Неодимовый магнит состав сплава: Из чего состоят неодимовые магниты

Магниты можно классифицировать по:

• Магнитной энергии.
• Диапазону рабочих температур.
• Габаритам.
• Силе сцепления.

В зависимости от марки магниты различаются по диапазонам рабочих температур:

• Марка N (Normal) — до 80 С, то есть при нормальных температурах.
• M (Medium) — до 100 С, то есть при повышенных температурах.
• H (High) – до 120 С, то есть при высоких температурах.
• SH (Super High) — до 150 С.
• UH (Ultra High) — до 180 С.
• EH (Extra High) — до 200 С.

Цифры, которые указаны в обозначении класса магнитов: 40UH, 38SH, 33M, N30 и так далее, указывают на магнитную энергию, она измеряется в кДж на кубический метр. Данный критерий отвечает за мощность, то есть «усилие на отрыв», которое требуется для приложения к магниту, чтобы произвести отрыв от поверхности. Чем будет выше обозначение магнита, тем станет выше усилие на отрыв.
В то же время «сила на отрыв» будет зависеть также от веса и размера магнита. К примеру, магнит 2520 мм будет на порядок легче оторвать, к примеру, от стального листа, чем магнит площадью 405 мм.

Магниты также дифференцируются на классы с учетом величины их магнитного момента на одну единицу объема. Классы неодимовых магнитов:

• N35-N52;
• N33M-N48M;
• N30H-N45H;
• N30SH-N42SH;
• N30UH-N35UH;
• N28EH-N35EH.

При использовании неодимовых магнитов следует учитывать их особенности.

• Длительность службы неодимовых магнитов составляет минимум 30 лет, в случае надлежащего применения и хранения он может быть на порядок больше. Но в некоторых условиях их можно легко вывести из строя, а также безвозвратно испортить их. Неодимовые магниты являются совершенно не гибкими. Они могут ломаться при определенной нагрузке и даже трескаться, в том числе терять свои свойства.
• Падение магнита или удар по нему может привести к откалыванию частиц магнита, что может привести к снижению сцепных свойств. К тому же достаточно сильный удар способен привести к потере свойств магнита. Поэтому следует избегать падений неодимовых магнитов, в том числе там, где возможны удары друг о друга частей и деталей или падения.
• Магнитные свойства магнита при воздействии высокой температуры теряются безвозвратно. В зависимости от текущей марки магнита, предел нагревания может находиться в пределах 80-250°C. В случае нагревании выше нормативной температуры у магнита теряются все свойства. Саморазмагничивание неодимовых магнитов составляет порядка 1% за 10 лет. Данный показатель является довольно высоким.
• Обработка неодимового магнита почти невозможна. При создании серийных образцов магнитов после покупки для какой-нибудь цели будет практически невозможно придать магниту какую-либо иную форму. Обусловлено это тем, что сверление сплава, резка режущим инструментом или шлифовка может привести к возгоранию сплава. В том числе высокая температура, которая будет выделяться при трении, будет вызывать вредное воздействие на сам магнит, а также его свойства.

Неодимовые магниты довольно широко используются в промышленности, их применяют при проведении разнообразных экспериментов и опытов в области электротехники и физики:

• Мощными магнитами оснащаются фильтры, улавливающие мелкие металлические частицы в жидкостях или газах.
• Магниты из неодимового сплава также находят применение в производстве сувениров и игрушек.
• Магниты благодаря высокой сцепной силе применяются для поиска металлических предметов, которые залегают под землей. Сегодня их активно применяют поисковики, занимающиеся реставрацией техники времен войны.
• Неодимовые сплавы применяются для создания магнитного крепежа, при помощи которого выполняется крепление различных предметов.
• Для соединения деталей конструкций из металла: крепкого, однако легко разъединяемого при необходимости.
• Для крепления жалюзи, штор и иных элементов, связанных с окнами.
• Создания левитирующих предметов интерьера, мебели. В последнее время многие дизайнеры, да и обычные творческие люди при помощи неодимовых магнитов делают свои столы, подставки, подносы, кровати по-настоящему парящими.
• Создания генераторов свободной энергии, генераторов Тесла, магнитных клапанов, генераторов Серла, магнитных туннелей и датчиков Холла. Магниты высоких классов применяются в Большом Адронном Коллайдере.
• Магниты весьма широко применяются в медицине, к примеру, в аппаратах магнитно-резонансной томографии, а также для устранения болей при артрите.
• Неодимовые магниты могут находить широкое применение в быту, начиная от сантехники, а также заканчивая креплением фотографий или календаря к холодильнику.
• Магниты применяются в создании компьютерных жестких дисков.
• Выравнивания небольших царапин и вмятин на музыкальных инструментах и деталях. Достаточно лишь приложить мощный неодимовый магнит с одной стороны детали, а также крупный стальной шарик с иной.
• Очистка технических жидкостей и моторных масел автомобиля от посторонних металлических частиц и примесей, ведущих к износу двигателя.
• Омагничивание воды. Ряд врачей рекомендуют пить воду, которая обработана магнитным полем с целью повышения иммунитета и улучшения самочувствия.
• Магниты применяются для создания легких, компактных, но очень мощных генераторов электрического тока, к примеру, ветроустановок, гидроэлектростанций, а также иных объектов альтернативной энергетики.

К достоинствам неодимовых магнитов можно отнести:

• Мощность притяжения в десятки раз превышает силу обычного магнита.
• Они пользуются спросом у крупных производителей, однако их можно приобрести и для бытового применения. Магниты продаются в специальных магазинах и обычных интернет-магазинах.
• Благодаря довольно большой мощности размагничивание не происходит длительное время. За 10 лет происходит лишь 1% размагничивания.
• Возможность широкого применения в различных отраслях промышленности.
• Маленький вес и компактные размеры в сравнении с иными магнитами при одинаковой силе сцепления.

К недостаткам неодимовых магнитов можно отнести:

• Неодимовые магниты могут быть опасны для здоровья и окружающих изделий в неопытных и неумелых руках. Они могут повредить обшивку металлической мебели, автомобиля и даже стен. Их нельзя давать детям.
• Магниты весьма тяжело расцепляются, что в определенных случаях является большим недостатком.
• Негативное влияние на работу электроники.
• Неодимовые магниты не выдерживают сильных падений и ударов.
• Теряют свои свойства при сравнительно высоких температурах.

Похожие темы:

• Гистерезис в электротехнике. Магнитные свойства веществ
• Магнитное поле. Источники и свойства. Правила и применение
• Сверхпроводящие магниты. Устройство и работа. Применение
• Графит. Виды и применение. Свойства и происхождение. Особенности
• Альнико магниты. Виды и применение. Особенности
• Самариевые магниты. Характеристики и применение

Как делают неодимовые магниты?

Неодимовые магниты представляют собой сильные постоянные магниты, изготовленные из сплавов редкоземельных металлов.

Неодимовые магниты в основном изготавливаются из сплава неодима, железа и бора (NdFeB). Они также содержат небольшое количество таких элементов, как празеодим (Pr), диспрозий (Dy), алюминий (Al) и ниобий (Nb). Они могут быть добавлены для улучшения таких свойств, как прочность, термостойкость и устойчивость к размагничиванию и коррозии.

Подготовка неодимового сплава начинается с расплавления металлов в вакуумной индукционной печи. Расплавленный сплав охлаждается путем литья полос, метода быстрого охлаждения, в результате чего получаются тонкие чешуйки материала.

Эти хлопья измельчаются и помещаются в струйную мельницу, где они измельчаются в мелкий порошок.

Спеченные магниты

Спеченные неодимовые магниты изготавливаются путем нагревания в вакууме частиц редкоземельных металлов, используемых в качестве сырья в печи. Элементы — в основном неодим, железо и бор — выбираются таким образом, чтобы получить магнит определенного класса. Химический состав магнита регулируется для определения магнитной поляризации, точки Кюри, плотности потока и коэрцитивной силы.

После расплавления смесь NdFeB (неодим, железо, бор) отливается в форму и охлаждается для формирования слитков. Слитки измельчают до крошечных зерен и измельчают, как правило, на струйной мельнице. Этот мелкий порошок прессуется в форму. Магнитная энергия от проволочной катушки подается во время нагревания и плавления порошка.>

Это формирует неодим в виде плотных блоков. Магнетизм катушки генерируется, когда через нее проходит электрический ток.

После помещения измельченного магнитного порошка в форму для ориентации прикладывают внешнее магнитное поле. Направленная ориентация магнетизма фиксируется по мере прессования смеси. Порошок полностью уплотнен после ориентации.

Полученный магнит называется анизотропным, т. е. направление магнетизма совпадает со структурой частицы. Максимальная магнитная ориентация в направлении полюсов магнита увеличивает силу.

Существует три разных метода прессования спеченных магнитов NdFeB, каждый из которых дает немного отличающийся конечный продукт. Распространенными методами являются осевое, поперечное и изостатическое прессование. Каждая из них представляет определенное соотношение между осью прессования и осью магнитного выравнивания.

При осевом прессовании оси прессования и выравнивания совпадают. Поперечное прессование указывает на то, что ось прессования перпендикулярна оси выравнивания. Наконец, равномерное приложение давления со всех сторон называется изостатическим прессованием. При изостатическом прессовании магнитов магнетизм выравнивается до того, как магниты будут прижаты.

После блокировки магнитного направления намагниченный материал размагничивается. Поскольку материал слишком хрупок для практического использования, теперь его необходимо спекать. Спекание нагревает его в бескислородной среде почти до температуры плавления, так что магнитные частицы сплавляются вместе.

После спекания магнит закаливается. Нагретый материал быстро охлаждается, придавая материалу большую прочность и твердость. После закалки спеченного магнита проводят отпуск для охлаждения магнитного порошка.

После достижения заданной температуры нагревается. Быстрое охлаждение повышает производительность магнита за счет уменьшения областей с плохим магнитным полем.

Теперь магнитам можно придать соответствующую форму. Из-за твердости магнитов используются режущие инструменты с алмазным покрытием. Методы механической обработки включают шлифовку и нарезку, лазерную обработку и электроэрозионную обработку (EDM).

Склеенные магниты

Склеенные магниты NdFeB представляют собой редкоземельные магниты, изготовленные из магнитного порошка NdFeB и связующего вещества. Порошок получают путем измельчения сплава NdFeB в порошок и соединения его с полимером. Склеенные магниты не только чрезвычайно полезны в качестве готовых магнитов, они также используются в качестве компонентов во многих других продуктах. По сравнению с другими типами, эти магниты часто содержат меньше неодима и больше железа.

Склеенные магниты могут быть изготовлены литьем под давлением, экструзией, каландрированием или прессованием.

При литье под давлением расплавленный термопластический компаунд впрыскивается в форму. Там он остывает и затвердевает, принимая нужную форму. Для неодимовых магнитов в качестве магнитного порошка в этой смеси используется NdFeB. Магниты могут быть сформированы с помощью этого процесса, который хорошо работает с технологиями сборки и литья под давлением.

В процессе экструзии смесь проталкивается через нагретый цилиндр с помощью большого шнека. Смесь продавливается через нагретую матрицу, и этот материал отрезается до нужной длины.

Каландрирование — это способ изготовления непрерывных магнитных листов. Это часто используется для гибких магнитов. Порошкообразная смесь железного порошка и эластомера проталкивается через набор горячих роликов. Эти ролики растягивают и разглаживают полосу, создавая однородный лист.

При компрессионном склеивании NdFeB обрабатывается в процессе измельчения порошка, смешивается с пластиковым материалом и подвергается прессованию. Компрессионные неодимовые магниты могут быть намагничены в любом направлении и с несколькими полюсами. Обычно они используются в небольших двигателях, мобильных телефонах, электронике, автомобилях и т. д. Другие области применения включают бесщеточные двигатели, динамики, зуммеры, игрушки и т. д.

Защитное покрытие

Поскольку неодимовые магниты хрупкие, они подвержены сколам и поломкам. Подложка NdFeB также может быстро окисляться без защитного слоя. Чтобы предотвратить это, они покрываются, очищаются и покрываются металлом для защиты магнита от коррозии.>

Перед повторным намагничиванием материала наносится защитное покрытие для продления срока службы магнита. Обычно это гальваническое покрытие из трех слоев, состоящих из никеля, меди и никеля.

Любое покрытие или металлизация должны быть нанесены на спеченный магнит до того, как он насыщается (заряжается). Высокая температура может размагнитить магнит, а магнитное поле нарушит процесс гальванического покрытия. Наиболее распространенным покрытием является смесь никеля, меди и никеля, но также могут применяться другие металлы или полимеры PTFE.

Связанные неодимовые магниты также обычно покрываются перед использованием, как правило, с помощью электрофоретического покрытия («E-coating») или процесса напыления. Альтернативные покрытия и методы могут использоваться для магнитов, используемых в условиях экстремальных температур или агрессивных сред. E-покрытие широко используется, потому что оно подходит для различных применений и имеет одинаковую толщину. Напыление больше подходит для небольших магнитов и не рекомендуется для агрессивных сред.

Как делают магниты | неодим | Bunting

Неодимовый магнит NdFeB

Неодимовый железо-бор представляет собой сплав, состоящий в основном из комбинации неодима, железа, бора, кобальта и различных уровней диспрозия и празеодима

Точный химический состав зависит от NFedB марка NdFeB. Диспрозий и празеодим добавляются в качестве замены некоторого количества неодима для улучшения коррозионной стойкости и улучшения Hci (собственной коэрцитивной силы) «Neo». Пример состава приведен ниже.

Способ изготовления неодимовых магнитов NdFeB (неодим-железо-бор-магниты) следующий: электролитическая печь. Элементы «редкоземельные» представляют собой лантаноиды (также называемые лантаноидами), и этот термин происходит от необычных оксидных минералов, используемых для выделения элементов. Хотя используется термин «редкая земля», это не означает, что химические элементы дефицитны. Редкоземельные элементы широко распространены, например. Неодимовый элемент более распространен, чем золото. Неодим, железо и бор отмеряют и помещают в вакуумную индукционную печь для образования сплава. Также добавляются другие элементы, необходимые для определенных классов, например. Кобальт, медь, гадолиний и диспрозий (например, для повышения коррозионной стойкости). Смесь плавится за счет высокочастотного нагрева и плавления смеси.

Проще говоря, сплав “Нео” похож на смесь для кекса, где у каждой фабрики есть свой рецепт для каждого сорта. Полученный расплавленный сплав затем охлаждают с образованием слитков сплава. Затем слитки сплава разрушают путем декрепитации водородом (HD) или гидрирования, диспропорционирования, десорбции и рекомбинации (HDDR) и измельчают в атмосфере азота и аргона до порошка микронного размера (размером около 3 микрон или меньше). Затем этот порошок неодима подается в бункер, где происходит прессование магнитов.

Существует три основных способа прессования порошка – осевое и поперечное прессование. Прессование под давлением требует инструментов для создания полости, которая немного больше требуемой формы (поскольку спекание вызывает усадку магнита). Порошок неодима поступает в полость матрицы из бункера и затем уплотняется в присутствии внешнего магнитного поля. Внешнее поле прикладывается либо параллельно уплотняющей силе (это осевое прижатие встречается не так часто), либо перпендикулярно направлению уплотнения (это называется поперечным прижатием). Поперечное прессование придает неодимовым магнитам NdFeB более высокие магнитные свойства.

Третий метод прессования – изостатическое прессование. Порошок NdFeB помещается в резиновую форму и помещается в большой контейнер, заполненный жидкостью, в котором затем повышается давление жидкости. Снова присутствует внешнее намагничивающее поле, но порошок NdFeB уплотнен со всех сторон. Изостатическое прессование обеспечивает наилучшие магнитные характеристики для неодима, железа и бора. Используемые методы варьируются в зависимости от требуемой марки «Нео» и определяются производителем.

•  Намагничивающее поле

Внешнее поле намагничивания создается катушкой соленоида, установленной по обе стороны от прессуемого порошка. Магнитные домены порошка NdFeB выравниваются с приложенным намагничивающим полем — чем однороднее приложенное поле, тем более однородны магнитные характеристики неодимового магнита. Когда порошок неодима прессуется матрицей, направление намагниченности фиксируется — неодимовому магниту присваивается предпочтительное направление намагниченности, и он называется анизотропным (если бы внешнее поле не прикладывалось, магнит можно было бы намагнитить в любое направление, которое называется изотропным, но магнитные характеристики будут намного ниже, чем у анизотропного магнита, и обычно ограничиваются связанными магнитами).

Редкоземельные магниты обладают одноосной магнитокристаллической анизотропией, т. е. они имеют уникальную кристаллическую структуру оси, соответствующую оси легкого намагничивания. В случае Nd2Fe14B осью легкого намагничивания является с-ось сложной тетрагональной структуры. В присутствии внешнего намагничивающего поля он выравнивается вдоль оси с, становясь способным полностью намагничиться до насыщения с очень высокой коэрцитивной силой.

Перед освобождением сжатого магнита NdFeB на него подается размагничивающий импульс, чтобы оставить его ненамагниченным. Уплотненный магнит называют «зеленым» магнитом — его легко заставить рассыпаться на части, а его магнитные характеристики не очень хороши. Затем «зеленый» неодимовый магнит спекают, чтобы придать ему окончательные магнитные свойства.

Процесс спекания тщательно контролируется (необходимо соблюдать строгие температурные и временные профили) и происходит в инертной (бескислородной) атмосфере (например, в аргоне). Если присутствует кислород, образующиеся оксиды разрушают магнитные характеристики NdFeB. Процесс спекания также вызывает усадку магнита по мере сплавления порошка. Усадка придает магниту форму, близкую к требуемой, но усадка обычно неравномерна (например, кольцо может сжаться и стать овалом).

В конце процесса спекания применяется заключительная быстрая закалка для быстрого охлаждения магнита. Это делается для того, чтобы свести к минимуму нежелательное образование «фаз» (упрощенно вариантов сплава с плохими магнитными свойствами), которое происходит при температурах ниже температуры спекания. Быстрая закалка максимизирует магнитные характеристики NdFeB. Поскольку процесс спекания вызывает неравномерную усадку, форма неодимового магнита не будет соответствовать требуемым размерам.

Следующим этапом является обработка магнитов с требуемыми допусками. Поскольку требуется механическая обработка, неодимовые магниты делаются немного больше при прессовании, например. больший внешний диаметр, меньший внутренний диаметр и более высокий для кольцевого магнита. Стандартные допуски на размеры магнитов составляют +/-0,1 мм, хотя +/-0,05 мм достижимы за дополнительную плату. Возможность еще более жестких допусков зависит от формы и размера магнита и может быть недостижимой.

Обратите внимание: неодимовый магнит очень твердый. Попытка вырезать отверстия в NdFeB стандартным сверлом или твердосплавным наконечником приведет к затуплению сверла. Должны использоваться алмазно-отрезные инструменты (алмазные шлифовальные круги с ЧПУ, алмазные сверла и т. д.) и проволочно-отрезные станки (ЭО). Порошок стружки NdFeB, образующийся во время механической обработки, необходимо охлаждать жидкостью, иначе он может самопроизвольно воспламениться. Для неодимовых блочных магнитов может быть экономия средств за счет использования гораздо более крупных магнитных блоков, изготовленных изостатическим прессованием, и разрезания их на более мелкие неодимовые блоки желаемого размера. Это делается для скорости и массового производства (где имеется достаточно режущих и шлифовальных станков) и известно как «нарезка и игра в кости». После того, как окончательные размеры магнита достигнуты механической обработкой, на неодимовый магнит наносится защитное покрытие. Обычно это покрытие Ni-Cu-Ni.

• Покрытие

Магнит необходимо очистить, чтобы удалить стружку/порошок после обработки. Затем его тщательно высушивают перед нанесением покрытия. Крайне важно, чтобы сушка была тщательной, иначе вода застрянет в покрытом неодимовым магнитом магните, и магнит будет подвергаться коррозии изнутри. Покрытие очень тонкое, т.е. 15-35 микрон для Ni-Cu-Ni (1 микрон равен 1/1000 мм).

В настоящее время доступны следующие покрытия: Никель-медь-никель (Ni-Cu-Ni) [стандарт], эпоксидное покрытие, цинк (Zn), золото (Au), серебро (Ag), олово (Sn) , титан (Ti), нитрид титана (TiN), парилен C, Everlube, хром, PTFE («тефлон»; белый, черный, серый, серебристый), Ni-Cu-Ni плюс эпоксидная смола, Ni-Cu-Ni плюс резина, Zn плюс резина, Ni-Cu-Ni плюс парилен C, Ni-Cu-Ni плюс PTFE, олово (Sn) плюс парилен C, хромат цинка, фосфатная пассивация и без покрытия (т. е. без покрытия – не рекомендуется, но иногда требуется заказчиком) .

Возможны другие покрытия. Не рекомендуется использовать магнит без защитного слоя.

Higher Hci Неодимовые магниты NdFeB считаются более устойчивыми к коррозии, но это не гарантирует безопасного использования без покрытия. При необходимости покройте магниты после сборки (это связано с тем, что любой клей прилипнет к покрытию, а не к магниту NdFeB, и поэтому, если покрытие выйдет из строя, магнит освободится). Удаление покрытия для лучшей адгезии клея возможно, но коррозионная стойкость неодимового магнита может быть серьезно снижена во время такого процесса, если не соблюдать особую осторожность во время сборки (может быть целесообразно использовать защитные втулки, чтобы магниты оставались на месте, например втулка из углеродного волокна). для роторов).

Таблица сравнения основных типов покрытия NdFeB

• Намагничивание

После покрытия неодимовый магнит NdFeB затем намагничивается. Неодимовый магнит помещают в соленоидную катушку, на которую подается напряжение для создания поля, по крайней мере, в 3 раза превышающего значение Hci магнита. Редкоземельные магниты нередко «ударяются» полем в 5 Тл. Редкоземельные магниты иногда необходимо физически удерживать на месте внутри катушки, иначе магнит может отреагировать на приложенный импульс намагничивания и вылететь из катушки (немного похоже на пулю).

Неодимовый магнит, будучи анизотропным, имеет направление намагниченности, зафиксированное в его структуре. При намагничивании это направление намагничивания внутри структуры совпадает с намагничивающим полем. Если магнит не выровнен с намагничивающим полем, магнит будет сильно вращаться, чтобы выровняться. Магнит может разбиться / расколоться из-за высоких вращательных сил, действующих на домены внутри магнита. Магнит должен быть намагничен до насыщения, чтобы получить максимальную производительность. Если магнит не выровнен с полем намагничивания, полное насыщение неодима может быть не достигнуто.

Неодимовый магнит состоит из нескольких доменов (проще говоря, представьте себе, что это миниатюрные магниты, из которых состоит весь магнит). Очень небольшая часть доменов является «слабой», и они «расслабляются» вскоре после намагничивания. Это естественно и этого нельзя избежать. Падение выходного сигнала очень мало (обычно намного меньше 0,5 %) и происходит вскоре после намагничивания до насыщения (это происходит до того, как магниты будут упакованы для отправки). После этого выход NdFeB больше не будет падать, за исключением внешних размагничивающих полей, повышенных температур, радиации или коррозии.

• Окончательные процессы

Неодимовые магниты проходят проверку качества на протяжении всего производственного процесса (проверка размеров, магнитная проверка, визуальная проверка). После намагничивания магниты проходят окончательную проверку (испытываются на магнитные характеристики, визуально проверяются и проверяются размеры), а затем, пройдя инспекционные испытания контроля качества, упаковываются для отправки заказчику.