Μαγνήτες NdFeB

Τι είναι οι μαγνήτες νεοδυμίου / μαγνήτες NdFeB;

Το πιο κοινό είδοςμαγνήτης σπάνιων γαιώνείναι ένας μαγνήτης νεοδυμίου, που συνήθως αναφέρεται ως μαγνήτης NdFeB, NIB ή Neo.Νεοδύμιο, σίδηρος και βόριο συνδυάστηκαν για να δημιουργήσουν την τετραγωνική κρυσταλλική δομή του μόνιμου μαγνήτη Nd2Fe14B.Οι μαγνήτες νεοδυμίου είναι ο ισχυρότερος τύπος μόνιμου μαγνήτη που κυκλοφορεί αυτή τη στιγμή στην αγορά.Αναπτύχθηκαν ξεχωριστά το 1984 από την General Motors και τη Sumitomo Special Metals.

Ανάλογα με τη μέθοδο κατασκευής που χρησιμοποιείται, οι μαγνήτες NdFeB μπορούν να ταξινομηθούν ωςπυροσυσσωματωμένοή δεμένο.Σε πολλές εφαρμογές σε σύγχρονα προϊόντα που χρειάζονται ισχυρούς μόνιμους μαγνήτες, όπως ηλεκτρικούς κινητήρες σε εργαλεία μπαταρίας, μονάδες σκληρού δίσκου και μαγνητικούς συνδετήρες, έχουν πάρει τη θέση άλλων τύπων μαγνητών.

Επεξήγηση της Δύναμης

Το νεοδύμιο είναι ένα αντισιδηρομαγνητικό μέταλλο που παρουσιάζει μαγνητικά χαρακτηριστικά όταν είναι καθαρό, αλλά μόνο σε θερμοκρασίες κάτω των 19 K (254,2 °C, 425,5 °F).Οι ενώσεις νεοδυμίου με σιδηρομαγνητικά μέταλλα μετάπτωσης όπως ο σίδηρος, που έχουν θερμοκρασίες Curie πολύ πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου, χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μαγνητών νεοδυμίου.

Η δύναμη των μαγνητών νεοδυμίου είναι ένας συνδυασμός διαφόρων πραγμάτων.Το πιο σημαντικό είναι η εξαιρετικά υψηλή μονοαξονική μαγνητοκρυσταλλική ανισοτροπία της τετραγωνικής κρυσταλλικής δομής Nd2Fe14B (HA 7 T - ένταση μαγνητικού πεδίου H σε μονάδες A/m έναντι μαγνητικής ροπής σε Am2).Αυτό δείχνει ότι ένας κρύσταλλος της ουσίας μαγνητίζεται κατά προτίμηση κατά μήκος ενός συγκεκριμένου άξονα κρυστάλλου, αλλά το βρίσκει εξαιρετικά δύσκολο να μαγνητιστεί προς άλλες κατευθύνσεις.Το κράμα μαγνήτη νεοδυμίου, όπως και άλλοι μαγνήτες, είναι κατασκευασμένο από μικροκρυσταλλικούς κόκκους που είναι ευθυγραμμισμένοι κατά την κατασκευή σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο έτσι ώστε οι μαγνητικοί άξονές τους να δείχνουν όλοι προς την ίδια κατεύθυνση.Η ένωση έχει εξαιρετικά υψηλή καταναγκαστική ικανότητα, ή αντίσταση στην απομαγνήτιση, λόγω της αντίστασης του κρυσταλλικού πλέγματος στην αλλαγή της κατεύθυνσης του μαγνητισμού.

Πυροσυσσωματωμένοι μαγνήτες NdFeB
Συγκολλημένοι μαγνήτες συμπίεσης NdFeB

Επειδή περιέχει τέσσερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια στη δομή των ηλεκτρονίων του σε σύγκριση με (κατά μέσο όρο) τρία στον σίδηρο, το άτομο νεοδυμίου μπορεί να έχει σημαντική μαγνητική διπολική ροπή.Τα ασύζευκτα ηλεκτρόνια σε έναν μαγνήτη που είναι ευθυγραμμισμένα έτσι ώστε τα σπιν τους να βλέπουν την ίδια κατεύθυνση παράγουν το μαγνητικό πεδίο.Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια ισχυρή μαγνήτιση κορεσμού για τον συνδυασμό Nd2Fe14B (Js 1,6 T ή 16 kG) και μια τυπική υπολειμματική μαγνήτιση 1,3 teslas.Ως αποτέλεσμα, αυτή η μαγνητική φάση έχει την ικανότητα να αποθηκεύει σημαντικές ποσότητες μαγνητικής ενέργειας (BHmax 512 kJ/m3 ή 64 MGOe), καθώς η υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα είναι ανάλογη με το Js2.

Αυτή η τιμή μαγνητικής ενέργειας είναι περίπου 18 φορές κατ' όγκο και 12 φορές κατά μάζα μεγαλύτερη από τους "κανονικούς" μαγνήτες φερρίτη.Το κοβάλτιο σαμάριου (SmCo), ο πρώτος εμπορικά διαθέσιμος μαγνήτης για σπάνιες γαίες, έχει χαμηλότερο επίπεδο αυτού του χαρακτηριστικού μαγνητικής ενέργειας από τα κράματα NdFeB.Τα μαγνητικά χαρακτηριστικά των μαγνητών νεοδυμίου επηρεάζονται πραγματικά από τη μικροδομή, τη διαδικασία κατασκευής και τη σύνθεση του κράματος.

Τα άτομα σιδήρου και ένας συνδυασμός νεοδυμίου-βορίου βρίσκονται σε εναλλακτικά στρώματα μέσα στην κρυσταλλική δομή Nd2Fe14B.Τα διαμαγνητικά άτομα βορίου προάγουν τη συνοχή μέσω ισχυρών ομοιοπολικών δεσμών, αλλά δεν συμβάλλουν άμεσα στον μαγνητισμό.Οι μαγνήτες νεοδυμίου είναι λιγότερο ακριβοί από τους μαγνήτες σαμαρίου-κοβαλτίου λόγω της συγκριτικά χαμηλής συγκέντρωσης σπάνιων γαιών (12% κατ' όγκο, 26,7% κατά μάζα), καθώς και της σχετικής διαθεσιμότητας νεοδυμίου και σιδήρου σε σύγκριση με το σαμάριο και το κοβάλτιο.

Ιδιότητες

Βαθμοί:

Το μέγιστο ενεργειακό προϊόν των μαγνητών νεοδυμίου - το οποίο αντιστοιχεί στην παραγωγή μαγνητικής ροής ανά μονάδα όγκου - χρησιμοποιείται για την ταξινόμηση τους.Οι ισχυρότεροι μαγνήτες υποδεικνύονται με υψηλότερες τιμές.Υπάρχει μια γενικά αποδεκτή παγκόσμια κατηγοριοποίηση για τους συντηγμένους μαγνήτες NdFeB.Η τιμή τους κυμαίνεται από 28 έως 52. Το νεοδύμιο, ή οι συντηγμένοι μαγνήτες NdFeB, συμβολίζονται με το αρχικό N πριν από τις τιμές.Οι τιμές ακολουθούνται από γράμματα που υποδηλώνουν εγγενή καταναγκασμό και μέγιστες θερμοκρασίες λειτουργίας, οι οποίες συσχετίζονται θετικά με τη θερμοκρασία Curie και κυμαίνονται από την προεπιλεγμένη (έως 80 °C ή 176 °F) έως TH (230 °C ή 446 °F) .

Βαθμοί τωνπυροσυσσωματωμένοι μαγνήτες NdFeB:

N30-N56, N30M-N52M, N30H-N52H, N30SH-N52SH, N28UH-N45UH, N28EH-N42EH, N30AH-N38AH

Μαγνητικές ιδιότητες:

Μεταξύ των σημαντικών χαρακτηριστικών που χρησιμοποιούνται για την αντίθεση μόνιμων μαγνητών είναι:

Παραμονή(Br),που ποσοτικοποιεί την ισχύ του μαγνητικού πεδίου.

Καταναγκασμός(Hci),αντίσταση απομαγνητισμού του υλικού.

Μέγιστο ενεργειακό προϊόν(BHmax),η μεγαλύτερη τιμή της πυκνότητας μαγνητικής ροής (Β) φορές

ισχύς μαγνητικού πεδίου, που μετρά την πυκνότητα της μαγνητικής ενέργειας (Η).

Θερμοκρασία Κιουρί (TC), το σημείο στο οποίο μια ουσία παύει να είναι μαγνητική.

Καμπύλη απομαγνητισμού

Οι μαγνήτες νεοδυμίου υπερτερούν των άλλων τύπων μαγνητών όσον αφορά την παραμονή, την καταναγκασμό και το ενεργειακό προϊόν, αλλά συχνά έχουν χαμηλότερες θερμοκρασίες Κιουρί.Το τέρβιο και το δυσπρόσιο είναι δύο ειδικά κράματα μαγνητών νεοδυμίου που έχουν δημιουργηθεί με υψηλότερες θερμοκρασίες Curie και υψηλότερη ανοχή θερμοκρασίας.Η μαγνητική απόδοση των μαγνητών νεοδυμίου έρχεται σε αντίθεση με αυτή άλλων τύπων μόνιμων μαγνητών στον παρακάτω πίνακα.

Μαγνήτης Br(Τ) Hcj(kA/m) BHmaxkJ/m3 TC
(℃) (℉)
Nd2Fe14B, συντηγμένο 1,0-1,4 750-2000 200-440 310-400 590-752
Nd2Fe14B, συνδεδεμένο 0,6-0,7 600-1200 60-100 310-400 590-752
SmCo5, συντηγμένο 0,8-1,1 600-2000 120-200 720 1328
Sm(Co, Fe, Cu, Zr)7 συντηγμένο 0,9-1,15 450-1300 150-240 800 1472
AlNiCi, συντηγμένο 0,6-1,4 275 10-88 700-860 1292-1580
Sr-Φερρίτης, πυροσυσσωματωμένος 0,2-0,78 100-300 10-40 450 842

Προβλήματα διάβρωσης

Τα όρια κόκκων ενός πυροσυσσωματωμένου μαγνήτη είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στη διάβρωση στο συντηγμένο Nd2Fe14B.Αυτού του είδους η διάβρωση μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές ζημιές, όπως το θρυμματισμό ενός επιφανειακού στρώματος ή την κατάρρευση ενός μαγνήτη σε σκόνη μικροσκοπικών μαγνητικών σωματιδίων.

Πολλά εμπορικά αγαθά αντιμετωπίζουν αυτόν τον κίνδυνο συμπεριλαμβάνοντας ένα προστατευτικό κάλυμμα για να σταματήσει η έκθεση στο περιβάλλον.Οι πιο κοινές επιμεταλλώσεις είναι το νικέλιο, το νικέλιο-χαλκό-νικέλιο και ο ψευδάργυρος, ενώ μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και άλλα μέταλλα, όπως και προστατευτικά πολυμερών και λάκαςεπιστρώσεις.

Επιδράσεις θερμοκρασίας

Το νεοδύμιο έχει αρνητικό συντελεστή, που σημαίνει ότι όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, πέφτουν τόσο η καταναγκαστική ικανότητα όσο και η μέγιστη πυκνότητα μαγνητικής ενέργειας (BHmax).Σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, οι μαγνήτες νεοδυμίου-σιδήρου-βορίου έχουν υψηλή καταναγκαστική ικανότητα.Ωστόσο, όταν η θερμοκρασία αυξάνεται πάνω από 100 °C (212 °F), ο καταναγκασμός πέφτει γρήγορα μέχρι να φτάσει στη θερμοκρασία Curie, η οποία είναι περίπου 320 °C ή 608 °F.Αυτή η μείωση της καταναγκασμού περιορίζει την αποτελεσματικότητα του μαγνήτη σε εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας όπως ανεμογεννήτριες, υβριδικούς κινητήρες κ.λπ. Για να αποφευχθεί η πτώση της απόδοσης λόγω διακυμάνσεων θερμοκρασίας, προστίθεται τέρβιο (Tb) ή δυσπρόσιο (Dy), αυξάνοντας το κόστος μαγνήτης.

Εφαρμογές

Επειδή η υψηλότερη αντοχή του επιτρέπει τη χρήση μικρότερων, ελαφρύτερων μαγνητών για μια δεδομένη εφαρμογή, οι μαγνήτες νεοδυμίου έχουν αντικαταστήσει τους μαγνήτες alnico και φερρίτη σε πολλές από τις αμέτρητες εφαρμογές της σύγχρονης τεχνολογίας όπου απαιτούνται ισχυροί μόνιμοι μαγνήτες.Ακολουθούν αρκετά παραδείγματα:

Ενεργοποιητές κεφαλής για σκληρούς δίσκους υπολογιστών

Μηχανικοί διακόπτες πυροδότησης ηλεκτρονικού τσιγάρου

Κλειδαριές για πόρτες

Ακουστικά και ηχεία

ηχεία κινητών τηλεφώνων & ενεργοποιητές αυτόματης εστίασης

Σκληροί Δίσκοι Υπολογιστών
Μαγνητικές συνδέσεις και ρουλεμάν

Σερβοκινητήρες& Σύγχρονοι κινητήρες

Κινητήρες ανύψωσης και συμπιεστές

Ατρακτοί και βηματικοί κινητήρες

Κινητήρες κίνησης υβριδικών και ηλεκτρικών αυτοκινήτων

Ηλεκτρικές γεννήτριες για ανεμογεννήτριες (με διέγερση μόνιμου μαγνήτη)

Servo Motors

Πηνίο μεγάφωνου

Αποζεύκτες θήκης πολυμέσων λιανικής

Οι ισχυροί μαγνήτες νεοδυμίου χρησιμοποιούνται στις βιομηχανίες επεξεργασίας για τη σύλληψη ξένων σωμάτων και την προστασία προϊόντων και διεργασιών.

Η αυξημένη αντοχή των μαγνητών νεοδυμίου έχει εμπνεύσει νέες χρήσεις όπως μαγνητικά κουμπώματα κοσμημάτων, παιδικά μαγνητικά σετ δόμησης (και άλλα νεοδύμιοπαιχνίδια με μαγνήτη), και ως μέρος του μηχανισμού κλεισίματος του τρέχοντος εξοπλισμού αθλητικού αλεξίπτωτου.Αποτελούν το κύριο μέταλλο στους κάποτε δημοφιλείς μαγνήτες για επιτραπέζια παιχνίδια, γνωστούς ως "Buckyballs" και "Buckycubes", ωστόσο ορισμένα καταστήματα στις Ηνωμένες Πολιτείες επέλεξαν να μην τα πουλήσουν λόγω ανησυχιών για την ασφάλεια των παιδιών και έχουν απαγορευτεί στον Καναδά για τον ίδιο λόγο.

Με την εμφάνιση των σαρωτών ανοιχτής μαγνητικής τομογραφίας (MRI) που χρησιμοποιούνται για την προβολή του σώματος σε ακτινολογικά τμήματα ως εναλλακτική λύση στους υπεραγώγιμους μαγνήτες, η ομοιογένεια της ισχύος και του μαγνητικού πεδίου των μαγνητών νεοδυμίου έχει επίσης ανοίξει νέες δυνατότητες στην ιατρική βιομηχανία.

Οι μαγνήτες νεοδυμίου χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία της γαστροοισοφαγικής παλινδρόμησης ως χειρουργικά εμφυτευμένο σύστημα κατά της παλινδρόμησης, το οποίο είναι μια ζώνη μαγνητών που εμφυτεύεται χειρουργικά γύρω από τον κατώτερο οισοφαγικό σφιγκτήρα (ΓΟΠΝ).Έχουν επίσης εμφυτευθεί στα δάχτυλα για να επιτρέψουν την αισθητηριακή αίσθηση των μαγνητικών πεδίων, αν και αυτή είναι μια πειραματική λειτουργία που μόνο οι βιοχάκερ και οι μύλοι γνωρίζουν.

Όλοι οι μαγνήτες NdFeB

Οι πυροσυσσωματωμένοι μαγνήτες NdFeB έχουν τις υψηλότερες μαγνητικές ιδιότητες και χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς, όπως μάνδαλα πόρτας, κινητήρες, γεννήτριες και βαριά βιομηχανικά εξαρτήματα.

Οι συγκολλημένοι συμπιεσμένοι μαγνήτες είναι ισχυρότεροι από τους χυτευμένους με έγχυση μαγνήτες.

Ο μαγνήτης Injection Plastic NdFeB είναι ένα σύνθετο υλικό νέας γενιάς που αποτελείται από μόνιμη μαγνητική σκόνη και πλαστικό, με εξαιρετικές μαγνητικές και πλαστικές ιδιότητες, καθώς και υψηλή ακρίβεια και αντοχή στην καταπόνηση.


Κύριες εφαρμογές

Κατασκευαστής μόνιμων μαγνητών και μαγνητικών συγκροτημάτων