Čo sú neodymové magnety / magnety NdFeB?
Najbežnejší druhmagnet vzácnych zemínje neodýmový magnet, bežne označovaný ako NdFeB, NIB alebo Neo magnet.Neodym, železo a bór sa spojili a vytvorili tetragonálnu kryštalickú štruktúru permanentného magnetu Nd2Fe14B.Neodymové magnety sú v súčasnosti najsilnejším typom permanentných magnetov na trhu.Samostatne ich vyvinuli v roku 1984 General Motors a Sumitomo Special Metals.
V závislosti od použitej výrobnej metódy možno NdFeB magnety klasifikovať akospekanéalebo viazané.V mnohých aplikáciách súčasného tovaru, ktorý potrebuje silné permanentné magnety, ako sú elektrické motory v akumulátorovom náradí, mechaniky pevných diskov a magnetické spojovacie prvky, nahradili iné typy magnetov.
Vysvetlenie sily
Neodym je antiferomagnetický kov, ktorý vykazuje magnetické vlastnosti, keď je čistý, ale iba pri teplotách nižších ako 19 K (254,2 °C; 425,5 °F).Na vytvorenie neodýmových magnetov sa používajú zlúčeniny neodýmu s feromagnetickými prechodnými kovmi, ako je železo, ktoré majú Curieho teploty oveľa vyššie ako izbová teplota.
Sila neodymových magnetov je kombináciou rôznych vecí.Najvýznamnejšou je extrémne vysoká jednoosová magnetokryštalická anizotropia tetragonálnej kryštálovej štruktúry Nd2Fe14B (HA 7 T - sila magnetického poľa H v jednotkách A/m proti magnetickému momentu v Am2).To naznačuje, že kryštál látky magnetizuje prednostne pozdĺž určitej kryštálovej osi, ale je mimoriadne náročné magnetizovať v iných smeroch.Zliatina neodýmových magnetov, podobne ako iné magnety, je vyrobená z mikrokryštalických zŕn, ktoré sú pri výrobe zarovnané v silnom magnetickom poli tak, že všetky ich magnetické osi smerujú rovnakým smerom.Zlúčenina má extrémne vysokú koercitivitu alebo odolnosť voči demagnetizácii v dôsledku odolnosti kryštálovej mriežky voči zmene smeru magnetizmu.
Pretože atóm neodýmu obsahuje vo svojej elektrónovej štruktúre štyri nepárové elektróny v porovnaní s (v priemere) tromi v železe, je schopný mať významný magnetický dipólový moment.Nespárované elektróny v magnete, ktoré sú zarovnané tak, že ich rotácie smerujú rovnakým smerom, vytvárajú magnetické pole.Výsledkom je silná saturačná magnetizácia pre kombináciu Nd2Fe14B (Js 1,6 T alebo 16 kG) a typická zvyšková magnetizácia 1,3 tesla.Výsledkom je, že táto magnetická fáza má schopnosť uchovávať značné množstvo magnetickej energie (BHmax 512 kJ/m3 alebo 64 MGOe), pretože najvyššia hustota energie je úmerná Js2.
Táto hodnota magnetickej energie je približne 18-krát objemovo a 12-krát hmotnostne väčšia ako "bežné" feritové magnety.Samarium kobalt (SmCo), prvý komerčne dostupný magnet zo vzácnych zemín, má nižšiu úroveň tejto vlastnosti magnetickej energie ako zliatiny NdFeB.Magnetické vlastnosti neodymových magnetov sú skutočne ovplyvnené mikroštruktúrou zliatiny, výrobným procesom a zložením.
Atómy železa a kombinácia neodýmu a bóru sa nachádzajú v alternatívnych vrstvách vo vnútri kryštálovej štruktúry Nd2Fe14B.Diamagnetické atómy bóru podporujú súdržnosť prostredníctvom silných kovalentných väzieb, ale neprispievajú priamo k magnetizmu.Neodymové magnety sú lacnejšie ako samárium-kobaltové magnety kvôli pomerne nízkej koncentrácii vzácnych zemín (12 % objemu, 26,7 % hmotnosti), ako aj relatívnej dostupnosti neodýmu a železa v porovnaní so samáriom a kobaltom.
Vlastnosti
Známky:
Na ich klasifikáciu sa používa maximálny energetický produkt neodymových magnetov, ktorý zodpovedá produkcii magnetického toku na jednotku objemu.Silnejšie magnety sú označené vyššími hodnotami.Existuje všeobecne akceptovaná celosvetová kategorizácia pre spekané NdFeB magnety.Ich hodnota sa pohybuje od 28 do 52. Neodym alebo sintrované NdFeB magnety sú označené počiatočným N pred hodnotami.Za hodnotami nasledujú písmená, ktoré označujú vnútornú koercitivitu a maximálne prevádzkové teploty, ktoré pozitívne korelujú s Curieovou teplotou a pohybujú sa od predvolenej hodnoty (do 80 °C alebo 176 °F) po TH (230 °C alebo 446 °F) .
Stupnesintrované NdFeB magnety:
N30-N56, N30M-N52M, N30H-N52H, N30SH-N52SH, N28UH-N45UH, N28EH-N42EH, N30AH-N38AH
Magnetické vlastnosti:
Medzi dôležité vlastnosti používané na kontrast permanentných magnetov patria:
Remanencia(Br),ktorý kvantifikuje silu magnetického poľa.
Donucovanie(Hci),odolnosť materiálu proti demagnetizácii.
Maximálny energetický produkt(BHmax),najväčšia hodnota hustoty magnetického toku (B) krát
sila magnetického poľa, ktorá meria hustotu magnetickej energie (H).
Curieova teplota (TC), bod, v ktorom látka prestáva byť magnetická.
Neodymové magnety prekonávajú iné typy magnetov, pokiaľ ide o remanenciu, koercitivitu a energetický produkt, ale často majú nižšie Curieho teploty.Terbium a dysprosium sú dve špeciálne zliatiny neodýmových magnetov, ktoré boli vytvorené s vyššími Curieho teplotami a vyššou teplotnou toleranciou.Magnetický výkon neodymových magnetov je v porovnaní s inými typmi permanentných magnetov v tabuľke nižšie.
| Magnet | Br(T) | Hcj(kA/m) | BHmaxkJ/m3 | TC | |
| (℃) | ( ℉) | ||||
| Nd2Fe14B, spekaný | 1,0-1,4 | 750-2000 | 200-440 | 310-400 | 590-752 |
| Nd2Fe14B, viazaný | 0,6-0,7 | 600-1200 | 60-100 | 310-400 | 590-752 |
| SmCo5, spekaný | 0,8-1,1 | 600-2000 | 120-200 | 720 | 1328 |
| Sm(Co, Fe, Cu, Zr)7 spekané | 0,9-1,15 | 450-1300 | 150-240 | 800 | 1472 |
| AlNiCi, spekaný | 0,6-1,4 | 275 | 10-88 | 700-860 | 1292-1580 |
| Sr-Ferrit, spekaný | 0,2-0,78 | 100-300 | 10-40 | 450 | 842 |
Problémy s koróziou
Hranice zŕn spekaného magnetu sú obzvlášť náchylné na koróziu v spekanom Nd2Fe14B.Tento druh korózie môže viesť k značnému poškodeniu, ako je odlupovanie povrchovej vrstvy alebo rozpadanie magnetu na prášok malých magnetických častíc.
Mnoho komerčných tovarov rieši toto riziko zahrnutím ochranného krytu na zastavenie vystavenia životnému prostrediu.Najbežnejšie pokovovanie je nikel, nikel-meď-nikel a zinok, pričom je možné použiť aj iné kovy, ako aj ochranu polymérov a lakov.nátery.
Vplyv teploty
Neodym má negatívny koeficient, čo znamená, že keď teplota stúpa, koercivita aj maximálna hustota magnetickej energie (BHmax) klesá.Pri teplote okolia majú neodýmovo-železo-bórové magnety vysokú koercitivitu;keď sa však teplota zvýši nad 100 °C (212 °F), koercivita rýchlo klesá, až kým nedosiahne Curieho teplotu, ktorá je okolo 320 °C alebo 608 °F.Toto zníženie koercitivity obmedzuje účinnosť magnetu vo vysokoteplotných aplikáciách, ako sú veterné turbíny, hybridné motory atď. Aby sa zabránilo poklesu výkonu v dôsledku kolísania teploty, pridáva sa terbium (Tb) alebo dysprózium (Dy), čím sa zvyšujú náklady na magnet.
Aplikácie
Pretože jeho vyššia sila umožňuje použitie menších, ľahších magnetov pre danú aplikáciu, neodymové magnety nahradili alnico a feritové magnety v mnohých z nespočetných aplikácií v súčasnej technológii, kde sú potrebné silné permanentné magnety.Tu je niekoľko príkladov:
Hlavové ovládače pre počítačové pevné disky
Mechanické spínače odpaľovania e-cigariet
Zámky na dvere
reproduktory mobilných telefónov a ovládače automatického zaostrovania
Elektrický posilňovač riadenia
Akumulátorové náradie
Servomotory& Synchrónne motory
Motory na zdvíhanie a kompresory
Vretenové a krokové motory
Hybridné a elektrické pohonné motory automobilov
Elektrické generátory pre veterné turbíny (s permanentným magnetom budením)
Maloobchodné oddeľovače mediálnych puzdier
Výkonné neodýmové magnety sa používajú v spracovateľskom priemysle na zachytávanie cudzích telies a ochranu produktov a procesov.
Zvýšená sila neodýmových magnetov inšpirovala nové využitie, ako sú magnetické spony na šperky, detské magnetické stavebnice (a iné neodýmovémagnetické hračky), a ako súčasť uzatváracieho mechanizmu súčasného športového padákového vybavenia.Sú hlavným kovom v kedysi populárnych magnetoch na stolové hračky známych ako „Buckyballs“ a „Buckycubes“, avšak niektoré obchody v Spojených štátoch sa rozhodli ich nepredávať kvôli obavám o bezpečnosť detí a v Kanade boli zakázané. z rovnakého dôvodu.
S objavením sa otvorených skenerov magnetickej rezonancie (MRI), ktoré sa používajú na prezeranie tela na rádiologických oddeleniach ako alternatíva k supravodivým magnetom, sila a homogenita magnetického poľa neodymových magnetov otvorila nové možnosti aj v medicínskom priemysle.
Neodymové magnety sa používajú na liečbu gastroezofageálneho refluxu ako chirurgicky implantovaný antirefluxný systém, čo je pás magnetov chirurgicky implantovaných okolo dolného pažerákového zvierača (GERD).Boli tiež implantované do prstov, aby umožnili zmyslové vnímanie magnetických polí, aj keď ide o experimentálnu operáciu, ktorú poznajú iba biohackeri a mlynári.
Spekané NdFeB magnetymajú najvyššie magnetické kvality a používajú sa v mnohých odvetviach vrátane zámkov dverí, motorov, generátorov a komponentov ťažkého priemyslu.
Lepené stlačené magnetysú silnejšie ako vstrekované magnety.
Injekčný plastový NdFeB magnetje kompozitný materiál novej generácie zložený z permanentného magnetického prášku a plastu, s mimoriadnymi magnetickými a plastickými vlastnosťami, ako aj vysokou presnosťou a odolnosťou voči namáhaniu.
