використання.
Міжнародна організація цивільної авіації:
Визначено, що магніти є небезпечним товаром для відправлень за межі континентальної частини Сполучених Штатів у міжнародні пункти призначення. Будь-який упакований матеріал, який транспортується повітрям, повинен мати напруженість магнітного поля 0,002 гауса або більше на відстані семи футів від будь-якої точки на поверхні упаковки.
Федеральне управління авіації:
Пакети, що містять магніти, які перевозяться повітрям, мають бути перевірені на відповідність встановленим стандартам. Пакунки з магнітами мають вимірювати менше ніж 0,00525 гауса на відстані 15 футів від упаковки. Потужні та сильні магніти повинні мати певну форму екранування. Є численні правила та вимоги, яких необхідно виконувати для транспортування магнітів повітрям через потенційну загрозу безпеці.
Обмеження, оцінка, дозвіл хімічних речовин:
Обмеження, оцінка та авторизація хімічних речовин (REACH) — це міжнародна організація, яка є частиною Європейського Союзу. Він регулює та розробляє стандарти для небезпечних матеріалів. Він містить кілька документів, які визначають належне використання, поводження та виготовлення магнітів. Значна частина літератури стосується використання магнітів у медичних пристроях та електронних компонентах.
Висновок
- Неодимові (Nd-Fe-B) магніти, відомі як неомагніти, є звичайними рідкоземельними магнітами, що складаються з неодиму (Nd), заліза (Fe), бору (B) і перехідних металів.
- Для виробництва неодимових магнітів використовуються два процеси: спікання та склеювання.
- Неодимові магніти стали найбільш широко використовуваними з багатьох різновидів магнітів.
- Магнітне поле неодимового магніту виникає, коли до нього прикладається магнітне поле і атомні диполі вирівнюються, що є петлею магнітного гістерезису.
- Неодимові магніти можна виготовляти будь-якого розміру, але зберігають свою початкову магнітну силу.
Час публікації: 11 липня 2022 р