Neodymový (Nd-Fe-B) magnetje běžný magnet vzácných zemin složený z neodymu (Nd), železa (Fe), boru (B) a přechodných kovů.Mají vynikající výkon v aplikacích díky jejich silnému magnetickému poli, které je 1,4 tesla (T), což je jednotka magnetické indukce nebo hustoty toku.
Neodymové magnety jsou kategorizovány podle toho, jak jsou vyráběny, což je spékání nebo lepení.Od svého vývoje v roce 1984 se staly nejpoužívanějším magnetem.
Ve svém přirozeném stavu je neodym feromagnetický a lze jej zmagnetizovat pouze při extrémně nízkých teplotách.Když je kombinován s jinými kovy, jako je železo, může být magnetizován při pokojové teplotě.
Magnetické schopnosti neodymového magnetu jsou vidět na obrázku vpravo.
Dva typy magnetů vzácných zemin jsou neodym a samarium kobalt.Před objevem neodymových magnetů byly nejběžněji používané samáriové kobaltové magnety, ale byly nahrazeny neodymovými magnety kvůli nákladům na výrobu kobaltových magnetů samaria.
Jaké jsou vlastnosti neodymového magnetu?
Hlavní charakteristikou neodymových magnetů je jejich síla vzhledem k jejich velikosti.Magnetické pole neodymového magnetu nastává, když je na něj aplikováno magnetické pole a atomové dipóly se vyrovnávají, což je magnetická hysterezní smyčka.Když je magnetické pole odstraněno, část zarovnání zůstane v zmagnetizovaném neodymu.
Druhy neodymových magnetů udávají jejich magnetickou sílu.Čím vyšší je číslo stupně, tím silnější je síla magnetu.Čísla vycházejí z jejich vlastností vyjádřených jako mega gauss Oersteds nebo MGOe, což je nejsilnější stránka jeho křivky BH.
Stupnice klasifikace "N" začíná na N30 a jde do N52, ačkoli magnety N52 se používají zřídka nebo se používají pouze ve zvláštních případech.Za číslem „N“ mohou následovat dvě písmena, například SH, která označují koercitivitu magnetu (Hc).Čím vyšší je Hc, tím vyšší teplotu může neo magnet vydržet, než ztratí svůj výkon.
Níže uvedená tabulka uvádí nejběžnější druhy neodymových magnetů, které se v současnosti používají.
Vlastnosti neodymových magnetů
Remanence:
Když je neodym umístěn v magnetickém poli, atomové dipóly se vyrovnají.Po odstranění z pole zůstává část zarovnání a vytváří magnetizovaný neodym.Remanence je hustota toku, která zůstává, když se vnější pole vrátí z hodnoty saturace na nulu, což je zbytková magnetizace.Čím vyšší je remanence, tím vyšší je hustota toku.Neodymové magnety mají hustotu toku 1,0 až 1,4 T.
Remanence neodymových magnetů se liší v závislosti na způsobu jejich výroby.Slinuté neodymové magnety mají T 1,0 až 1,4.Lepené neodymové magnety mají 0,6 až 0,7 T.
nátlak:
Poté, co je neodym zmagnetizován, nevrátí se k nulové magnetizaci.Aby se dostal zpět na nulovou magnetizaci, musí být hnán zpět polem v opačném směru, což se nazývá koercivita.Tato vlastnost magnetu je jeho schopnost odolávat vlivu vnější magnetické síly, aniž by byl demagnetizován.Koercivita je míra intenzity potřebné z magnetického pole ke snížení magnetizace magnetu zpět na nulu nebo odporu magnetu, který má být demagnetizován.
Koercivita se měří v jednotkách oersted nebo ampérech označených jako Hc.Koercivita neodymových magnetů závisí na způsobu jejich výroby.Slinuté neodymové magnety mají koercivitu 750 Hc až 2000 Hc, zatímco vázané neodymové magnety mají koercivitu 600 Hc až 1200 Hc.
Energetický produkt:
Hustota magnetické energie je charakterizována maximální hodnotou hustoty toku krát intenzitou magnetického pole, což je množství magnetického toku na jednotku plochy povrchu.Jednotky se měří v teslach pro jednotky SI a jejich Gauss se symbolem pro hustotu toku B. Hustota magnetického toku je součtem vnějšího magnetického pole H a magnetické polarizace J magnetického těla J v jednotkách SI.
Permanentní magnety mají ve svém jádru a okolí pole B.Směr síly pole B se připisuje bodům uvnitř a vně magnetu.Střelka kompasu v poli B magnetu sama sebe ukazuje směrem ke směru pole.
Neexistuje jednoduchý způsob, jak vypočítat hustotu toku magnetických tvarů.Existují počítačové programy, které umí provést výpočet.Pro méně složité geometrie lze použít jednoduché vzorce.
Intenzita magnetického pole se měří v Gauss nebo Tesla a je běžným měřením síly magnetu, což je míra hustoty jeho magnetického pole.Gaussmetr se používá k měření hustoty magnetického toku.Hustota toku neodymového magnetu je 6000 Gauss nebo méně, protože má přímou křivku demagnetizace.
Curieova teplota:
Curieova teplota nebo Curieův bod je teplota, při které magnetické materiály mění své magnetické vlastnosti a stávají se paramagnetickými.V magnetických kovech jsou magnetické atomy uspořádány ve stejném směru a vzájemně posilují magnetické pole.Zvýšením Curieovy teploty se změní uspořádání atomů.
Koercivita se zvyšuje s rostoucí teplotou.Přestože neodymové magnety mají vysokou koercitivitu při pokojové teplotě, klesá, jak teplota stoupá, dokud nedosáhne Curieovy teploty, která může být kolem 320 °C nebo 608 °F.
Bez ohledu na to, jak silné mohou být neodymové magnety, extrémní teploty mohou změnit jejich atomy.Dlouhodobé vystavení vysokým teplotám může způsobit, že zcela ztratí své magnetické vlastnosti, což začíná při 80 ° C nebo 176 ° F.
Jak se vyrábí neodymové magnety?
Dva procesy používané k výrobě neodymových magnetů jsou slinování a spojování.Vlastnosti hotových magnetů se liší v závislosti na způsobu jejich výroby, přičemž slinování je nejlepší ze dvou metod.
Jak se vyrábí neodymové magnety
Slinování
-
Tání:
Neodym, železo a bor se odměří a vloží do vakuové indukční pece za vzniku slitiny.Pro specifické druhy se přidávají další prvky, jako je kobalt, měď, gadolinium a dysprosium, aby se zvýšila odolnost proti korozi.Ohřev je vytvářen elektrickými vířivými proudy ve vakuu, aby se do něj nedostaly nečistoty.Směs neo slitiny se liší pro každého výrobce a druh neodymového magnetu.
-
Pudrování:
Roztavená slitina se ochladí a formuje do ingotů.Ingoty jsou tryskově mlety v atmosféře dusíku a argonu, aby se vytvořil prášek o velikosti mikronů.Neodymový prášek se vloží do násypky pro lisování.
-
lisování:
Prášek se lisuje do formy o něco větší, než je požadovaný tvar, procesem známým jako pěchování při teplotě asi 725 °C. Větší tvar formy umožňuje smrštění během procesu slinování.Při lisování je materiál vystaven magnetickému poli.Je umístěn do druhé matrice, aby byl lisován do širšího tvaru, aby se magnetizace vyrovnala paralelně se směrem lisování.Některé metody zahrnují přípravky pro generování magnetických polí během lisování pro zarovnání částic.
Než se slisovaný magnet uvolní, přijme demagnetizační impuls, aby jej nechal odmagnetizovaný a vytvořil zelený magnet, který se snadno drolí a má špatné magnetické vlastnosti.
-
Slinování:
Slinování neboli fritáž zhutňuje a formuje zelený magnet pomocí tepla pod jeho bodem tání, aby získal konečné magnetické vlastnosti.Proces je pečlivě monitorován v inertní atmosféře bez kyslíku.Oxidy mohou zničit výkon neodymového magnetu.Je stlačován při teplotách dosahujících 1080 °C, ale pod jeho bodem tání, aby přinutil částice k sobě přilnout.
K rychlému ochlazení magnetu a minimalizaci fází se aplikuje zhášení, což jsou varianty slitiny, které mají špatné magnetické vlastnosti.
-
Obrábění:
Slinuté magnety jsou broušeny pomocí diamantových nebo drátových řezných nástrojů, aby byly tvarovány do správných tolerancí.
-
Pokovování a lakování:
Neodym rychle oxiduje a je náchylný ke korozi, která může odstranit jeho magnetické vlastnosti.Jako ochrana jsou potaženy plastem, niklem, mědí, zinkem, cínem nebo jinými formami povlaků.
-
Magnetizace:
Ačkoli magnet má směr magnetizace, není zmagnetizován a musí být krátce vystaven silnému magnetickému poli, což je cívka drátu, která obklopuje magnet.Magnetizace zahrnuje kondenzátory a vysoké napětí k vytvoření silného proudu.
-
Závěrečná kontrola:
Digitální měřicí projektory ověřují rozměry a technologie rentgenové fluorescence ověřuje tloušťku pokovení.Povlak je testován jinými způsoby, aby byla zajištěna jeho kvalita a pevnost.Křivka BH je testována pomocí grafu hystereze pro potvrzení plného zvětšení.
Lepení
Lepení nebo lisování je lisovací proces, který využívá směs neodymového prášku a epoxidového pojiva.Směs je z 97 % magnetický materiál a 3 % epoxid.
Směs epoxidu a neodymu se lisuje v lisu nebo vytlačuje a vytvrzuje v peci.Protože se směs lisuje do formy nebo protlačuje, lze magnety tvarovat do složitých tvarů a konfigurací.Proces kompresního spojování vytváří magnety s úzkými tolerancemi a nevyžaduje sekundární operace.
Kompresně vázané magnety jsou izotropní a lze je magnetizovat v libovolném směru, včetně multipolárních konfigurací.Díky epoxidové vazbě jsou magnety dostatečně pevné, aby je bylo možné frézovat nebo soustružit, ale nevrtat nebo závitovat.
Radiální slinuté
Radiálně orientované neodymové magnety jsou nejnovějšími magnety na trhu magnetů.Proces výroby radiálně uspořádaných magnetů je znám již mnoho let, ale nebyl nákladově efektivní.Nedávný technologický vývoj zefektivnil výrobní proces, takže výroba radiálně orientovaných magnetů je snazší.
Tři procesy pro výrobu radiálně zarovnaných neodymových magnetů jsou anizotropní tlakové lisování, zpětné vytlačování lisováním za tepla a vyrovnání radiálního rotačního pole.
Proces slinování zajišťuje, že ve struktuře magnetů nejsou žádná slabá místa.
Jedinečnou kvalitou radiálně uspořádaných magnetů je směr magnetického pole, které se rozprostírá po obvodu magnetu.Jižní pól magnetu je na vnitřní straně prstence, zatímco severní pól je na jeho obvodu.
Radiálně orientované neodymové magnety jsou anizotropní a jsou magnetizovány zevnitř prstence směrem ven.Radiální magnetizace zvyšuje magnetickou sílu prstenců a lze ji tvarovat do více vzorů.
Radiální neodymové prstencové magnety lze použít pro synchronní motory, krokové motory a stejnosměrné bezkomutátorové motory pro automobilový, počítačový, elektronický a komunikační průmysl.
Aplikace neodymových magnetů
Magnetické separační dopravníky:
V níže uvedené ukázce je dopravní pás pokrytý neodymovými magnety.Magnety jsou uspořádány se střídavými póly směřujícími ven, což jim dává silné magnetické držení.Věci, které magnety nepřitahují, odpadávají, zatímco feromagnetický materiál je vyhazován do sběrné nádoby.
Pevné disky:
Pevné disky mají stopy a sektory s magnetickými buňkami.Buňky jsou magnetizovány při zápisu dat na jednotku.
Snímače elektrické kytary:
Snímač elektrické kytary snímá vibrující struny a převádí signál na slabý elektrický proud, který posílá do zesilovače a reproduktoru.Elektrické kytary jsou na rozdíl od akustických kytar, které zesilují svůj zvuk v duté skříni pod strunami.Elektrické kytary mohou být masivní kovové nebo dřevěné se zvukem zesíleným elektronicky.
Úprava vody:
Neodymové magnety se používají při úpravě vody ke snížení vodního kamene z tvrdé vody.Tvrdá voda má vysoký obsah minerálních látek vápníku a hořčíku.Při magnetické úpravě vody prochází voda magnetickým polem k zachycení vodního kamene.Technologie nebyla zcela přijata jako účinná.Došlo k povzbudivým výsledkům.
Jazýčkové spínače:
Jazýčkový spínač je elektrický spínač ovládaný magnetickým polem.Mají dva kontakty a kovové jazýčky ve skleněném obalu.Kontakty spínače jsou otevřené, dokud nejsou aktivovány magnetem.
Jazýčkové spínače se používají v mechanických systémech jako senzory přiblížení ve dveřích a oknech pro systémy EZS a ochranu proti neoprávněné manipulaci.U přenosných počítačů přepínají jazýčkové spínače při zavřeném víku přenosný počítač do režimu spánku.Pedálové klávesnice pro varhany používají jazýčkové spínače, které jsou ve skleněném pouzdře pro kontakty, aby byly chráněny před nečistotami, prachem a nečistotami.
Šití magnetů:
Neodymové všívané magnety se používají pro magnetické spony na peněženky, oděvy a složky nebo pořadače.Šicí magnety se prodávají v páru, přičemž jeden magnet je a+ a druhý a-.
Magnety na zubní protézy:
Zubní protézy mohou být drženy na místě pomocí magnetů vložených do pacientovy čelisti.Magnety jsou chráněny před korozí ze slin pokovením z nerezové oceli.Keramický nitrid titanu se aplikuje, aby se zabránilo otěru a snížilo se vystavení niklu.
Magnetické dveřní zarážky:
Magnetické dveřní zarážky jsou mechanická zarážka, která drží dveře otevřené.Dveře se otevřou, dotknou se magnetu a zůstanou otevřené, dokud se dveře neodtrhnou od magnetu.
Zapínání na šperky:
Magnetické spony na šperky se dodávají se dvěma polovinami a prodávají se jako pár.Poloviny mají magnet v pouzdře z nemagnetického materiálu.Kovové poutko na konci připevňuje řetízek náramku nebo náhrdelníku.Pouzdra magnetů zapadají do sebe a zabraňují pohybu ze strany na stranu nebo střižnému pohybu mezi magnety a zajišťují pevné držení.
Řečníci:
Reproduktory přeměňují elektrickou energii na mechanickou energii nebo pohyb.Mechanická energie stlačuje vzduch a převádí pohyb na akustickou energii nebo hladinu akustického tlaku.Elektrický proud, posílaný drátovou cívkou, vytváří magnetické pole v magnetu připojeném k reproduktoru.Kmitací cívka je přitahována a odpuzována permanentním magnetem, díky kterému se kužel, ke kterému je kmitací cívka připevněna, pohybuje tam a zpět.Pohyb kuželů vytváří tlakové vlny, které jsou slyšet jako zvuk.
Protiblokovací brzdové senzory:
U protiblokovacích brzd jsou neodymové magnety zabaleny do měděných cívek v brzdových senzorech.Protiblokovací brzdový systém řídí zrychlení a zpomalení rychlosti kol tím, že reguluje tlak v potrubí aplikovaný na brzdu.Řídicí signály generované ovladačem a přiváděné do modulační jednotky brzdného tlaku jsou získávány ze snímačů rychlosti kol.
Zuby na kroužku snímače se otáčejí za magnetický snímač, což způsobuje přepólování magnetického pole, které vysílá frekvenční signál k úhlové rychlosti nápravy.Rozlišení signálu je zrychlení kol.
Úvahy o neodymových magnetech
Jako nejmocnější a nejsilnější magnety na Zemi mohou mít neodymové magnety škodlivé negativní účinky.Je důležité, aby se s nimi zacházelo správně s ohledem na škody, které mohou způsobit.Níže jsou popsány některé negativní účinky neodymových magnetů.
Negativní účinky neodymových magnetů
Ublížení na zdraví:
Neodymové magnety mohou přeskakovat a skřípnout kůži nebo způsobit vážná zranění.Mohou spolu skákat nebo bouchnout z několika palců do několika stop od sebe.Pokud je v cestě prst, může se zlomit nebo vážně poškodit.Neodymové magnety jsou silnější než jiné druhy magnetů.Neuvěřitelně silná síla mezi nimi může často překvapit.
Rozbití magnetu:
Neodymové magnety jsou křehké a mohou se odloupnout, odštípnout, prasknout nebo roztříštit, pokud k sobě přirazí, což způsobí, že malé ostré kovové kousky létají velkou rychlostí.Neodymové magnety jsou vyrobeny z tvrdého, křehkého materiálu.Přestože jsou vyrobeny z kovu a mají lesklý kovový vzhled, nejsou odolné.Při manipulaci s nimi je třeba používat ochranu očí.
Drž se dál od dětí:
Neodymové magnety nejsou hračky.Děti by s nimi neměly manipulovat.Malé mohou představovat nebezpečí udušení.Pokud je spolknuto více magnetů, přichytí se k sobě přes střevní stěny, což způsobí vážné zdravotní problémy vyžadující okamžitou nouzovou operaci.
Nebezpečí pro kardiostimulátory:
Síla pole deset gaussů v blízkosti kardiostimulátoru nebo defibrilátoru může interagovat s implantovaným zařízením.Neodymové magnety vytvářejí silná magnetická pole, která mohou rušit kardiostimulátory, ICD a implantované lékařské přístroje.Mnoho implantovaných zařízení se deaktivuje, když jsou blízko magnetického pole.
Magnetická média:
Silná magnetická pole neodymových magnetů mohou poškodit magnetická média, jako jsou diskety, kreditní karty, magnetické identifikační karty, kazety, videokazety, poškodit starší televizory, videorekordéry, počítačové monitory a CRT displeje.Neměly by být umístěny v blízkosti elektronických zařízení.
GPS a chytré telefony:
Magnetická pole ruší kompasy nebo magnetometry a vnitřní kompasy chytrých telefonů a zařízení GPS.Mezinárodní asociace leteckých dopravců a federální pravidla a předpisy USA se týkají přepravy magnetů.
Alergie na nikl:
Pokud máte alergii na nikl, imunitní systém považuje nikl za nebezpečného vetřelce a vyrábí chemikálie, které proti němu bojují.Alergická reakce na nikl je zarudnutí a kožní vyrážka.Alergie na nikl jsou častější u žen a dívek.Přibližně 36 procent žen mladších 18 let má alergii na nikl.Způsob, jak se vyhnout alergii na nikl, je vyhnout se poniklovaným neodymovým magnetům.
Demagnetizace:
Neodymové magnety si zachovávají svou účinnost až do 80 °C nebo 175 °F. Teplota, při které začínají ztrácet účinnost, se liší podle třídy, tvaru a použití.
Hořlavý:
Neodymové magnety by se neměly vrtat ani opracovávat.Prach a prášek vznikající broušením jsou hořlavé.
Koroze:
Neodymové magnety jsou opatřeny nějakou formou povlaku nebo pokovování, které je chrání před živly.Nejsou vodotěsné a při umístění do mokrého nebo vlhkého prostředí budou rezavět nebo korodovat.
Normy a předpisy pro použití neodymových magnetů
Přestože mají neodymové magnety silné magnetické pole, jsou velmi křehké a vyžadují speciální zacházení.Několik průmyslových monitorovacích agentur vypracovalo předpisy týkající se manipulace, výroby a přepravy neodymových magnetů.Níže je uveden stručný popis několika předpisů.
Normy a předpisy pro neodymové magnety
Americká společnost strojních inženýrů:
Americká společnost strojních inženýrů (ASME) má normy pro zvedací zařízení pod hákem.Norma B30.20 platí pro instalaci, kontrolu, zkoušení, údržbu a provoz zdvihacích zařízení, která zahrnuje zdvihací magnety, kde operátor umístí magnet na břemeno a vede břemeno.ASME standard BTH-1 se používá ve spojení s ASME B30.20.
Analýza rizik a kritické kontrolní body:
Analýza rizik a kritické kontrolní body (HACCP) je mezinárodně uznávaný systém preventivního řízení rizik.Zkoumá bezpečnost potravin před biologickými, chemickými a fyzikálními riziky tím, že vyžaduje identifikaci a kontrolu nebezpečí v určitých bodech výrobního procesu.Nabízí certifikaci pro zařízení používaná v potravinářských provozech.HACCP identifikoval a certifikoval určité separační magnety používané v potravinářském průmyslu.
Ministerstvo zemědělství Spojených států:
Magnetické separační zařízení bylo schváleno Ministerstvem zemědělství Agricultural Marketing Service Spojených států amerických jako vyhovující pro použití se dvěma programy zpracování potravin:
- Program kontroly mlékárenského zařízení
- Program kontroly vybavení pro maso a drůbež
Certifikace je založena na dvou standardech nebo směrnicích:
- Sanitární design a výroba zařízení na zpracování mléka
- Sanitární návrh a výroba zařízení na zpracování masa a drůbeže, které splňují hygienické požadavky NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014
Omezení použití nebezpečných látek:
Předpisy o omezení používání nebezpečných látek (RoHS) omezují použití olova, kadmia, polybromovaného bifenylu (PBB), rtuti, šestimocného chrómu a polybromovaného difenyletheru (PBDE) zpomalovačů hoření v elektronických zařízeních.Vzhledem k tomu, že neodymové magnety mohou být nebezpečné, RoHS vyvinula normy pro jejich manipulaci a použití.
Mezinárodní organizace pro civilní letectví:
Magnety jsou určeny jako nebezpečné zboží pro zásilky mimo kontinentální Spojené státy do mezinárodních destinací.Jakýkoli balený materiál, který má být přepravován letecky, musí mít intenzitu magnetického pole 0,002 Gauss nebo více ve vzdálenosti sedm stop od jakéhokoli bodu na povrchu balíku.
Federální úřad pro letectví:
Balíčky obsahující magnety přepravované letecky musí být testovány, aby splňovaly stanovené normy.Magnetické obaly musí měřit méně než 0,00525 gaussů ve vzdálenosti 15 stop od obalu.Výkonné a silné magnety musí mít nějakou formu stínění.Existuje mnoho předpisů a požadavků, které je třeba splnit pro leteckou přepravu magnetů kvůli potenciálním bezpečnostním rizikům.
Omezení, hodnocení, autorizace chemikálií:
Restriction, Evaluation, and Authorization of Chemicals (REACH) je mezinárodní organizace, která je součástí Evropské unie.Reguluje a vyvíjí normy pro nebezpečné materiály.Má několik dokumentů, které specifikují správné použití, manipulaci a výrobu magnetů.Velká část literatury se zmiňuje o použití magnetů v lékařských zařízeních a elektronických součástkách.
Závěr
- Neodymové (Nd-Fe-B) magnety, známé jako neo magnety, jsou běžné magnety vzácných zemin složené z neodymu (Nd), železa (Fe), boru (B) a přechodných kovů.
- Dva procesy používané k výrobě neodymových magnetů jsou slinování a spojování.
- Neodymové magnety se staly nejpoužívanějším z mnoha druhů magnetů.
- Magnetické pole neodymového magnetu nastává, když je na něj aplikováno magnetické pole a atomové dipóly se vyrovnávají, což je magnetická hysterezní smyčka.
- Neodymové magnety lze vyrábět v jakékoli velikosti, ale zachovávají si svou původní magnetickou sílu.
Čas odeslání: 11. července 2022