Neodim (Nd-Fe-B) magnetje običajni magnet redkih zemelj, sestavljen iz neodima (Nd), železa (Fe), bora (B) in prehodnih kovin.Zaradi močnega magnetnega polja, ki je 1,4 tesla (T), kar je enota za magnetno indukcijo ali gostoto pretoka, imajo vrhunsko zmogljivost.
Neodimovi magneti so razvrščeni glede na to, kako so izdelani, kateri so sintrani ali vezani.Od njihovega razvoja leta 1984 so postali najpogosteje uporabljeni magneti.
V svojem naravnem stanju je neodim feromagneten in ga je mogoče magnetizirati le pri izjemno nizkih temperaturah.Ko se kombinira z drugimi kovinami, kot je železo, se lahko magnetizira pri sobni temperaturi.
Magnetne sposobnosti neodimskega magneta lahko vidite na sliki na desni.
Dve vrsti magnetov redkih zemelj sta neodim in samarijev kobalt.Pred odkritjem neodimovih magnetov so bili najpogosteje uporabljeni magneti iz samarijevega kobalta, vendar so jih zamenjali magneti iz neodima zaradi stroškov izdelave magnetov iz samarijevega kobalta.
Kakšne so lastnosti neodimskega magneta?
Glavna značilnost neodimovih magnetov je, kako močni so za svojo velikost.Magnetno polje neodimskega magneta se pojavi, ko se nanj uporabi magnetno polje in se atomski dipoli poravnajo, kar je zanka magnetne histereze.Ko se magnetno polje odstrani, del poravnave ostane v magnetiziranem neodimu.
Stopnje neodimovih magnetov označujejo njihovo magnetno moč.Višja kot je številka razreda, močnejša je moč magneta.Številke izhajajo iz njihovih lastnosti, izraženih kot mega gauss Oersteds ali MGOe, ki je najmočnejša točka krivulje BH.
Lestvica "N" se začne pri N30 in gre do N52, čeprav se magneti N52 redko uporabljajo ali pa se uporabljajo samo v posebnih primerih.Številki "N" lahko sledita dve črki, na primer SH, ki označujeta koercitivnost magneta (Hc).Višji kot je Hc, višjo temperaturo lahko prenese neomagnet, preden izgubi svojo moč.
Spodnja tabela navaja najpogostejše stopnje neodimovih magnetov, ki se trenutno uporabljajo.
Lastnosti neodimovih magnetov
Remanence:
Ko je neodim postavljen v magnetno polje, se atomski dipoli poravnajo.Po odstranitvi iz polja ostane del poravnave, ki ustvarja magnetiziran neodim.Remanenca je gostota pretoka, ki ostane, ko se zunanje polje vrne z vrednosti nasičenosti na nič, kar je preostala magnetizacija.Večja kot je remanenca, večja je gostota pretoka.Neodimovi magneti imajo gostoto pretoka od 1,0 do 1,4 T.
Remanenca neodimovih magnetov se razlikuje glede na to, kako so izdelani.Sintrani neodimovi magneti imajo T od 1,0 do 1,4.Vezani neodimovi magneti imajo 0,6 do 0,7 T.
Prisilnost:
Ko je neodim magnetiziran, se ne vrne na ničelno magnetizacijo.Da bi ga vrnili na ničelno magnetizacijo, ga mora vrniti polje v nasprotni smeri, kar imenujemo koercitivnost.Ta lastnost magneta je njegova sposobnost, da prenese vpliv zunanje magnetne sile, ne da bi se razmagnetil.Koercitivnost je merilo jakosti, ki jo magnetno polje potrebuje za zmanjšanje magnetizacije magneta nazaj na nič ali upor magneta, ki ga je treba razmagnetiti.
Koercitivnost se meri v enotah oersted ali amper, označenih kot Hc.Koercitivnost neodimovih magnetov je odvisna od tega, kako so izdelani.Sintrani neodimovi magneti imajo koercitivnost od 750 Hc do 2000 Hc, medtem ko imajo povezani neodimovi magneti koercitivnost od 600 Hc do 1200 Hc.
Energija:
Za gostoto magnetne energije je značilna največja vrednost gostote pretoka, pomnožene z jakostjo magnetnega polja, kar je količina magnetnega pretoka na enoto površine.Enote se merijo v teslu za enote SI in njegov Gauss, pri čemer je simbol za gostoto pretoka B. Gostota magnetnega pretoka je vsota zunanjega magnetnega polja H in magnetne polarizacije J magnetnega telesa v enotah SI.
Trajni magneti imajo v svojem jedru in okolici polje B.Smer jakosti polja B je pripisana točkam znotraj in zunaj magneta.Igla kompasa v polju B magneta je usmerjena proti smeri polja.
Ni preprostega načina za izračun gostote pretoka magnetnih oblik.Obstajajo računalniški programi, ki lahko naredijo izračun.Enostavne formule je mogoče uporabiti za manj zapletene geometrije.
Intenzivnost magnetnega polja se meri v Gaussu ali Teslu in je običajna meritev jakosti magneta, ki je merilo za gostoto njegovega magnetnega polja.Gaussov meter se uporablja za merjenje gostote pretoka magneta.Gostota pretoka za neodimski magnet je 6000 Gaussov ali manj, ker ima ravno krivuljo razmagnetenja.
Curiejeva temperatura:
Curiejeva temperatura ali curiejeva točka je temperatura, pri kateri magnetni materiali spremenijo svoje magnetne lastnosti in postanejo paramagnetni.V magnetnih kovinah so magnetni atomi poravnani v isto smer in medsebojno krepijo magnetno polje.Zvišanje curijeve temperature spremeni razporeditev atomov.
Koercitivnost se povečuje z naraščanjem temperature.Čeprav imajo neodimovi magneti visoko koercitivnost pri sobni temperaturi, ta upada, ko temperatura narašča, dokler ne doseže curiejeve temperature, ki je lahko okoli 320 °C ali 608 °F.
Ne glede na to, kako močni so neodimovi magneti, lahko ekstremne temperature spremenijo njihove atome.Dolgotrajna izpostavljenost visokim temperaturam lahko povzroči, da popolnoma izgubijo svoje magnetne lastnosti, kar se začne pri 80 °C ali 176 °F.
Kako so izdelani neodimovi magneti?
Dva postopka, ki se uporabljata za izdelavo neodimovih magnetov, sta sintranje in lepljenje.Lastnosti končnih magnetov se razlikujejo glede na to, kako so proizvedeni, pri čemer je sintranje najboljša od obeh metod.
Kako so izdelani neodimski magneti
Sintranje
-
Taljenje:
Neodim, železo in bor se odmerijo in dajo v vakuumsko indukcijsko peč, da nastane zlitina.Drugi elementi so dodani za posebne razrede, kot so kobalt, baker, gadolinij in disprozij za pomoč pri odpornosti proti koroziji.Ogrevanje se ustvari z električnimi vrtinčnimi tokovi v vakuumu, da preprečijo onesnaženje.Mešanica neo zlitin je drugačna za vsakega proizvajalca in stopnjo neodimovega magneta.
-
Pudranje:
Staljeno zlitino ohladimo in oblikujemo v ingote.Ingoti so mleti s curkom v atmosferi dušika in argona, da se ustvari prašek mikronske velikosti.Prah neodima se da v lijak za stiskanje.
-
Pritisk:
Prah se stisne v matrico, ki je nekoliko večja od želene oblike, s postopkom, znanim kot stiskanje pri temperaturi približno 725 °C. Večja oblika matrice omogoča krčenje med postopkom sintranja.Med stiskanjem je material izpostavljen magnetnemu polju.Postavi se v drugo matrico, da se stisne v širšo obliko, da se magnetizacija poravna vzporedno s smerjo stiskanja.Nekatere metode vključujejo napeljave za ustvarjanje magnetnih polj med stiskanjem za poravnavo delcev.
Preden se stisnjeni magnet sprosti, prejme razmagnetizacijski impulz, da ostane razmagneten in ustvari zelen magnet, ki se zlahka drobi in ima slabe magnetne lastnosti.
-
Sintranje:
Sintranje ali fritaža stisne in oblikuje zeleni magnet s pomočjo toplote pod tališčem, da dobi končne magnetne lastnosti.Postopek skrbno spremljamo v inertni atmosferi brez kisika.Oksidi lahko uničijo delovanje neodimovega magneta.Stisne se pri temperaturah, ki dosežejo 1080 °C, vendar pod tališčem, da se delci sprimejo drug z drugim.
Za hitro ohladitev magneta in zmanjšanje faz, ki so različice zlitine s slabimi magnetnimi lastnostmi, se uporabi kaljenje.
-
Strojna obdelava:
Sintrani magneti so brušeni z orodji za rezanje z diamanti ali žico, da se oblikujejo v pravilne tolerance.
-
Prevleka in premaz:
Neodim hitro oksidira in je nagnjen k koroziji, kar lahko zmanjša njegove magnetne lastnosti.Za zaščito so prevlečeni s plastiko, nikljem, bakrom, cinkom, kositrom ali drugimi oblikami premazov.
-
Magnetizacija:
Čeprav ima magnet smer magnetizacije, ni magnetiziran in ga je treba za kratek čas izpostaviti močnemu magnetnemu polju, ki je tuljava žice, ki obdaja magnet.Magnetiziranje vključuje kondenzatorje in visoko napetost za ustvarjanje močnega toka.
-
Končni pregled:
Digitalni merilni projektorji preverjajo dimenzije, rentgenska fluorescenčna tehnologija pa preverja debelino prevleke.Premaz testiramo na druge načine, da zagotovimo njegovo kakovost in trdnost.Krivulja BH se testira z grafom histereze, da se potrdi polna povečava.
Lepljenje
Lepljenje ali kompresijsko lepljenje je postopek stiskanja matrice, pri katerem se uporablja mešanica neodimovega prahu in epoksidnega veziva.Mešanica je 97 % magnetnega materiala in 3 % epoksida.
Mešanico epoksida in neodija stisnemo v stiskalnici ali ekstrudiramo in strdimo v pečici.Ker je zmes stisnjena v matrico ali dana skozi ekstruzijo, je mogoče magnete oblikovati v kompleksne oblike in konfiguracije.Postopek stiskanja lepljenja proizvaja magnete z ozkimi tolerancami in ne zahteva sekundarnih operacij.
Kompresijski vezani magneti so izotropni in jih je mogoče magnetizirati v kateri koli smeri, kar vključuje večpolarne konfiguracije.Zaradi epoksi veziva so magneti dovolj močni, da jih je mogoče rezkati ali strugati, ne pa tudi vrtati ali rezati.
Radialno sintrano
Radialno usmerjeni neodimski magneti so najnovejši magneti na trgu magnetov.Postopek za proizvodnjo radialno poravnanih magnetov je znan že vrsto let, vendar ni bil stroškovno učinkovit.Nedavni tehnološki razvoj je poenostavil proizvodni proces, zaradi česar je proizvodnja radialno usmerjenih magnetov lažja.
Trije postopki za proizvodnjo radialno poravnanih neodimovih magnetov so anizotropno tlačno oblikovanje, vroče stiskanje nazaj ekstrudiranje in radialna poravnava vrtljivega polja.
Postopek sintranja zagotavlja, da v strukturi magnetov ni šibkih točk.
Edinstvena kakovost radialno poravnanih magnetov je smer magnetnega polja, ki se razteza po obodu magneta.Južni pol magneta je na notranji strani obroča, medtem ko je severni pol na njegovem obodu.
Radialno usmerjeni neodimovi magneti so anizotropni in se magnetizirajo od znotraj obroča navzven.Radialna magnetizacija poveča magnetno silo obročev in jih je mogoče oblikovati v več vzorcev.
Radialni neodimski obročni magneti se lahko uporabljajo za sinhronske motorje, koračne motorje in enosmerne brezkrtačne motorje za avtomobilsko, računalniško, elektronsko in komunikacijsko industrijo.
Uporaba neodimskih magnetov
Magnetni separacijski transporterji:
V spodnji predstavitvi je tekoči trak prekrit z neodimovimi magneti.Magneti so razporejeni z izmeničnimi poli obrnjenimi navzven, kar jim daje močan magnetni oprijem.Stvari, ki jih magneti ne pritegnejo, odpadejo, feromagnetni material pa se odvrže v zbiralnik.
Trdi diski:
Trdi diski imajo steze in sektorje z magnetnimi celicami.Celice so magnetizirane, ko se podatki zapisujejo na pogon.
Dvigala za električno kitaro:
Dvigalo za električno kitaro zazna vibrirajoče strune in pretvori signal v šibek električni tok, ki ga pošlje ojačevalniku in zvočniku.Električne kitare za razliko od akustičnih kitar ojačajo svoj zvok v votli škatli pod strunami.Električne kitare so lahko iz trdne kovine ali lesa z elektronskim ojačanjem zvoka.
Čiščenje vode:
Neodimovi magneti se uporabljajo pri obdelavi vode za zmanjšanje vodnega kamna zaradi trde vode.Trda voda ima visoko vsebnost mineralov kalcija in magnezija.Pri magnetni obdelavi vode gre voda skozi magnetno polje, da zajame vodni kamen.Tehnologija ni bila popolnoma sprejeta kot učinkovita.Rezultati so bili spodbudni.
Reed stikala:
Reed stikalo je električno stikalo, ki ga upravlja magnetno polje.Imajo dva kontakta in kovinske jezičke v steklenem ovoju.Kontakti stikala so odprti, dokler jih ne aktivira magnet.
Reed stikala se uporabljajo v mehanskih sistemih kot senzorji bližine v vratih in oknih za protivlomne alarmne sisteme in zaščito pred nedovoljenimi posegi.V prenosnih računalnikih reed stikala preklopijo prenosnik v način mirovanja, ko je pokrov zaprt.Klaviature s pedalom za orgle uporabljajo stikala z jezički, ki so v steklenem ohišju za kontakte, da jih zaščitijo pred umazanijo, prahom in smeti.
Šivalni magneti:
Magneti iz neodima se uporabljajo za magnetne zaponke na denarnicah, oblačilih in mapah ali registratorjih.Magneti za šivanje se prodajajo v parih, pri čemer je en magnet a+ in drugi a-.
Magneti za zobne proteze:
Zobne proteze lahko držijo na mestu magneti, vdelani v pacientovo čeljust.Magneti so zaščiteni pred korozijo iz sline s prevleko iz nerjavečega jekla.Keramični titanov nitrid se uporablja za preprečevanje obrabe in zmanjšanje izpostavljenosti niklju.
Magnetna zapora za vrata:
Magnetne zapore so mehanske zapore, ki zadržijo vrata odprta.Vrata se odprejo, se dotaknejo magneta in ostanejo odprta, dokler jih magnet ne potegne.
Zaponka za nakit:
Magnetne zaponke za nakit so opremljene z dvema polovicama in se prodajajo kot par.Polovice imajo magnet v ohišju iz nemagnetnega materiala.Kovinska zanka na koncu pritrdi verižico zapestnice ali ogrlice.Ohišja magnetov se prilegajo drug drugemu in preprečujejo enostransko ali strižno gibanje med magnetoma, kar zagotavlja trdno držanje.
Govorci:
Zvočniki pretvarjajo električno energijo v mehansko energijo ali gibanje.Mehanska energija stisne zrak in pretvori gibanje v zvočno energijo ali raven zvočnega tlaka.Električni tok, ki poteka skozi žično tuljavo, ustvari magnetno polje v magnetu, pritrjenem na zvočnik.Glasovno tuljavo privlači in odbija trajni magnet, zaradi česar se stožec, na katerega je pritrjena zvočna tuljava, premika naprej in nazaj.Gibanje stožcev ustvarja tlačne valove, ki se slišijo kot zvok.
Protiblokirni zavorni senzorji:
Pri protiblokirnih zavorah so neodimovi magneti zaviti v bakrene tuljave v zavornih senzorjih.Protiblokirni zavorni sistem nadzira hitrost pospeševanja in zmanjšanja pospeška koles z uravnavanjem tlaka v vodu, ki deluje na zavoro.Krmilni signali, ki jih generira krmilnik in se uporabljajo za enoto za modulacijo zavornega tlaka, se vzamejo iz senzorjev hitrosti koles.
Zobje na senzorskem obroču se vrtijo mimo magnetnega senzorja, kar povzroči obrat polarnosti magnetnega polja, ki pošlje frekvenčni signal kotni hitrosti osi.Razlika med signalom je pospešek koles.
Premisleki o neodimskem magnetu
Kot najmočnejši in najmočnejši magneti na zemlji imajo lahko neodimovi magneti škodljive negativne učinke.Pomembno je, da z njimi ravnamo pravilno in upoštevamo škodo, ki jo lahko povzročijo.Spodaj so opisi nekaterih negativnih učinkov neodimovih magnetov.
Negativni učinki neodimovih magnetov
Telesna poškodba:
Neodimovi magneti lahko skočijo skupaj in stisnejo kožo ali povzročijo resne poškodbe.Lahko skočijo ali udarijo skupaj od nekaj centimetrov do nekaj metrov narazen.Če je prst v napoto, se lahko zlomi ali hudo poškoduje.Neodimovi magneti so močnejši od drugih vrst magnetov.Neverjetno močna sila med njima je lahko pogosto presenetljiva.
Zlom magneta:
Neodimovi magneti so krhki in se lahko luščijo, odkrušijo, počijo ali razbijejo, če udarijo skupaj, zaradi česar majhni ostri kovinski koščki poletijo z veliko hitrostjo.Neodimovi magneti so izdelani iz trdega, krhkega materiala.Kljub temu, da so izdelani iz kovine in imajo sijoč, kovinski videz, niso trpežni.Pri rokovanju z njimi je treba nositi zaščito za oči.
Hraniti izven dosega otrok:
Neodimovi magneti niso igrače.Otroci ne smejo ravnati z njimi.Majhni so lahko nevarnost zadušitve.Če pogoltnete več magnetov, se med seboj pritrdijo skozi stene črevesja, kar bo povzročilo resne zdravstvene težave, ki bodo zahtevale takojšnjo nujno operacijo.
Nevarnost srčnih spodbujevalnikov:
Polje desetih gausov v bližini srčnega spodbujevalnika ali defibrilatorja lahko vpliva na vsajeno napravo.Neodimovi magneti ustvarjajo močna magnetna polja, ki lahko motijo delovanje srčnih spodbujevalnikov, ICD-jev in vsajenih medicinskih naprav.Številne vsajene naprave se deaktivirajo, ko so v bližini magnetnega polja.
Magnetni mediji:
Močna magnetna polja neodimovih magnetov lahko poškodujejo magnetne medije, kot so diskete, kreditne kartice, magnetne osebne izkaznice, kasete, video trakovi, poškodujejo starejše televizorje, videorekorderje, računalniške monitorje in zaslone CRT.Ne postavljajte jih v bližino elektronskih naprav.
GPS in pametni telefoni:
Magnetna polja motijo kompase ali magnetometre in notranje kompase pametnih telefonov in naprav GPS.Mednarodno združenje letalskih prevoznikov ter zvezni predpisi in predpisi ZDA urejajo pošiljanje magnetov.
Alergija na nikelj:
Če ste alergični na nikelj, imunski sistem nikelj zamenja za nevarnega vsiljivca in proizvaja kemikalije za boj proti njemu.Alergijska reakcija na nikelj je rdečica in kožni izpuščaj.Alergije na nikelj so pogostejše pri ženskah in dekletih.Približno 36 odstotkov žensk, mlajših od 18 let, ima alergijo na nikelj.Način, da se izognete alergiji na nikelj, je, da se izogibate neodimovim magnetom, prevlečenim z nikljem.
Razmagnetenje:
Neodimovi magneti ohranijo svojo učinkovitost do 80 °C ali 175 °F. Temperatura, pri kateri začnejo izgubljati svojo učinkovitost, se razlikuje glede na stopnjo, obliko in uporabo.
Vnetljivo:
Neodimovih magnetov ne smete vrtati ali obdelovati.Prah in prah, ki nastaneta pri mletju, sta vnetljiva.
Korozija:
Neodimovi magneti so prevlečeni z neko obliko prevleke ali galvanizacije, ki jih ščiti pred vremenskimi vplivi.Niso vodotesni in rjavijo ali korodirajo, če jih postavite v mokro ali vlažno okolje.
Standardi in predpisi za uporabo neodimskega magneta
Čeprav imajo neodimovi magneti močno magnetno polje, so zelo krhki in zahtevajo posebno rokovanje.Več agencij za spremljanje industrije je razvilo predpise glede ravnanja z neodimijevimi magneti, njihove proizvodnje in pošiljanja.Spodaj je naveden kratek opis nekaterih predpisov.
Standardi in predpisi za neodimove magnete
Ameriško združenje strojnih inženirjev:
Ameriško združenje strojnih inženirjev (ASME) ima standarde za dvižne naprave pod kavljem.Standard B30.20 velja za namestitev, pregledovanje, testiranje, vzdrževanje in delovanje dvižnih naprav, ki vključuje dvižne magnete, kjer upravljavec postavi magnet na tovor in vodi tovor.Standard ASME BTH-1 se uporablja v povezavi z ASME B30.20.
Analiza nevarnosti in kritične kontrolne točke:
Analiza nevarnosti in kritične kontrolne točke (HACCP) je mednarodno priznan sistem preventivnega obvladovanja tveganj.Preučuje varnost hrane pred biološkimi, kemičnimi in fizikalnimi nevarnostmi, tako da zahteva identifikacijo in nadzor nevarnosti na določenih točkah v proizvodnem procesu.Ponuja certificiranje opreme, ki se uporablja v prehrambenih obratih.HACCP je identificiral in certificiral nekatere ločevalne magnete, ki se uporabljajo v prehrambeni industriji.
Ministrstvo za kmetijstvo Združenih držav:
Služba za kmetijsko trženje Ministrstva za kmetijstvo Združenih držav Amerike je opremo za magnetno ločevanje odobrila kot skladno za uporabo z dvema programoma predelave hrane:
- Program pregleda mlekarske opreme
- Program pregleda opreme za meso in perutnino
Certifikati temeljijo na dveh standardih ali smernicah:
- Sanitarno načrtovanje in izdelava opreme za predelavo mleka
- Sanitarno načrtovanje in izdelava opreme za predelavo mesa in perutnine, ki ustreza higienskim zahtevam NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014
Omejitev uporabe nevarnih snovi:
Predpisi o omejevanju uporabe nevarnih snovi (RoHS) omejujejo uporabo zaviralcev gorenja svinca, kadmija, polibromiranega bifenila (PBB), živega srebra, šestvalentnega kroma in polibromiranega difenil etra (PBDE) v elektronski opremi.Ker so neodimovi magneti lahko nevarni, je RoHS razvil standarde za njihovo ravnanje in uporabo.
Mednarodna organizacija civilnega letalstva:
Magneti so določeni kot nevarno blago za pošiljke izven kontinentalnih Združenih držav Amerike na mednarodne destinacije.Vsak embalirani material, ki se pošilja po zraku, mora imeti jakost magnetnega polja 0,002 Gaussa ali več na razdalji sedem čevljev od katere koli točke na površini paketa.
Zvezna uprava za letalstvo:
Pakete, ki vsebujejo magnete, ki se pošiljajo po zraku, je treba testirati, da izpolnjujejo uveljavljene standarde.Magnetni paketi morajo meriti manj kot 0,00525 gaussa na 15 čevljev od paketa.Močni in močni magneti morajo imeti neko obliko zaščite.Obstajajo številni predpisi in zahteve, ki jih je treba izpolniti za pošiljanje magnetov po zraku zaradi možnih varnostnih nevarnosti.
Omejitev, evalvacija, avtorizacija kemikalij:
Omejevanje, vrednotenje in avtorizacija kemikalij (REACH) je mednarodna organizacija, ki je del Evropske unije.Ureja in razvija standarde za nevarne materiale.Ima več dokumentov, ki določajo pravilno uporabo, ravnanje in izdelavo magnetov.Velik del literature se nanaša na uporabo magnetov v medicinskih napravah in elektronskih komponentah.
Zaključek
- Neodimovi (Nd-Fe-B) magneti, znani kot neo magneti, so običajni redki zemeljski magneti, sestavljeni iz neodima (Nd), železa (Fe), bora (B) in prehodnih kovin.
- Dva postopka, ki se uporabljata za izdelavo neodimovih magnetov, sta sintranje in lepljenje.
- Neodimovi magneti so postali najpogosteje uporabljeni izmed številnih vrst magnetov.
- Magnetno polje neodimskega magneta se pojavi, ko se nanj uporabi magnetno polje in se atomski dipoli poravnajo, kar je zanka magnetne histereze.
- Neodimove magnete je mogoče proizvesti v kateri koli velikosti, vendar ohranijo svojo začetno magnetno moč.
Čas objave: 11. julij 2022