Neodimijum (Nd-Fe-B) magnetje uobičajen magnet za rijetke zemlje koji se sastoji od neodimija (Nd), željeza (Fe), bora (B) i prijelaznih metala. Imaju superiorne performanse u aplikacijama zbog svog jakog magnetnog polja, koje iznosi 1,4 tesla (T), jedinica magnetne indukcije ili gustine fluksa.
Neodimijski magneti se kategoriziraju prema načinu proizvodnje, koji je sinteriran ili spojen. Postali su najčešće korišteni magneti od njihovog razvoja 1984.
U svom prirodnom stanju, neodimijum je feromagnetičan i može se magnetizirati samo na ekstremno niskim temperaturama. Kada se kombinuje sa drugim metalima, kao što je gvožđe, može se magnetizirati na sobnoj temperaturi.
Magnetske sposobnosti neodimijumskog magneta mogu se vidjeti na slici desno.
Dvije vrste magneta rijetkih zemalja su neodimijum i samarijum kobalt. Prije otkrića neodimijumskih magneta, magneti od samarijum kobalta bili su najčešće korišćeni, ali su zamenjeni neodimijumskim magnetima zbog troškova proizvodnje magneta od samarijum kobalta.
Koja su svojstva neodimijumskog magneta?
Glavna karakteristika neodimijumskih magneta je koliko su jaki za svoju veličinu. Magnetno polje neodimijumskog magneta nastaje kada se na njega primeni magnetno polje i atomski dipoli se poravnaju, što je petlja magnetne histereze. Kada se magnetsko polje ukloni, dio poravnanja ostaje u magnetiziranom neodimijumu.
Razredi neodimijumskih magneta ukazuju na njihovu magnetnu snagu. Što je veći broj, to je jača snaga magneta. Brojevi dolaze iz njihovih svojstava izraženih kao megagauss Oersteds ili MGOe, što je najjača tačka njegove BH krive.
Skala ocjenjivanja "N" počinje od N30 i ide do N52, iako se magneti N52 rijetko koriste ili se koriste samo u posebnim slučajevima. Broj "N" može biti praćen sa dva slova, kao što je SH, koja označavaju koercitivnost magneta (Hc). Što je veći Hc, to je višu temperaturu koju neo magnet može izdržati prije nego što izgubi svoj učinak.
Tabela ispod navodi najčešće vrste neodimijumskih magneta koji se trenutno koriste.
Svojstva neodimijumskih magneta
Remanentnost:
Kada se neodimij stavi u magnetsko polje, atomski dipoli se poravnavaju. Nakon uklanjanja iz polja, dio poravnanja ostaje stvarajući magnetizirani neodim. Remanencija je gustina fluksa koja ostaje kada se vanjsko polje vrati sa vrijednosti zasićenja na nulu, što je preostala magnetizacija. Što je veća remanencija, to je veća gustina fluksa. Neodimijski magneti imaju gustinu fluksa od 1,0 do 1,4 T.
Remanentnost neodimijumskih magneta varira u zavisnosti od toga kako su napravljeni. Sinterovani neodimijum magneti imaju T od 1,0 do 1,4. Vezani neodimijumski magneti imaju 0,6 do 0,7 T.
prisila:
Nakon što se neodimijum magnetizira, ne vraća se na nultu magnetizaciju. Da bi se vratio na nultu magnetizaciju, mora se vratiti nazad pomoću polja u suprotnom smjeru, što se naziva koercitivnost. Ovo svojstvo magneta je njegova sposobnost da izdrži utjecaj vanjske magnetske sile bez demagnetizacije. Koercitivnost je mjera intenziteta potrebnog od magnetnog polja da se magnetizacija magneta vrati na nulu ili otpor magneta koji se demagnetizira.
Koercitivnost se mjeri u ersted ili amper jedinicama označenim kao Hc. Koercitivnost neodimijskih magneta ovisi o tome kako su proizvedeni. Sinterovani neodimijum magneti imaju koercitivnost od 750 Hc do 2000 Hc, dok vezani neodimijum magneti imaju koercitivnost od 600 Hc do 1200 Hc.
Energetski proizvod:
Gustoću magnetske energije karakterizira maksimalna vrijednost gustoće fluksa puta jačine magnetnog polja, što je količina magnetnog fluksa po jedinici površine. Jedinice se mjere u teslasima za SI jedinice i njihovim Gausima sa simbolom za gustinu fluksa B. Gustina magnetnog fluksa je zbir vanjskog magnetskog polja H i magnetne polarizacije magnetnog tijela J u SI jedinicama.
Trajni magneti imaju B polje u svom jezgru i okolini. Smjer jačine B polja pripisuje se tačkama unutar i izvan magneta. Igla kompasa u B polju magneta pokazuje se prema smjeru polja.
Ne postoji jednostavan način za izračunavanje gustine fluksa magnetnih oblika. Postoje kompjuterski programi koji mogu napraviti proračun. Jednostavne formule se mogu koristiti za manje složene geometrije.
Intenzitet magnetnog polja mjeri se u Gausu ili Tesli i uobičajeno je mjerenje snage magneta, što je mjera gustine njegovog magnetnog polja. Gaus metar se koristi za mjerenje gustine fluksa magneta. Gustoća fluksa za neodimijum magnet je 6000 Gausa ili manje jer ima pravolinijsku krivulju demagnetizacije.
Curie temperatura:
Kirijeva temperatura ili Kirijeva tačka je temperatura na kojoj magnetni materijali menjaju svoja magnetna svojstva i postaju paramagnetni. U magnetnim metalima, magnetni atomi su poravnati u istom smjeru i međusobno pojačavaju magnetsko polje. Podizanjem kirijeve temperature mijenja se raspored atoma.
Koercitivnost raste kako temperatura raste. Iako neodimijski magneti imaju visoku koercitivnost na sobnoj temperaturi, ona opada kako temperatura raste sve dok ne dostigne temperaturu Curie, koja može biti oko 320°C ili 608°F.
Bez obzira na to koliko jaki neodimijski magneti mogu biti, ekstremne temperature mogu promijeniti njihove atome. Dugotrajno izlaganje visokim temperaturama može uzrokovati da potpuno izgube svoja magnetna svojstva, što počinje na 80°C ili 176°F.
Kako se prave neodimijumski magneti?
Dva procesa koja se koriste za proizvodnju neodimijumskih magneta su sinterovanje i spajanje. Svojstva gotovih magneta variraju ovisno o tome kako su proizvedeni, a sinteriranje je najbolja od dvije metode.
Kako se prave neodimijumski magneti
Sinterovanje
-
topljenje:
Neodim, željezo i bor se izmjere i stave u vakuumsku indukcijsku peć kako bi se formirala legura. Ostali elementi se dodaju za specifične klase, kao što su kobalt, bakar, gadolinij i disprozijum kako bi se poboljšala otpornost na koroziju. Zagrijavanje se stvara električnim vrtložnim strujama u vakuumu kako bi se spriječile zagađivače. Mješavina neo legure je različita za svakog proizvođača i razred neodimijum magneta.
-
puderiranje:
Otopljena legura se hladi i formira u ingote. Ingoti su mljeveni u atmosferi dušika i argona kako bi se stvorio prah mikronske veličine. Neodimijum prah se stavlja u rezervoar za prešanje.
-
Pritiskom:
Prašak se utiskuje u kalup koji je nešto veći od željenog oblika postupkom poznatim kao ometanje na temperaturi od oko 725°C. Veći oblik kalupa omogućava skupljanje tokom procesa sinterovanja. Tokom presovanja, materijal je izložen magnetnom polju. Postavlja se u drugu matricu da se pritisne u širi oblik kako bi se magnetizacija poravnala paralelno sa smjerom presovanja. Neke metode uključuju uređaje za stvaranje magnetnih polja tokom pritiskanja radi poravnanja čestica.
Prije nego što se pritisnuti magnet otpusti, on prima demagnetizirajući impuls koji ga ostavlja demagnetiziranim kako bi se stvorio zeleni magnet, koji se lako raspada i ima slaba magnetna svojstva.
-
sinterovanje:
Sinterovanje, ili frittage, sabija i formira zeleni magnet koristeći toplotu ispod tačke topljenja da bi mu dala konačna magnetna svojstva. Proces se pažljivo prati u inertnoj atmosferi bez kiseonika. Oksidi mogu uništiti performanse neodimijumskog magneta. Komprimuje se na temperaturama koje dostižu 1080°C, ali ispod tačke topljenja da bi se čestice pričvrstile jedna za drugu.
Gašenje se primjenjuje za brzo hlađenje magneta i minimiziranje faza, koje su varijante legure koje imaju loša magnetska svojstva.
-
obrada:
Sinterovani magneti se bruse pomoću dijamantskih ili žičanih alata za rezanje kako bi se oblikovali na ispravne tolerancije.
-
Plating i premazivanje:
Neodim brzo oksidira i podložan je koroziji, što može ukloniti njegova magnetna svojstva. Kao zaštita premazuju se plastikom, niklom, bakrom, cinkom, kalajem ili drugim oblicima premaza.
-
magnetizacija:
Iako magnet ima smjer magnetizacije, on nije magnetiziran i mora se nakratko izložiti jakom magnetskom polju, koje je zavojnica žice koja okružuje magnet. Magnetiziranje uključuje kondenzatore i visoki napon za proizvodnju jake struje.
-
Završni pregled:
Digitalni mjerni projektori provjeravaju dimenzije, a rendgenska fluorescentna tehnologija provjerava debljinu prevlake. Premaz se testira na druge načine kako bi se osigurala njegova kvaliteta i čvrstoća. BH kriva se testira histerezisnim grafom kako bi se potvrdilo potpuno povećanje.
Vezivanje
Vezivanje ili kompresijsko spajanje je proces presovanja koji koristi mješavinu praha neodimijuma i epoksidnog vezivnog sredstva. Smjesa je 97% magnetnog materijala i 3% epoksida.
Mješavina epoksida i neodimijuma se komprimira u preši ili ekstrudira i stvrdnjava u pećnici. S obzirom da se smjesa utiskuje u kalup ili prolazi kroz ekstruziju, magneti se mogu oblikovati u složene oblike i konfiguracije. Proces kompresijskog vezivanja proizvodi magnete sa uskim tolerancijama i ne zahtijeva sekundarne operacije.
Kompresijski vezani magneti su izotropni i mogu se magnetizirati u bilo kojem smjeru, što uključuje multipolarne konfiguracije. Vezivanje od epoksida čini magnete dovoljno jakim da se mogu glodati ili strugati, ali ne i bušiti ili urezivati.
Radial Sintered
Radijalno orijentisani neodimijumski magneti su najnoviji magneti na tržištu magneta. Proces proizvodnje radijalno poravnatih magneta poznat je dugi niz godina, ali nije bio isplativ. Nedavni tehnološki razvoj pojednostavio je proizvodni proces čineći radijalno orijentirane magnete lakšima za proizvodnju.
Tri procesa za proizvodnju radijalno poravnatih neodimijumskih magneta su anizotropno prešanje pod pritiskom, ekstruzija unatrag vrućim presovanjem i radijalno rotirajuće polje.
Proces sinterovanja osigurava da nema slabih tačaka u strukturi magneta.
Jedinstvena kvaliteta radijalno poravnatih magneta je smjer magnetskog polja, koje se proteže oko perimetra magneta. Južni pol magneta nalazi se na unutrašnjosti prstena, dok je sjeverni pol na njegovom obimu.
Radijalno orijentirani neodimijski magneti su anizotropni i magnetizirani su od unutrašnjosti prstena prema van. Radijalna magnetizacija povećava magnetnu silu prstenova i može se oblikovati u više uzoraka.
Radijalni neodimijumski prstenasti magneti mogu se koristiti za sinhrone motore, koračne motore i DC motore bez četkica za automobilsku, kompjutersku, elektronsku i komunikacijsku industriju.
Primjena neodimijskih magneta
Magnetni transporteri za odvajanje:
U demonstraciji ispod, transportna traka je prekrivena neodimijumskim magnetima. Magneti su raspoređeni sa naizmjeničnim polovima okrenutim prema van što im daje snažno magnetsko držanje. Stvari koje magneti ne privlače padaju, dok se feromagnetni materijal baca u kantu za sakupljanje.
Hard diskovi:
Tvrdi diskovi imaju staze i sektore sa magnetnim ćelijama. Ćelije se magnetiziraju kada se podaci upisuju u pogon.
Pikapi za električnu gitaru:
Pikap za električnu gitaru osjeća vibrirajuće žice i pretvara signal u slabu električnu struju da se pošalje u pojačalo i zvučnik. Električne gitare su za razliku od akustičnih gitara koje pojačavaju svoj zvuk u šupljoj kutiji ispod žica. Električne gitare mogu biti od punog metala ili drveta sa elektronskim pojačavanjem zvuka.
Tretman vode:
Neodimijski magneti se koriste u tretmanu vode kako bi se smanjio kamenac od tvrde vode. Tvrda voda ima visok sadržaj minerala kalcijuma i magnezijuma. Sa magnetskom obradom vode, voda prolazi kroz magnetno polje kako bi uhvatila kamenac. Tehnologija nije u potpunosti prihvaćena kao efikasna. Bilo je ohrabrujućih rezultata.
Reed prekidači:
Reed prekidač je električni prekidač kojim upravlja magnetno polje. Imaju dva kontakta i metalne šipke u staklenoj koverti. Kontakti prekidača su otvoreni dok se ne aktiviraju magnetom.
Reed prekidači se koriste u mehaničkim sistemima kao senzori blizine u vratima i prozorima za protivprovalne alarmne sisteme i zaštitu od neovlaštenog pristupa. Kod laptopa, reed prekidači stavljaju laptop u stanje mirovanja kada je poklopac zatvoren. Tastature s pedalom za cijevne orgulje koriste prekidače s trskom koji se nalaze u staklenom kućištu za kontakte kako bi ih zaštitili od prljavštine, prašine i krhotina.
Magneti za šivanje:
Neodimijski magneti se koriste za magnetne kopče na torbicama, odjeći i fasciklama ili povezima. Magneti za šivanje se prodaju u paru s jednim magnetom a+, a drugim a-.
Magneti za protezu:
Proteze se mogu držati na mjestu pomoću magneta ugrađenih u vilicu pacijenta. Magneti su zaštićeni od korozije pljuvačke prevlakom od nerđajućeg čelika. Nanosi se keramički titanijum nitrid kako bi se izbjeglo abrazije i smanjila izloženost niklu.
Magnetni graničnici za vrata:
Magnetni graničnici za vrata su mehanički graničnici koji drže vrata otvorena. Vrata se otvaraju, dodiruju magnet i ostaju otvorena sve dok se vrata ne odvoje od magneta.
Kopča za nakit:
Magnetne kopče za nakit dolaze s dvije polovice i prodaju se u paru. Polovice imaju magnet u kućištu od nemagnetnog materijala. Metalna omča na kraju pričvršćuje lanac narukvice ili ogrlice. Kućišta magneta se uklapaju jedno u drugo sprečavajući bočno ili smicanje između magneta kako bi se osiguralo čvrsto držanje.
Zvučnici:
Zvučnici pretvaraju električnu energiju u mehaničku energiju ili kretanje. Mehanička energija komprimira vazduh i pretvara kretanje u zvučnu energiju ili nivo zvučnog pritiska. Električna struja, poslana kroz žičanu zavojnicu, stvara magnetno polje u magnetu pričvršćenom za zvučnik. Glasovna zavojnica se privlači i odbija od permanentnog magneta, koji čini konus, za koji je zavojnica pričvršćena, kreće se naprijed-nazad. Kretanje čunjeva stvara talase pritiska koji se čuju kao zvuk.
Senzori protiv blokiranja kočnica:
U antiblokirajućim kočnicama, neodimijumski magneti su umotani u bakrene zavojnice u senzorima kočnice. Sistem protiv blokiranja kočnica kontroliše brzinu točkova za ubrzavanje i smanjenje ubrzanja regulacijom pritiska u liniji primenjenog na kočnicu. Kontrolni signali koje generira kontroler i primjenjuju na jedinicu za modulaciju pritiska kočnice uzimaju se od senzora brzine kotača.
Zubi na senzorskom prstenu rotiraju pored magnetnog senzora, što uzrokuje preokret polariteta magnetskog polja koje šalje frekvencijski signal ugaonoj brzini osovine. Diferencijacija signala je ubrzanje kotača.
Razmatranja o neodimijumskom magnetu
Kao najmoćniji i najjači magneti na zemlji, neodimijski magneti mogu imati štetne negativne efekte. Važno je da se njima pravilno rukuje s obzirom na štetu koju mogu uzrokovati. Ispod su opisi nekih negativnih efekata neodimijumskih magneta.
Negativni efekti neodimijumskih magneta
tjelesna povreda:
Neodimijski magneti mogu se spojiti i uštinuti kožu ili uzrokovati ozbiljne ozljede. Mogu skočiti ili udariti zajedno na udaljenosti od nekoliko inča do nekoliko stopa. Ako vam prst stoji na putu, može biti slomljen ili teško ozlijeđen. Neodimijski magneti su snažniji od drugih vrsta magneta. Nevjerovatno moćna sila između njih često može biti iznenađujuća.
Slom magneta:
Neodimijski magneti su krhki i mogu se oljuštiti, okrhnuti, puknuti ili razbiti ako se udare zajedno, što šalje male oštre metalne komade koji lete velikom brzinom. Neodimijski magneti su napravljeni od tvrdog, lomljivog materijala. Iako su napravljeni od metala i imaju sjajan, metalik izgled, nisu izdržljivi. Prilikom rukovanja njima treba nositi zaštitu za oči.
Držite dalje od djece:
Neodimijumski magneti nisu igračke. Djeci ne bi trebalo dozvoliti da se s njima rukuju. Mali mogu predstavljati opasnost od gušenja. Ako se proguta više magneta, oni se vezuju jedan za drugi kroz zidove crijeva, što će uzrokovati ozbiljne zdravstvene probleme, zahtijevajući hitnu, hitnu operaciju.
Opasnost za pejsmejkere:
Jačina polja od deset gausa u blizini pejsmejkera ili defibrilatora može stupiti u interakciju sa implantiranim uređajem. Neodimijski magneti stvaraju jaka magnetna polja, koja mogu ometati rad pejsmejkera, ICD-a i implantiranih medicinskih uređaja. Mnogi implantirani uređaji se deaktiviraju kada su u blizini magnetnog polja.
Magnetni mediji:
Jaka magnetna polja neodimijumskih magneta mogu oštetiti magnetne medije kao što su diskete, kreditne kartice, magnetne ID kartice, kasete, video trake, oštetiti starije televizore, videorekordere, kompjuterske monitore i CRT ekrane. Ne treba ih postavljati u blizini elektronskih uređaja.
GPS i pametni telefoni:
Magnetna polja ometaju kompase ili magnetometre i interne kompase pametnih telefona i GPS uređaja. Međunarodna asocijacija za vazdušni transport i američki savezni propisi i propisi pokrivaju transport magneta.
Alergija na nikl:
Ako ste alergični na nikl, imunološki sistem pogrešno smatra nikl opasnim uljezom i proizvodi hemikalije za borbu protiv njega. Alergijska reakcija na nikl je crvenilo i osip na koži. Alergije na nikl su češće kod žena i djevojčica. Otprilike 36 posto žena, mlađih od 18 godina, ima alergiju na nikl. Način da se izbjegne alergija na nikl je izbjegavanje neodimijumskih magneta obloženih niklom.
demagnetizacija:
Neodimijumski magneti zadržavaju svoju efikasnost do 80°C ili 175°F. Temperatura na kojoj počinju da gube svoju efikasnost zavisi od stepena, oblika i primene.
Zapaljivo:
Neodimijumske magnete ne treba bušiti ili mašinski obrađivati. Prašina i prah koji nastaju mlevenjem su zapaljivi.
korozija:
Neodimijski magneti su obrađeni nekim oblikom premaza ili obloge kako bi se zaštitili od elemenata. Nisu vodootporni i zarđat će ili korodirati kada se stave u mokro ili vlažno okruženje.
Standardi i propisi za upotrebu neodimijumskih magneta
Iako neodimijski magneti imaju jako magnetno polje, vrlo su krhki i zahtijevaju posebno rukovanje. Nekoliko industrijskih nadzornih agencija razvilo je propise u vezi s rukovanjem, proizvodnjom i isporukom neodimijskih magneta. U nastavku je naveden kratak opis nekoliko propisa.
Standardi i propisi za neodimijske magnete
Američko društvo mašinskih inženjera:
Američko društvo mašinskih inženjera (ASME) ima standarde za uređaje za podizanje ispod kuke. Standard B30.20 primjenjuje se na instalaciju, inspekciju, testiranje, održavanje i rad uređaja za podizanje, što uključuje magnete za podizanje gdje operater postavlja magnet na teret i vodi teret. ASME standard BTH-1 se primjenjuje zajedno sa ASME B30.20.
Analiza opasnosti i kritične kontrolne tačke:
Analiza opasnosti i kritične kontrolne tačke (HACCP) je međunarodno priznati preventivni sistem upravljanja rizikom. Ispituje sigurnost hrane od bioloških, hemijskih i fizičkih opasnosti tako što zahtijeva identifikaciju i kontrolu opasnosti u određenim tačkama u proizvodnom procesu. Nudi sertifikaciju za opremu koja se koristi u prehrambenim objektima. HACCP je identificirao i certificirao određene magnete za razdvajanje koji se koriste u prehrambenoj industriji.
Ministarstvo poljoprivrede Sjedinjenih Država:
Opremu za magnetnu separaciju odobrila je Služba poljoprivrednog marketinga Ministarstva poljoprivrede Sjedinjenih Država kao usklađena za upotrebu sa dva programa za preradu hrane:
- Program pregleda opreme za mlečne proizvode
- Program pregleda opreme za meso i perad
Certifikati se zasnivaju na dva standarda ili smjernice:
- Sanitarno projektovanje i izrada opreme za preradu mleka
- Sanitarno projektovanje i proizvodnja opreme za preradu mesa i peradi koja ispunjava higijenske zahtjeve NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014
Ograničenje upotrebe opasnih supstanci:
Propisi o ograničenju upotrebe opasnih supstanci (RoHS) ograničavaju upotrebu usporivača plamena olova, kadmijuma, polibromovanog bifenila (PBB), žive, šestovalentnog hroma i polibromiranog difenil etera (PBDE) u elektronskoj opremi. Budući da neodimijski magneti mogu biti opasni, RoHS je razvio standarde za njihovo rukovanje i upotrebu.
Međunarodna organizacija civilnog vazduhoplovstva:
Utvrđeno je da su magneti opasna roba za pošiljke izvan kontinentalnih Sjedinjenih Država na međunarodna odredišta. Svaki upakovani materijal, koji se šalje vazdušnim putem, mora imati jačinu magnetnog polja od 0,002 Gausa ili više na udaljenosti od sedam stopa od bilo koje tačke na površini pakovanja.
Federalna uprava za vazduhoplovstvo:
Paketi koji sadrže magnete koji se šalju zračnim putem moraju biti testirani kako bi zadovoljili utvrđene standarde. Paketi magneta moraju mjeriti manje od 0,00525 gausa na 15 stopa od paketa. Snažni i jaki magneti moraju imati neki oblik zaštite. Postoje brojni propisi i zahtjevi koje treba ispuniti za transport magneta zračnim putem zbog potencijalnih sigurnosnih opasnosti.
Ograničenje, evaluacija, odobrenje hemikalija:
Restriction, Evaluation, and Authorization of Chemicals (REACH) je međunarodna organizacija koja je dio Evropske unije. Reguliše i razvija standarde za opasne materije. Ima nekoliko dokumenata koji određuju pravilnu upotrebu, rukovanje i proizvodnju magneta. Veliki dio literature odnosi se na upotrebu magneta u medicinskim uređajima i elektronskim komponentama.
Zaključak
- Neodimijumski (Nd-Fe-B) magneti, poznati kao neo magneti, uobičajeni su magneti retkih zemalja koji se sastoje od neodimijuma (Nd), gvožđa (Fe), bora (B) i prelaznih metala.
- Dva procesa koja se koriste za proizvodnju neodimijumskih magneta su sinterovanje i spajanje.
- Neodimijumski magneti postali su najčešće korišteni od mnogih vrsta magneta.
- Magnetno polje neodimijumskog magneta nastaje kada se na njega primeni magnetno polje i atomski dipoli se poravnaju, što je petlja magnetne histereze.
- Neodimijski magneti mogu se proizvoditi u bilo kojoj veličini, ali zadržavaju svoju početnu magnetsku snagu.
Vrijeme objave: Jul-11-2022