Neodimijski (Nd-Fe-B) magnetje uobičajeni magnet za rijetke zemlje sastavljen od neodimija (Nd), željeza (Fe), bora (B) i prijelaznih metala.Imaju vrhunske performanse u primjenama zbog svog jakog magnetskog polja, koje iznosi 1,4 tesla (T), jedinice magnetske indukcije ili gustoće toka.
Neodimijski magneti kategoriziraju se prema tome kako su proizvedeni, što je sinterirano ili spojeno.Postali su najčešće korišteni magneti od njihovog razvoja 1984.
U svom prirodnom stanju, neodimij je feromagnetičan i može se magnetizirati samo na ekstremno niskim temperaturama.Kada se kombinira s drugim metalima, poput željeza, može se magnetizirati na sobnoj temperaturi.
Magnetske sposobnosti neodimijskog magneta mogu se vidjeti na slici desno.
Dvije vrste magneta rijetkih zemalja su neodim i samarij kobalt.Prije otkrića neodimskih magneta najčešće su se koristili magneti od samarij kobalta, ali su ih zamijenili neodimijski magneti zbog troškova proizvodnje magneta od samarij kobalta.
Koja su svojstva neodimijskog magneta?
Glavna karakteristika neodimijskih magneta je koliko su jaki za svoju veličinu.Magnetsko polje neodimijskog magneta nastaje kada se na njega primijeni magnetsko polje i atomski dipoli se poravnaju, što je petlja magnetske histereze.Kada se magnetsko polje ukloni, dio poravnanja ostaje u magnetiziranom neodimiju.
Ocjene neodimijskih magneta pokazuju njihovu magnetsku snagu.Što je broj stupnja veći, to je jačina magneta.Brojevi dolaze iz njihovih svojstava izraženih kao mega gauss Oersteds ili MGOe, što je najjača točka njegove BH krivulje.
Ljestvica ocjenjivanja "N" počinje od N30 i ide do N52, iako se magneti N52 rijetko koriste ili se koriste samo u posebnim slučajevima.Nakon broja "N" mogu slijediti dva slova, kao što je SH, koja označavaju koercitivnost magneta (Hc).Što je veći Hc, to višu temperaturu neo magnet može izdržati prije nego što izgubi svoju snagu.
Donji grafikon navodi najčešće vrste neodimskih magneta koji se trenutno koriste.
Svojstva neodimijskih magneta
Remanencija:
Kada se neodimij stavi u magnetsko polje, atomski dipoli se poravnaju.Nakon uklanjanja iz polja, dio poravnanja ostaje stvarajući magnetizirani neodim.Remanencija je gustoća toka koja ostaje kada se vanjsko polje vrati s vrijednosti zasićenja na nulu, što je rezidualna magnetizacija.Što je veća remanencija, veća je gustoća toka.Neodimijski magneti imaju gustoću toka od 1,0 do 1,4 T.
Remanencija neodimijskih magneta varira ovisno o tome kako su napravljeni.Sinterirani neodimijski magneti imaju T od 1,0 do 1,4.Vezani neodimijski magneti imaju 0,6 do 0,7 T.
Prisilnost:
Nakon što se neodim magnetizira, ne vraća se na nultu magnetizaciju.Da bi se magnetizacija vratila na nulu, mora biti vraćena poljem u suprotnom smjeru, što se naziva koercitivnost.Ovo svojstvo magneta je njegova sposobnost da izdrži utjecaj vanjske magnetske sile bez da se demagnetizira.Koercitivnost je mjera intenziteta potrebnog od magnetskog polja da se magnetizacija magneta vrati na nulu ili otpor magneta koji se demagnetizira.
Koercitivnost se mjeri u jedinicama oersted ili amper označenim kao Hc.Koercitivnost neodimijskih magneta ovisi o tome kako su proizvedeni.Sinterirani neodimijski magneti imaju koercitivnost od 750 Hc do 2000 Hc, dok vezani neodimijski magneti imaju koercitivnost od 600 Hc do 1200 Hc.
Energetski proizvod:
Gustoću magnetske energije karakterizira najveća vrijednost gustoće toka puta jakosti magnetskog polja, što je količina magnetskog toka po jedinici površine.Jedinice se mjere u teslama za SI jedinice i njegov Gauss sa simbolom za gustoću toka B. Gustoća magnetskog toka je zbroj vanjskog magnetskog polja H i magnetske polarizacije magnetskog tijela J u SI jedinicama.
Permanentni magneti imaju B polje u svojoj jezgri i okolini.Smjer jakosti polja B pripisuje se točkama unutar i izvan magneta.Igla kompasa u B polju magneta pokazuje prema smjeru polja.
Ne postoji jednostavan način za izračunavanje gustoće toka magnetskih oblika.Postoje računalni programi koji mogu napraviti izračun.Jednostavne formule mogu se koristiti za manje složene geometrije.
Intenzitet magnetskog polja mjeri se u Gaussu ili Teslu i uobičajena je mjera jakosti magneta, koja je mjera gustoće njegovog magnetskog polja.Gaussmetar se koristi za mjerenje gustoće magnetskog toka.Gustoća toka za neodimijski magnet je 6000 Gaussa ili manje jer ima ravnu krivulju demagnetizacije.
Curiejeva temperatura:
Curiejeva temperatura ili curiejeva točka je temperatura na kojoj magnetski materijali mijenjaju svoja magnetska svojstva i postaju paramagnetični.U magnetskim metalima, magnetski atomi su poredani u istom smjeru i međusobno pojačavaju magnetsko polje.Povišenje curiejeve temperature mijenja raspored atoma.
Koercitivnost se povećava kako temperatura raste.Iako neodimijski magneti imaju visoku koercitivnost na sobnoj temperaturi, ona opada kako temperatura raste sve dok ne dosegne curiejevu temperaturu, koja može biti oko 320° C ili 608° F.
Bez obzira koliko jaki neodimijski magneti bili, ekstremne temperature mogu promijeniti njihove atome.Dugotrajno izlaganje visokim temperaturama može uzrokovati potpuni gubitak magnetskih svojstava, što počinje na 80° C ili 176° F.
Kako se izrađuju neodimijski magneti?
Dva procesa koja se koriste za proizvodnju neodimijskih magneta su sinteriranje i spajanje.Svojstva gotovih magneta variraju ovisno o tome kako su proizvedeni, a sinteriranje je najbolja od dvije metode.
Kako se izrađuju neodimijski magneti
Sinteriranje
-
Topljenje:
Neodimij, željezo i bor se izmjere i stave u vakuumsku indukcijsku peć da se dobije legura.Ostali elementi dodani su za određene stupnjeve, kao što su kobalt, bakar, gadolinij i disprozij kako bi pomogli u otpornosti na koroziju.Grijanje se stvara električnim vrtložnim strujama u vakuumu kako bi se onečišćenja spriječila.Mješavina neo legura je drugačija za svakog proizvođača i stupanj neodimijskog magneta.
-
Pudranje:
Otopljena legura se hladi i oblikuje u ingote.Ingoti su mljeveni u atmosferi dušika i argona kako bi se dobio prah mikronske veličine.Neodimijski prah stavlja se u spremnik za prešanje.
-
Pritisak:
Prah se preša u matricu malo veću od željenog oblika postupkom poznatim kao presađivanje na temperaturi od oko 725°C. Veći oblik matrice omogućuje skupljanje tijekom procesa sinteriranja.Tijekom prešanja materijal je izložen magnetskom polju.Postavlja se u drugu matricu kako bi se prešala u širi oblik kako bi se magnetizacija poravnala paralelno sa smjerom prešanja.Neke metode uključuju učvršćenja za generiranje magnetskih polja tijekom prešanja radi poravnavanja čestica.
Prije nego što se pritisnuti magnet otpusti, on prima demagnetizirajući impuls koji ga ostavlja demagnetiziranim i stvara zeleni magnet koji se lako mrvi i ima loša magnetska svojstva.
-
Sinteriranje:
Sinteriranje ili fritaža zbija i oblikuje zeleni magnet pomoću topline ispod njegove točke taljenja kako bi mu se postigla konačna magnetska svojstva.Proces se pažljivo prati u inertnoj atmosferi bez kisika.Oksidi mogu uništiti performanse neodimijskog magneta.Komprimira se na temperaturama koje dosežu 1080° C, ali ispod svoje točke taljenja, kako bi se čestice primorale jedna na drugu.
Primjenjuje se prigušivanje za brzo hlađenje magneta i minimiziranje faza, koje su varijante legure koje imaju loša magnetska svojstva.
-
Strojna obrada:
Sinterirani magneti se bruse dijamantnim ili alatima za rezanje žice kako bi se oblikovali prema točnim tolerancijama.
-
Pokrivanje i premazivanje:
Neodimij brzo oksidira i sklon je koroziji, što može ukloniti njegova magnetska svojstva.Za zaštitu se oblažu plastikom, niklom, bakrom, cinkom, kositrom ili drugim oblicima premaza.
-
Magnetizacija:
Iako magnet ima smjer magnetiziranja, on nije magnetiziran i mora biti nakratko izložen jakom magnetskom polju, što je zavojnica žice koja okružuje magnet.Magnetiziranje uključuje kondenzatore i visoki napon za proizvodnju jake struje.
-
Završna inspekcija:
Digitalni mjerni projektori provjeravaju dimenzije, a rendgenska fluorescentna tehnologija provjerava debljinu oplate.Premaz se ispituje i na druge načine kako bi se osigurala njegova kvaliteta i čvrstoća.Krivulja BH testirana je grafom histereze kako bi se potvrdilo puno povećanje.
Lijepljenje
Lijepljenje, ili kompresijsko lijepljenje, je proces prešanja u kalupu koji koristi mješavinu neodimijskog praha i epoksidnog vezivnog sredstva.Mješavina je 97% magnetskog materijala i 3% epoksida.
Mješavina epoksida i neodimija komprimira se u preši ili ekstrudira i suši u pećnici.Budući da se smjesa preša u matricu ili prolazi kroz ekstruziju, magneti se mogu oblikovati u složene oblike i konfiguracije.Proces kompresije spajanja proizvodi magnete s uskim tolerancijama i ne zahtijeva sekundarne operacije.
Kompresijski spojeni magneti su izotropni i mogu se magnetizirati u bilo kojem smjeru, što uključuje multipolarne konfiguracije.Epoksidno vezivanje čini magnete dovoljno jakima da se mogu glodati ili strugati, ali ne i bušiti ili urezivati.
Radijalno sinterirano
Radijalno orijentirani neodimijski magneti su najnoviji magneti na tržištu magneta.Proces proizvodnje radijalno usmjerenih magneta poznat je već mnogo godina, ali nije bio isplativ.Nedavni tehnološki razvoj pojednostavio je proizvodni proces čineći radijalno orijentirane magnete lakšom za proizvodnju.
Tri procesa za proizvodnju radijalno usmjerenih neodimijskih magneta su anizotropno kalupljenje pod pritiskom, vruće prešanje, ekstruzija unatrag i radijalno poravnavanje rotirajućeg polja.
Proces sinteriranja osigurava da u strukturi magneta nema slabih točaka.
Jedinstvena kvaliteta radijalno usmjerenih magneta je smjer magnetskog polja, koji se proteže oko perimetra magneta.Južni pol magneta nalazi se na unutrašnjosti prstena, dok je sjeverni pol na njegovom obodu.
Radijalno orijentirani neodimijski magneti su anizotropni i magnetizirani su od unutarnje strane prstena prema van.Radijalna magnetizacija povećava magnetsku silu prstena i može se oblikovati u više uzoraka.
Radijalni neodimijski prstenasti magneti mogu se koristiti za sinkrone motore, koračne motore i istosmjerne motore bez četkica za automobilsku, računalnu, elektroničku i komunikacijsku industriju.
Primjena neodimijskih magneta
Magnetski separacijski transporteri:
U demonstraciji ispod, pokretna traka prekrivena je neodimijskim magnetima.Magneti su raspoređeni s izmjeničnim polovima okrenutim prema van što im daje snažno magnetsko držanje.Stvari koje magneti ne privlače otpadaju, dok se feromagnetski materijal baca u spremnik za sakupljanje.
Pogoni tvrdog diska:
Tvrdi diskovi imaju staze i sektore s magnetskim ćelijama.Ćelije su magnetizirane kada se podaci zapisuju na pogon.
Pickupi za električnu gitaru:
Pikap za električnu gitaru osjeća vibriranje žica i pretvara signal u slabu električnu struju za slanje u pojačalo i zvučnik.Električne gitare za razliku od akustičnih gitara pojačavaju svoj zvuk u šupljoj kutiji ispod žica.Električne gitare mogu biti od punog metala ili drveta s elektroničkim pojačavanjem zvuka.
Obrada vode:
Neodimijski magneti koriste se u obradi vode kako bi se smanjilo stvaranje kamenca zbog tvrde vode.Tvrda voda ima visok sadržaj minerala kalcija i magnezija.Kod magnetske obrade vode, voda prolazi kroz magnetsko polje kako bi uhvatila kamenac.Tehnologija nije u potpunosti prihvaćena kao učinkovita.Ostvareni su ohrabrujući rezultati.
Reed prekidači:
Reed sklopka je električna sklopka kojom upravlja magnetsko polje.Imaju dva kontakta i metalne jezičke u staklenoj omotnici.Kontakti prekidača su otvoreni dok se ne aktiviraju magnetom.
Reed prekidači se koriste u mehaničkim sustavima kao senzori blizine u vratima i prozorima za protuprovalne alarmne sustave i zaštitu od neovlaštenog otvaranja.U prijenosnim računalima, reed prekidači stavljaju prijenosno računalo u stanje mirovanja kada je poklopac zatvoren.Klavijature s pedalom za orgulje koriste reed prekidače koji su u staklenom kućištu za kontakte kako bi ih zaštitili od prljavštine, prašine i krhotina.
Magneti za šivanje:
Neodimijski magneti za ušivanje koriste se za magnetske kopče na torbicama, odjeći i mapama ili registratorima.Magneti za šivanje prodaju se u paru, pri čemu je jedan magnet a+, a drugi a-.
Magneti za proteze:
Proteze se mogu držati na mjestu pomoću magneta ugrađenih u pacijentovu čeljust.Magneti su zaštićeni od korozije iz sline prevlakom od nehrđajućeg čelika.Keramički titanijev nitrid nanosi se kako bi se izbjegla abrazija i smanjila izloženost niklu.
Magnetski graničnici za vrata:
Magnetski graničnici mehanički su graničnici koji drže vrata otvorenima.Vrata se otvaraju, dodiruju magnet i ostaju otvorena dok se vrata ne povuku s magneta.
Kopča za nakit:
Magnetske kopče za nakit dolaze s dvije polovice i prodaju se kao par.Polovice imaju magnet u kućištu od materijala koji nije magnet.Metalna omča na kraju pričvršćuje lančić narukvice ili ogrlice.Kućišta magneta pristaju jedno u drugo sprječavajući bočno ili posmično kretanje između magneta kako bi se osiguralo čvrsto držanje.
Govornici:
Zvučnici pretvaraju električnu energiju u mehaničku energiju ili gibanje.Mehanička energija komprimira zrak i pretvara kretanje u zvučnu energiju ili razinu zvučnog tlaka.Električna struja, poslana kroz žičanu zavojnicu, stvara magnetsko polje u magnetu pričvršćenom na zvučnik.Glasovnu zavojnicu privlači i odbija trajni magnet, zbog čega se stožac, na koji je pričvršćena glasovna zavojnica, pomiče naprijed-natrag.Kretanje stožaca stvara valove pritiska koji se čuju kao zvuk.
Senzori protiv blokiranja kočnica:
Kod kočnica protiv blokiranja kotača, neodimijski magneti su omotani unutar bakrenih zavojnica u senzorima kočnica.Sustav protiv blokiranja kotača kontrolira brzinu ubrzavanja i smanjenja brzine kotača reguliranjem tlaka u cjevovodu koji se primjenjuje na kočnicu.Kontrolni signali, koje generira upravljač i primjenjuju na jedinicu za modulaciju tlaka kočnice, preuzimaju se iz senzora brzine kotača.
Zubi na senzorskom prstenu rotiraju se pored magnetskog senzora, što uzrokuje promjenu polariteta magnetskog polja koje šalje frekvencijski signal kutnoj brzini osovine.Diferencijacija signala je ubrzanje kotača.
Razmatranja neodimijskog magneta
Kao najmoćniji i najjači magneti na zemlji, neodimijski magneti mogu imati štetne negativne učinke.Važno je da se njima pravilno postupa uzimajući u obzir štetu koju mogu prouzročiti.Ispod su opisi nekih od negativnih učinaka neodimskih magneta.
Negativni učinci neodimijskih magneta
Tjelesna ozljeda:
Neodimijski magneti mogu skočiti zajedno i uštipnuti kožu ili uzrokovati ozbiljne ozljede.Mogu skočiti ili udariti zajedno s udaljenosti od nekoliko inča do nekoliko stopa.Ako je prst na putu, može se slomiti ili teško ozlijediti.Neodimijski magneti su snažniji od drugih vrsta magneta.Nevjerojatno snažna sila između njih često zna biti iznenađujuća.
Slom magneta:
Neodimijski magneti su krti i mogu se oljuštiti, odlomiti, napuknuti ili razbiti ako udare jedan u drugi, zbog čega mali oštri metalni komadići lete velikom brzinom.Neodimijski magneti izrađeni su od tvrdog, krhkog materijala.Unatoč tome što su izrađeni od metala i imaju sjajan metalni izgled, nisu izdržljivi.Prilikom rukovanja treba nositi zaštitu za oči.
Držati podalje od djece:
Neodimijski magneti nisu igračke.Djeci se ne smije dopustiti da njima rukuju.Mali mogu predstavljati opasnost od gušenja.Ako se više magneta proguta, oni se pričvršćuju jedan za drugi kroz stijenke crijeva, što će uzrokovati ozbiljne zdravstvene probleme, koji zahtijevaju trenutnu, hitnu operaciju.
Opasnost za pejsmejkere:
Snaga polja od deset gaussa u blizini pacemakera ili defibrilatora može utjecati na ugrađeni uređaj.Neodimijski magneti stvaraju snažna magnetska polja koja mogu ometati rad srčanih stimulatora, ICD-ova i implantiranih medicinskih uređaja.Mnogi implantirani uređaji deaktiviraju se kada su u blizini magnetskog polja.
Magnetski mediji:
Snažna magnetska polja neodimijskih magneta mogu oštetiti magnetske medije kao što su diskete, kreditne kartice, magnetske osobne iskaznice, kazete, videovrpce, oštetiti starije televizore, videorekordere, računalne monitore i CRT zaslone.Ne smiju se postavljati blizu elektroničkih uređaja.
GPS i pametni telefoni:
Magnetska polja ometaju kompase ili magnetometre i unutarnje kompase pametnih telefona i GPS uređaja.Pravila i propisi Međunarodne udruge zračnog prijevoza i savezni propisi pokrivaju otpremu magneta.
Alergija na nikal:
Ako ste alergični na nikal, imunološki sustav pogrešno smatra nikal opasnim uljezom i proizvodi kemikalije za borbu protiv njega.Alergijska reakcija na nikal je crvenilo i osip na koži.Alergije na nikal češće su kod žena i djevojčica.Otprilike 36 posto žena, mlađih od 18 godina, ima alergiju na nikal.Način da se izbjegne alergija na nikal je da se izbjegnu neodimijski magneti obloženi niklom.
Demagnetizacija:
Neodimijski magneti zadržavaju svoju učinkovitost do 80° C ili 175° F. Temperatura na kojoj počinju gubiti svoju učinkovitost razlikuje se ovisno o stupnju, obliku i primjeni.
Zapaljivo:
Neodimijske magnete ne treba bušiti niti obrađivati.Prašina i prah nastali mljevenjem su zapaljivi.
Korozija:
Neodimijski magneti obloženi su nekim oblikom premaza ili galvanizacije kako bi ih zaštitili od vremenskih nepogoda.Nisu vodootporni i hrđaju ili korodiraju kada se stave u mokro ili vlažno okruženje.
Standardi i propisi za korištenje neodimijskog magneta
Iako neodimijski magneti imaju jako magnetsko polje, vrlo su krti i zahtijevaju posebno rukovanje.Nekoliko agencija za nadzor industrije razvilo je propise koji se odnose na rukovanje, proizvodnju i otpremu neodimijskih magneta.U nastavku je naveden kratak opis nekoliko propisa.
Standardi i propisi za neodimijske magnete
Američko društvo inženjera strojarstva:
Američko društvo inženjera strojarstva (ASME) ima standarde za uređaje za podizanje ispod kuke.Standard B30.20 primjenjuje se na ugradnju, pregled, ispitivanje, održavanje i rad uređaja za dizanje, što uključuje magnete za dizanje gdje operater postavlja magnet na teret i vodi teret.ASME standard BTH-1 primjenjuje se zajedno s ASME B30.20.
Analiza opasnosti i kritične kontrolne točke:
Analiza opasnosti i kritične kontrolne točke (HACCP) međunarodno je priznat preventivni sustav upravljanja rizikom.Ispituje sigurnost hrane od bioloških, kemijskih i fizičkih opasnosti zahtijevajući identifikaciju i kontrolu opasnosti u određenim točkama proizvodnog procesa.Nudi certifikaciju opreme koja se koristi u prehrambenim objektima.HACCP je identificirao i certificirao određene magnete za odvajanje koji se koriste u prehrambenoj industriji.
Ministarstvo poljoprivrede Sjedinjenih Država:
Opremu za magnetsku separaciju odobrila je Služba za poljoprivredni marketing Ministarstva poljoprivrede Sjedinjenih Država kao usklađenu za korištenje s dva programa obrade hrane:
- Program pregleda opreme za mljekarstvo
- Program pregleda opreme za meso i perad
Certifikati se temelje na dva standarda ili smjernice:
- Sanitarni dizajn i izrada opreme za preradu mlijeka
- Sanitarni dizajn i proizvodnja opreme za preradu mesa i peradi koja zadovoljava NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014 higijenske zahtjeve
Ograničenje uporabe opasnih tvari:
Propisi o ograničenju uporabe opasnih tvari (RoHS) ograničavaju upotrebu usporivača plamena olova, kadmija, polibromiranog bifenila (PBB), žive, heksavalentnog kroma i polibromiranog difenil etera (PBDE) u elektroničkoj opremi.Budući da neodimijski magneti mogu biti opasni, RoHS je razvio standarde za njihovo rukovanje i upotrebu.
Međunarodna organizacija civilnog zrakoplovstva:
Utvrđeno je da su magneti opasna roba za pošiljke izvan kontinentalnih Sjedinjenih Država na međunarodna odredišta.Svaki upakirani materijal koji se šalje zrakom mora imati snagu magnetskog polja od 0,002 Gaussa ili više na udaljenosti od sedam stopa od bilo koje točke na površini paketa.
Savezna uprava za zrakoplovstvo:
Paketi koji sadrže magnete koji se šalju zračnim putem moraju biti ispitani kako bi zadovoljili utvrđene standarde.Paketi magneta moraju mjeriti manje od 0,00525 gausa na 15 stopa od paketa.Snažni i snažni magneti moraju imati neki oblik zaštite.Postoje brojni propisi i zahtjevi koje treba ispuniti za otpremu magneta zračnim putem zbog potencijalnih sigurnosnih opasnosti.
Ograničenje, evaluacija, autorizacija kemikalija:
Restriction, Evaluation, and Authorization of Chemicals (REACH) međunarodna je organizacija koja je dio Europske unije.Uređuje i razvija standarde za opasne materijale.Ima nekoliko dokumenata koji određuju pravilnu upotrebu, rukovanje i proizvodnju magneta.Velik dio literature govori o uporabi magneta u medicinskim uređajima i elektroničkim komponentama.
Zaključak
- Neodimijski (Nd-Fe-B) magneti, poznati kao neo magneti, uobičajeni su magneti rijetke zemlje sastavljeni od neodimija (Nd), željeza (Fe), bora (B) i prijelaznih metala.
- Dva procesa koja se koriste za proizvodnju neodimijskih magneta su sinteriranje i spajanje.
- Neodimijski magneti postali su najrašireniji od mnogih vrsta magneta.
- Magnetsko polje neodimijskog magneta nastaje kada se na njega primijeni magnetsko polje i atomski dipoli se poravnaju, što je petlja magnetske histereze.
- Neodimijski magneti mogu se proizvoditi u bilo kojoj veličini, ali zadržavaju svoju početnu magnetsku snagu.
Vrijeme objave: 11. srpnja 2022