Неодимов (Nd-Fe-B) магните обикновен редкоземен магнит, съставен от неодим (Nd), желязо (Fe), бор (B) и преходни метали.Те имат превъзходна производителност в приложения поради силното си магнитно поле, което е 1,4 тесла (T), единица за магнитна индукция или плътност на потока.
Неодимовите магнити се категоризират според това как са произведени, кое е синтеровано или свързано.Те се превърнаха в най-широко използваните магнити след разработването им през 1984 г.
В естественото си състояние неодимът е феромагнитен и може да се магнетизира само при изключително ниски температури.Когато се комбинира с други метали, като желязо, може да се магнетизира при стайна температура.
Магнитните способности на неодимовия магнит могат да се видят на изображението вдясно.
Двата вида редкоземни магнити са неодимов и самариев кобалт.Преди откриването на неодимовите магнити самариево-кобалтовите магнити бяха най-често използваните, но бяха заменени от неодимови магнити поради разходите за производство на самариево-кобалтови магнити.
Какви са свойствата на неодимовия магнит?
Основната характеристика на неодимовите магнити е колко са здрави за техния размер.Магнитното поле на неодимовия магнит възниква, когато към него се приложи магнитно поле и атомните диполи се подравнят, което е веригата на магнитния хистерезис.Когато магнитното поле бъде премахнато, част от подравняването остава в магнетизирания неодим.
Класовете на неодимовите магнити показват тяхната магнитна сила.Колкото по-висок е номерът на класа, толкова по-силна е силата на магнита.Числата идват от техните свойства, изразени като мега гаус Oersteds или MGOe, което е най-силната точка на неговата BH крива.
Скалата за класифициране "N" започва от N30 и достига до N52, въпреки че магнитите N52 се използват рядко или се използват само в специални случаи.Числото "N" може да бъде последвано от две букви, като SH, които показват коерцитивността на магнита (Hc).Колкото по-висока е Hc, толкова по-висока температура може да издържи неомагнитът, преди да загуби мощността си.
Таблицата по-долу изброява най-често използваните в момента класове неодимови магнити.
Свойствата на неодимовите магнити
Остатъчна устойчивост:
Когато неодимът се постави в магнитно поле, атомните диполи се изравняват.След като бъде премахната от полето, част от подравняването остава, създавайки магнетизиран неодим.Остатъкът е плътността на потока, която остава, когато външното поле се върне от стойност на насищане до нула, което е остатъчната магнетизация.Колкото по-висок е остатъкът, толкова по-висока е плътността на потока.Неодимовите магнити имат плътност на потока от 1,0 до 1,4 T.
Остатъчната устойчивост на неодимовите магнити варира в зависимост от това как са направени.Спечените неодимови магнити имат T от 1,0 до 1,4.Свързаните неодимови магнити имат 0,6 до 0,7 T.
Принуда:
След като неодимът се магнетизира, той не се връща към нулева магнетизация.За да се върне обратно към нулева магнетизация, той трябва да бъде върнат обратно от поле в обратна посока, което се нарича коерцитивност.Това свойство на магнита е способността му да издържа на влиянието на външна магнитна сила, без да се демагнетизира.Коерцитивността е мярката за интензитета, необходим от магнитно поле, за да се намали намагнитването на магнит обратно до нула или съпротивлението на магнита, за да бъде демагнетизиран.
Коерцитивността се измерва в единици ерстед или ампер, обозначени като Hc.Коерцитивността на неодимовите магнити зависи от това как са произведени.Спечените неодимови магнити имат коерцитивност от 750 Hc до 2000 Hc, докато свързаните неодимови магнити имат коерцитивност от 600 Hc до 1200 Hc.
Енергиен продукт:
Плътността на магнитната енергия се характеризира с максималната стойност на плътността на потока, умножена по силата на магнитното поле, което е количеството магнитен поток на единица повърхностна площ.Единиците се измерват в тесла за SI единици и нейния гаус, като символът за плътност на потока е B. Плътността на магнитния поток е сумата от външното магнитно поле H и магнитната поляризация J на магнитното тяло в SI единици.
Постоянните магнити имат B поле в своята сърцевина и околностите.Посоката на силата на полето B се приписва на точките вътре и извън магнита.Стрела на компаса в поле В на магнит се насочва към посоката на полето.
Няма лесен начин за изчисляване на плътността на потока на магнитни форми.Има компютърни програми, които могат да направят изчислението.Прости формули могат да се използват за по-малко сложни геометрии.
Интензитетът на магнитното поле се измерва в Гаус или Тесла и е обичайното измерване на силата на магнита, което е мярка за плътността на неговото магнитно поле.Гаусметър се използва за измерване на плътността на магнитния поток.Плътността на потока за неодимов магнит е 6000 Gauss или по-малко, тъй като има права линия на размагнитване.
Температура на Кюри:
Температурата на Кюри или точката на Кюри е температурата, при която магнитните материали променят своите магнитни свойства и стават парамагнитни.В магнитните метали магнитните атоми са подредени в една и съща посока и подсилват взаимно магнитното поле.Повишаването на температурата на Кюри променя разположението на атомите.
Коерцитивността се увеличава с повишаване на температурата.Въпреки че неодимовите магнити имат висока коерцитивност при стайна температура, тя намалява с повишаването на температурата, докато достигне температурата на Кюри, която може да бъде около 320° C или 608° F.
Независимо колко силни са неодимовите магнити, екстремните температури могат да променят атомите им.Продължителното излагане на високи температури може да ги накара да загубят напълно своите магнитни свойства, което започва при 80° C или 176° F.
Как се правят неодимовите магнити?
Двата процеса, използвани за производството на неодимови магнити, са синтероване и свързване.Свойствата на готовите магнити варират в зависимост от това как са произведени, като синтероването е най-добрият от двата метода.
Как се правят неодимовите магнити
Агломериране
-
Топене:
Неодимът, желязото и борът се измерват и се поставят във вакуумна индукционна пещ, за да се образува сплав.Други елементи се добавят за специфични степени, като кобалт, мед, гадолиний и диспрозий, за да подпомогнат устойчивостта на корозия.Нагряването се създава от електрически вихрови токове във вакуум, за да се предотвратят замърсителите.Сместа от нео сплави е различна за всеки производител и клас неодимов магнит.
-
Напудряне:
Разтопената сплав се охлажда и се оформя в слитъци.Слитъците се смилат струйно в азотна и аргонова атмосфера, за да се създаде прах с микронни размери.Неодимовият прах се поставя в бункер за пресоване.
-
Натискане:
Прахът се пресова в матрица, малко по-голяма от желаната форма, чрез процес, известен като разрушаване при температура от около 725° C. По-голямата форма на матрицата позволява свиване по време на процеса на синтероване.По време на пресоването материалът е изложен на магнитно поле.Поставя се във втора матрица, за да се пресова в по-широка форма, за да се подравни намагнитването успоредно на посоката на пресоване.Някои методи включват приспособления за генериране на магнитни полета по време на пресоване за подравняване на частиците.
Преди натиснатият магнит да бъде освободен, той получава демагнетизиращ импулс, за да го остави демагнетизиран, за да създаде зелен магнит, който лесно се разпада и има лоши магнитни свойства.
-
Агломериране:
Агломерирането или фритажът уплътнява и оформя зеления магнит, използвайки топлина под точката му на топене, за да му придаде окончателните магнитни свойства.Процесът се наблюдава внимателно в инертна атмосфера без кислород.Оксидите могат да нарушат работата на неодимовия магнит.Той се компресира при температури, достигащи 1080° C, но под точката на топене, за да принуди частиците да се прилепят една към друга.
Прилага се охлаждане за бързо охлаждане на магнита и минимизиране на фазите, които са варианти на сплавта, които имат лоши магнитни свойства.
-
Машинна обработка:
Синтерованите магнити се шлифоват с помощта на диамантени или телени режещи инструменти, за да се оформят с правилните допуски.
-
Покритие и покритие:
Неодимът се окислява бързо и е склонен към корозия, което може да премахне неговите магнитни свойства.Като защита те са покрити с пластмаса, никел, мед, цинк, калай или други форми на покрития.
-
Намагнитване:
Въпреки че магнитът има посока на намагнитване, той не е намагнетизиран и трябва да бъде изложен за кратко на силно магнитно поле, което представлява намотка от тел, която обгражда магнита.Магнетизирането включва кондензатори и високо напрежение, за да се получи силен ток.
-
Окончателна проверка:
Цифровите измервателни проектори проверяват размерите, а рентгеновата флуоресцентна технология проверява дебелината на покритието.Покритието се тества и по други начини, за да се гарантира неговото качество и здравина.BH кривата се тества чрез графика на хистерезис, за да се потвърди пълното увеличение.
Залепване
Залепването или компресионното залепване е процес на пресоване на матрица, който използва смес от неодимов прах и епоксиден свързващ агент.Сместа е 97% магнитен материал и 3% епоксидна смола.
Сместа от епоксид и неодим се пресова в преса или се екструдира и втвърдява в пещ.Тъй като сместа се пресова в матрица или се подлага на екструзия, магнитите могат да бъдат формовани в сложни форми и конфигурации.Процесът на компресионно свързване произвежда магнити с тесни допуски и не изисква вторични операции.
Компресионно свързаните магнити са изотропни и могат да бъдат магнетизирани във всяка посока, което включва многополярни конфигурации.Епоксидното свързване прави магнитите достатъчно здрави, за да се фрезоват или струговат, но не и да се пробиват или нарязват.
Радиално синтерован
Радиално ориентираните неодимови магнити са най-новите магнити на пазара на магнити.Процесът за производство на радиално подравнени магнити е известен от много години, но не е икономически ефективен.Последните технологични разработки рационализираха производствения процес, правейки радиално ориентираните магнити по-лесни за производство.
Трите процеса за производство на радиално ориентирани неодимови магнити са анизотропно формоване под налягане, горещо пресоване обратно екструдиране и радиално центриране на въртящо се поле.
Процесът на синтероване гарантира, че няма слаби места в структурата на магнитите.
Уникалното качество на радиално подравнените магнити е посоката на магнитното поле, което се простира около периметъра на магнита.Южният полюс на магнита е във вътрешността на пръстена, докато северният полюс е по обиколката му.
Радиално ориентираните неодимови магнити са анизотропни и се магнетизират от вътрешната страна на пръстена навън.Радиалното намагнитване увеличава магнитната сила на пръстените и може да бъде оформено в множество модели.
Радиалните неодимови пръстеновидни магнити могат да се използват за синхронни двигатели, стъпкови двигатели и DC безчеткови двигатели за автомобилната, компютърната, електронната и комуникационната индустрия.
Приложения на неодимови магнити
Конвейери за магнитно разделяне:
В демонстрацията по-долу конвейерната лента е покрита с неодимови магнити.Магнитите са подредени с редуващи се полюси, обърнати навън, което им осигурява силно магнитно задържане.Нещата, които не са привлечени от магнитите, изчезват, докато феромагнитният материал се изхвърля в контейнер за събиране.
Твърди дискове:
Твърдите дискове имат писти и сектори с магнитни клетки.Клетките се магнетизират, когато данните се записват на устройството.
Пикапи за електрическа китара:
Пикап за електрическа китара усеща вибриращите струни и преобразува сигнала в слаб електрически ток, за да го изпрати към усилвател и високоговорител.Електрическите китари са за разлика от акустичните китари, които усилват звука си в кухата кутия под струните.Електрическите китари могат да бъдат от масивен метал или дърво, като звукът им се усилва електронно.
Пречистване на водата:
Неодимовите магнити се използват при пречистване на вода за намаляване на котлен камък от твърда вода.Твърдата вода има високо минерално съдържание на калций и магнезий.При магнитно третиране на водата водата преминава през магнитно поле, за да улови котления камък.Технологията не е напълно приета като ефективна.Има обнадеждаващи резултати.
Ридови превключватели:
Рид превключвател е електрически превключвател, управляван от магнитно поле.Имат два контакта и метални плочки в стъклен плик.Контактите на превключвателя са отворени до задействане от магнит.
Рийд превключвателите се използват в механични системи като сензори за близост във врати и прозорци за алармени системи срещу взлом и защита срещу фалшифициране.В лаптопите рийд ключовете поставят лаптопа в режим на заспиване, когато капакът е затворен.Клавиатурите с педали за тръбни органи използват тръбни превключватели, които са в стъклена кутия за контактите, за да ги предпазят от мръсотия, прах и отломки.
Магнити за шиене:
Неодимовите магнити за зашиване се използват за магнитни закопчалки на портмонета, дрехи и папки или класьори.Магнитите за шиене се продават по двойки, като единият магнит е a+, а другият a-.
Магнити за протези:
Зъбните протези могат да се задържат на място чрез магнити, вградени в челюстта на пациента.Магнитите са защитени от корозия от слюнка чрез покритие от неръждаема стомана.Използва се керамичен титанов нитрид, за да се избегне абразията и да се намали излагането на никел.
Магнитни ограничители за врати:
Магнитните ограничители за врати са механичен ограничител, който държи вратата отворена.Вратата се отваря, докосва магнит и остава отворена, докато не бъде издърпана от магнита.
Закопчалка за бижута:
Магнитните закопчалки за бижута се доставят с две половини и се продават като чифт.Половинките имат магнит в корпус от немагнитен материал.Метална примка в края прикрепя верижката на гривна или огърлица.Корпусите на магнитите пасват един в друг, предотвратявайки странично или срязващо движение между магнитите, за да осигурят стабилно задържане.
Говорители:
Високоговорителите преобразуват електрическата енергия в механична енергия или движение.Механичната енергия компресира въздуха и преобразува движението в звукова енергия или ниво на звуково налягане.Електрически ток, изпратен през телена намотка, създава магнитно поле в магнит, прикрепен към високоговорителя.Звуковата намотка се привлича и отблъсква от постоянния магнит, което кара конуса, към който е прикрепена звуковата намотка, да се движи напред-назад.Движението на конусите създава вълни на налягане, които се чуват като звук.
Антиблокиращи спирачни сензори:
При антиблокиращите спирачки неодимовите магнити са обвити в медни намотки в сензорите на спирачката.Антиблокираща спирачна система контролира скоростта на ускоряване и намаляване на скоростта на колелата чрез регулиране на налягането в тръбопровода, приложено към спирачката.Контролните сигнали, генерирани от контролера и подавани към блока за модулиране на спирачното налягане, се вземат от сензори за скорост на колелата.
Зъбците на сензорния пръстен се въртят покрай магнитния сензор, което предизвиква обръщане на полярността на магнитното поле, което изпраща честотен сигнал към ъгловата скорост на оста.Разграничението на сигнала е ускорението на колелата.
Съображения за неодимовия магнит
Като най-мощните и най-силните магнити на земята, неодимовите магнити могат да имат вредни отрицателни ефекти.Важно е с тях да се работи правилно, като се има предвид вредата, която могат да причинят.По-долу са описани някои от отрицателните ефекти на неодимовите магнити.
Отрицателни ефекти на неодимовите магнити
Телесна повреда:
Неодимовите магнити могат да скочат заедно и да прищипят кожата или да причинят сериозни наранявания.Те могат да скочат или да се ударят заедно от няколко инча до няколко фута един от друг.Ако пръстът ви пречи, той може да бъде счупен или сериозно наранен.Неодимовите магнити са по-мощни от другите видове магнити.Невероятно мощната сила между тях често може да бъде изненадваща.
Счупване на магнита:
Неодимовите магнити са крехки и могат да се отлепят, натрошат, напукат или счупят, ако се ударят заедно, което изпраща малки остри метални парчета да летят с голяма скорост.Неодимовите магнити са направени от твърд, чуплив материал.Въпреки че са изработени от метал и имат лъскав, метален вид, те не са издръжливи.При работа с тях трябва да се носят предпазни очила.
Дръж далеч от деца:
Неодимовите магнити не са играчки.Не трябва да се позволява на деца да боравят с тях.Малките могат да представляват опасност от задавяне.Ако множество магнити бъдат погълнати, те се прикрепят един към друг през стените на червата, което ще причини сериозни здравословни проблеми, изискващи незабавна спешна операция.
Опасност за пейсмейкърите:
Сила на полето от десет гауса в близост до пейсмейкър или дефибрилатор може да взаимодейства с имплантираното устройство.Неодимовите магнити създават силни магнитни полета, които могат да попречат на пейсмейкъри, ICD и имплантирани медицински устройства.Много имплантирани устройства се деактивират, когато са близо до магнитно поле.
Магнитни носители:
Силните магнитни полета от неодимови магнити могат да повредят магнитни носители като флопи дискове, кредитни карти, магнитни лични карти, касети, видеокасети, да повредят по-стари телевизори, видеорекордери, компютърни монитори и CRT дисплеи.Не трябва да се поставят близо до електронни уреди.
GPS и смартфони:
Магнитните полета пречат на компасите или магнитометрите и вътрешните компаси на смартфони и GPS устройства.Правилата и разпоредбите на Международната асоциация за въздушен транспорт и Федералните правила и разпоредби на САЩ обхващат доставката на магнити.
Алергия към никел:
Ако имате алергия към никел, имунната система бърка никела като опасен нарушител и произвежда химикали, за да се бори срещу него.Алергичната реакция към никел е зачервяване и кожен обрив.Алергията към никел е по-честа при жените и момичетата.Приблизително 36 процента от жените под 18 години имат алергия към никел.Начинът да избегнете алергията към никел е да избягвате покрити с никел неодимови магнити.
Демагнетизация:
Неодимовите магнити запазват ефективността си до 80° C или 175° F. Температурата, при която започват да губят ефективността си, варира според степента, формата и приложението.
Запалим:
Неодимовите магнити не трябва да се пробиват или обработват машинно.Прахът и прахът, получени при смилането, са запалими.
Корозия:
Неодимовите магнити са завършени с някаква форма на покритие или обшивка, за да ги предпазят от елементите.Те не са водоустойчиви и ще ръждясват или корозират, когато се поставят в мокра или влажна среда.
Стандарти и разпоредби за използване на неодимови магнити
Въпреки че неодимовите магнити имат силно магнитно поле, те са много крехки и изискват специална обработка.Няколко агенции за индустриален мониторинг са разработили разпоредби относно обработката, производството и транспортирането на неодимови магнити.По-долу е дадено кратко описание на някои от разпоредбите.
Стандарти и разпоредби за неодимови магнити
Американско дружество на машинните инженери:
Американското дружество на машинните инженери (ASME) има стандарти за повдигащи устройства под куката.Стандарт B30.20 се прилага за монтаж, инспекция, тестване, поддръжка и експлоатация на повдигащи устройства, което включва повдигащи магнити, при които операторът позиционира магнита върху товара и насочва товара.ASME стандарт BTH-1 се прилага във връзка с ASME B30.20.
Анализ на опасностите и критични контролни точки:
Анализът на опасностите и критичните контролни точки (HACCP) е международно призната превантивна система за управление на риска.Той изследва безопасността на храните от биологични, химични и физически опасности, като изисква идентифициране и контрол на опасностите в определени моменти от производствения процес.Предлага сертифициране на оборудване, използвано в хранителни обекти.HACCP идентифицира и сертифицира определени разделителни магнити, използвани в хранително-вкусовата промишленост.
Министерство на земеделието на Съединените щати:
Оборудването за магнитно разделяне е одобрено от Службата за земеделски маркетинг на Министерството на земеделието на Съединените щати като съвместимо за използване с две програми за обработка на храни:
- Програма за преглед на млечно оборудване
- Програма за преглед на оборудването за месо и птици
Сертификатите се основават на два стандарта или насоки:
- Санитарен дизайн и производство на оборудване за преработка на млечни продукти
- Санитарен дизайн и производство на оборудване за обработка на месо и птици, което отговаря на хигиенните изисквания на NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014
Ограничение за употреба на опасни вещества:
Регламентите за ограничаване на употребата на опасни вещества (RoHS) ограничават употребата на забавители на горенето на олово, кадмий, полибромиран бифенил (PBB), живак, шествалентен хром и полибромиран дифенил етер (PBDE) в електронното оборудване.Тъй като неодимовите магнити могат да бъдат опасни, RoHS разработи стандарти за тяхното боравене и употреба.
Международна организация за гражданска авиация:
Магнитите са определени като опасна стока за пратки извън континенталните Съединени щати до международни дестинации.Всеки опакован материал, който трябва да бъде изпратен по въздуха, трябва да има сила на магнитното поле от 0,002 Gauss или повече на разстояние от седем фута от всяка точка на повърхността на опаковката.
Федерална авиационна администрация:
Пакетите, съдържащи магнити, които се изпращат по въздух, трябва да бъдат тествани, за да отговарят на установените стандарти.Магнитните пакети трябва да измерват по-малко от 0,00525 гауса на 15 фута от пакета.Мощните и силни магнити трябва да имат някаква форма на екраниране.Има многобройни разпоредби и изисквания, които трябва да бъдат изпълнени за транспортиране на магнити по въздух поради потенциалните опасности за безопасността.
Ограничение, оценка, разрешаване на химикали:
Ограничаване, оценка и разрешаване на химикали (REACH) е международна организация, която е част от Европейския съюз.Той регулира и разработва стандарти за опасни материали.Той има няколко документа, които определят правилната употреба, боравене и производство на магнити.Голяма част от литературата се отнася до използването на магнити в медицински устройства и електронни компоненти.
Заключение
- Неодимовите (Nd-Fe-B) магнити, известни като неомагнити, са обикновени редкоземни магнити, съставени от неодим (Nd), желязо (Fe), бор (B) и преходни метали.
- Двата процеса, използвани за производството на неодимови магнити, са синтероване и свързване.
- Неодимовите магнити са станали най-широко използваните от многото разновидности на магнити.
- Магнитното поле на неодимовия магнит възниква, когато към него се приложи магнитно поле и атомните диполи се подравнят, което е веригата на магнитния хистерезис.
- Неодимовите магнити могат да бъдат произведени във всякакъв размер, но запазват първоначалната си магнитна сила.
Време на публикуване: 11 юли 2022 г