Неодимовые магниты и их использование

Почему неодимовые магниты являются одними из самых привлекательных постоянных магнитов в мире? От чего зависит их магнитная сила?

Неодимовые магниты — самые сильные постоянные магниты в мире. Из чего они на самом деле сделаны? Магниты изготовлены из сплава неодима, железа и бора. Они естественным образом встречаются в некоторых камнях, но их также можно изготовить. Неодим — это редкоземельный металл, который придает сплаву отличные магнитные свойства.

Итак, самыми сильными, самыми мощными, из доступных на сегодняшний день в продаже постоянных магнитов, являются неодимовые магниты. Они имеют химическую формулу Nd2Fe14В, и обладают исключительной плотностью магнитной энергии достигающей 512 кДж/м3. Если раньше самарий-кобальтовые (SmCo) магниты считались наиболее мощными из доступных в продаже, то, начиная с 1986 года, их постепенно начали заменять неодимовые магниты, значительно более экономичные по стоимости производства, хотя и с более низкой температурой Кюри.

С развитием электронной промышленности, начиная с 90-х годов и до настоящего времени, неодимовые магниты получили большую популярность повсеместно, и их замечательными свойствами многие удивлены до сих пор, ведь такой магнит может поднять груз в тысячи раз превышающий вес самого магнита.

Все началось с того, что в 1982 году японская компания Sumitomo Special Metals, работая совместно с американской General Motors над проблемой поиска альтернативы дорогим самарий-кобальтовым (SmCo) магнитам, отыскала таки соединение неодим-железо-бор, которое и было запатентовано General Motors в 1985 году. В 1986 году была открыта компания Magnequench, специализировавшаяся на выпуске неодимовых магнитов, и продававшая сырье для их изготовления.

Позже Magnequench стала частью Molycorp, США, а Sumitomo – частью Hitachi Corporation, Япония, и теперь Hitachi обладает более чем 600 патентами, связанными с производством неодимовых магнитов методом спекания, и лицензирует многочисленные производства по всему миру.

В конце концов, Китай вышел в лидеры по производству неодимовых магнитов, ведь эта страна контролирует огромную долю мировых редкоземельных руд.

Ежегодно в Китае производят по 50000 тонн неодимовых магнитов. Между тем, в одной тонне исходной руды содержится около 700 кг железа, а неодима — максимум 450 грамм.

Для изготовления неодимовых магнитов применяют порошковую технологию, позволяющую получать магниты трех типов: прессованные магниты, литые магнитопласты, и спеченные магнитопласты.

Перед изготовлением магнитов выплавляют магнитный материал, для этого исходные элементы (железо, неодим, бор) сплавляют в индукционной печи, затем дробят полученный сплав, получая порошок для дальнейших этапов технологического процесса, для работы уже с порошком.

В зависимости от микроструктуры исходных элементов, магнитные свойства конечного продукта могут в некоторой степени различаться. Зачастую применяют непосредственно соединение Nd2Fe14В. Именно его структура и дает максимальную магнитокристаллическую, одноосную анизотропию. Но возможны и более сложные химические реакции.

Спеченные магнитопласты получаются путем прессования порошка неодима-железа-бора, его спекания в инертной или вакуумной среде, и последующей шлифовки на станке до получения нужной формы. Во время прессования порошка, на него действует магнитное поле нужной интенсивности и направления, которое и задает намагниченность.

Литые магнитопласты получаются с применением полимеров, которые смешиваются с неодим-железо-бор порошком, а потом выдавливаются в форму, и здесь есть возможность получать любые формы, однако энергия продукта ограничена значением в 5 МГсЭ.

Прессованные магнитопласты , в свою очередь, получаются следующим образом: исходный порошок неодим-железо-бор смешивают с полимером, затем прессуют в форму, нагревают и намагничивают. Дополнительной обработки не требуется, а энергия прессованных магнитопластов ограничена значением в 10 МГсЭ.

Сила неодимового магнита не зависит только от используемого магнитного материала. Также важны следующие параметры:

• размер магнита ;

• форма магнита ;

• пропорции магнита — соотношение радиуса и высоты для цилиндрических магнитов ;

• сочетание с другими материалами, например, если вставить магнит в стальной цилиндр.

Существует бесконечное множество различных форм, размеров, видов отделки поверхности для высокой прочности, квадратные, круглые, цилиндры, конусы, шарики и кольца с отверстием для монтажа и подвешивания, и даже неодимовые магниты с подвеской.

Итак, неодимовые магниты обладают следующими отличительными свойствами:

• За 10 лет теряют лишь 1% намагниченности;

• Доступны любые размеры и формы;

• Низкая температура Кюри (см. таблицу выше);

• Высокая устойчивость к коррозии;

• Максимальная остаточная намагниченность;

• Максимальная коэрцитивная сила;

• Максимальная удельная магнитная энергия.

Неодимовые магниты маркируются следующим образом, это так называемые классы неодимовых магнитов:

• N35-N52

• 33M-48M

• 30H-45H

• 30SH-42SH

• 30UH-35UH

• 28EH-35EH

Здесь номер обозначает магнитную энергию, выраженную в МГсЭ ( МегаГаусс-Эрстед ), а буква (марка) – допустимый температурный диапазон:

• N (Normal) – до 80 градусов Цельсия;

• M (Medium) –до 100 градусов Цельсия;

• H (High) – до 120 градусов Цельсия;

• SH (Super High) – до 150 градусов Цельсия;

• UH (Ultra High) – до 180 градусов Цельсия;

• EH (Extra High) – до 200 градусов Цельсия.

Обычно, продавец всегда готов предоставить исчерпывающую информацию о технических характеристиках предлагаемых им неодимовых магнитов.

Неодимовые магниты почти полностью вытеснили ферритовые магниты во многих сферах применения, включая промышленность, поскольку они намного сильнее, и при этом являются более компактными.

• в приводах головок жестких дисков компьютеров;

• в составе стирающих головок недорогой аппаратуры;

• в магитно-резонансной томографии (МРТ);

• в магнитных звукоснимателях гитар;

• в электронных сигаретах;

• в дверных замках;

• в громкоговорителях и наушниках;

• в магнитных подшипниках;

• в спектрометрах ЯМР;

• в электродвигателях;

• в аккумуляторных инструментах;

• в серводвигателях;

• в подъемных и компрессорных двигателях;

• в шаговых двигателях;

• в электрических усилителях руля;

• на гибридном и на электрическом транспорте;

• в генераторах и турбинах (турбины прямого привода требуют 600 кг магнитов на мегаватт мощности, а 31% этой массы — неодим);

Кроме этого, неодимовые магниты с их уникальными магнитными свойствами вдохновили создателей игрушек и украшений. Всем известны магнитные наборы неокуб, и другие, различные конструкторы, разнообразные декоративные застежки и прочее.

Таким образом, неодимовые магниты способны далеко не только на решение сложных производственных задач, но и на простые, удобные решения.

Ослабевает ли магнитная сила магнитов со временем? Неодимовые магниты обычно почти постоянно сохраняют магнетизм. Это отличает их от обычных ферритовых магнитов, которые со временем теряют свою магнитную силу. Однако может случиться так, что в определенных ситуациях он постепенно начинает терять свой магнетизм, и неодимовый магнит магнитно ослабевает. Когда? Если вы подвергаете неодимовый магнит воздействию температур выше 80 градусов Цельсия в течение длительного времени. При таких температурах кристаллическая решетка разрушается, и магнит ослабевает. Например, если вы бросите неодимовый магнит в огонь, он потеряет свою магнитную силу.

В последнее время, мощные магниты начали активно рекламироваться для использования в незаконных действиях. Реклама призывает покупать магниты, с помощью которых можно пользоваться электроэнергией, теплом и газом без учета потребленных ресурсов соответствующими счетчиками. Безучетное использование таких ресурсов незаконно, согласно Кодексу об административных правонарушениях!

Смотрите также у нас на сайте: Магнитная левитация — что это такое и как это возможно