Неодимовый магнит — Neodymium magnet
Кубики из никелированного неодимового магнитаНеодимовый магнит (также известный как NdFeB , NIB , или нео магнит) является наиболее широко используемым типом редкоземельного магнита . Это постоянный магнит выполнен из сплава из неодима , железа и бора с образованием Nd 2 Fe 14 B тетрагональную кристаллическую структуру. Неодимовые магниты, независимо разработанные в 1984 году компаниями General Motors и Sumitomo Special Metals , являются наиболее мощными постоянными магнитами, доступными на рынке. Из-за различных производственных процессов они делятся на две подкатегории: спеченные магниты NdFeB и связанные магниты из NdFeB. Они заменили другие типы магнитов во многих сферах применения в современных продуктах, требующих сильных постоянных магнитов, таких как электродвигатели в аккумуляторных инструментах, жестких дисках и магнитных креплениях.
История
General Motors (GM) и Sumitomo Special Metals независимо друг от друга открыли соединение Nd
Китайские производители стали доминирующей силой в производстве неодимовых магнитов, благодаря их контролю над большей частью мировых источников редкоземельных рудников.
США Министерство энергетики определила необходимость поиска заменителей для редкоземельных металлов в постоянной технологии магнита и финансировал такие исследования. Advanced Research Projects Agency-Energy спонсировал редкоземельные Альтернативы в критических технологиях (РЕАКТ) программы, разработка альтернативных материалов. В 2011 году ARPA-E выделило 31,6 миллиона долларов на финансирование проектов по замене редкоземельных элементов. Из-за его роли в постоянных магнитах, используемых для ветряных турбин , было высказано мнение, что неодим станет одним из основных объектов геополитической конкуренции в мире, работающем на возобновляемых источниках энергии . Но эта точка зрения подвергалась критике за непризнание того, что большинство ветряных турбин не используют постоянные магниты, и за недооценку силы экономических стимулов для расширения производства.
Сочинение
Неодим — это металл, который является ферромагнитным (в частности, он проявляет антиферромагнитные свойства), что означает, что, как и железо, он может быть намагничен, чтобы стать магнитом , но его температура Кюри (температура, выше которой исчезает его ферромагнетизм) составляет 19 К (-254,2 ° C). ; -425,5 ° F), поэтому в чистом виде его магнетизм проявляется только при крайне низких температурах. Однако соединения неодима с переходными металлами, такими как железо, могут иметь температуру Кюри намного выше комнатной, и они используются для изготовления неодимовых магнитов.
Сила неодимовых магнитов является результатом нескольких факторов. Наиболее важным является то, что тетрагональная кристаллическая структура Nd 2 Fe 14 B имеет исключительно высокую одноосную магнитокристаллическую анизотропию ( H A ≈ 7 Тл — напряженность магнитного поля H в единицах А / м в зависимости от магнитного момента в А · м 2 ). Это означает, что кристалл материала предпочтительно намагничивается вдоль определенной оси кристалла, но его очень трудно намагничивать в других направлениях. Как и другие магниты, сплав неодимового магнита состоит из микрокристаллических зерен, которые выровнены в мощном магнитном поле во время производства, так что их магнитные оси все направлены в одном направлении. Сопротивление кристаллической решетки изменению направления намагничивания придает соединению очень высокую коэрцитивную силу или сопротивление размагничиванию.
Атом неодима может обладать большим магнитным дипольным моментом, потому что в его электронной структуре 4 неспаренных электрона, в отличие от (в среднем) 3 в железе. В магните именно неспаренные электроны, выровненные так, что их спин находится в одном направлении, создают магнитное поле. Это дает соединению Nd
Кристаллическую структуру Nd 2 Fe 14 B можно описать как чередующиеся слои атомов железа и соединения неодима и бора. В диамагнитных атомов бора не вносят непосредственный вклад в магнетизм , но улучшают сцепление сильной ковалентной связи. Относительно низкое содержание редкоземельных элементов (12% по объему) и относительное содержание неодима и железа по сравнению с самарием и кобальтом делает неодимовые магниты более низкими по цене, чем самариево-кобальтовые магниты .
Свойства
Неодимовые магниты (маленькие цилиндры) поднимают стальные сферы. Такие магниты могут легко поднимать вес, в тысячи раз превышающий их собственный. Феррожидкость на стеклянной пластине отображает сильное магнитное поле неодимового магнита под ней.Оценки
Неодимовые магниты классифицируются в соответствии с их максимальным энергетическим произведением , которое относится к выходному магнитному потоку на единицу объема. Более высокие значения указывают на более сильные магниты. Для спеченных магнитов NdFeB существует широко признанная международная классификация. Их значения варьируются от 28 до 52. Первая буква N перед значениями является сокращением от неодима, что означает спеченные магниты NdFeB. Буквы, следующие за значениями, указывают на внутреннюю коэрцитивную силу и максимальные рабочие температуры (положительно коррелированные с температурой Кюри ), которые варьируются от значений по умолчанию (до 80 ° C или 176 ° F) до AH (230 ° C или 446 ° F).
Марки спеченных магнитов NdFeB:
- N30 — N52
- Н30М — Н50М
- N30H — N50H
- Н30Ш — Н48Ш
- N30UH — N42UH
- N28EH — N40EH
- N28AH — N35AH
Магнитные свойства
Некоторые важные свойства, используемые для сравнения постоянных магнитов:
Неодимовые магниты имеют более высокую остаточную намагниченность, гораздо более высокую коэрцитивную силу и произведение энергии, но часто более низкую температуру Кюри, чем другие типы магнитов. Были разработаны специальные неодимовые магнитные сплавы, включающие тербий и диспрозий , которые имеют более высокую температуру Кюри, что позволяет им выдерживать более высокие температуры. В таблице ниже сравниваются магнитные характеристики неодимовых магнитов с другими типами постоянных магнитов.
Магнит | B r (T) | H ci (кА / м) | BH max (кДж / м 3 ) | Т С | |
---|---|---|---|---|---|
(° C) | (° F) | ||||
Nd 2 Fe 14 B, спеченный | 1,0–1,4 | 750–2000 | 200–440 | 310–400 | 590–752 |
Nd 2 Fe 14 B, связанный | 0,6–0,7 | 600–1200 | 60–100 | 310–400 | 590–752 |
SmCo 5 , спеченный | 0,8–1,1 | 600–2000 | 120–200 | 720 | 1328 |
Sm (Co, Fe, Cu, Zr) 7 , спеченный | 0,9–1,15 | 450–1300 | 150–240 | 800 | 1472 |
Алнико, спеченный | 0,6–1,4 | 275 | 10–88 | 700–860 | 1292–1580 |
Sr-феррит, спеченный | 0,2–0,78 | 100–300 | 10–40 | 450 | 842 |
Физико-механические свойства
Свойство | Неодим | Sm-Co |
---|---|---|
Remanence ( T ) | 1–1,5 | 0,8–1,16 |
Коэрцитивность (МА / м) | 0,875–2,79 | 0,493–2,79 |
Относительная проницаемость | 1.05 | 1,05–1,1 |
Температурный коэффициент остаточной намагниченности (% / K) | — (0,12–0,09) | — (0,05–0,03) |
Температурный коэффициент коэрцитивной силы (% / K) | — (0,65–0,40) | — (0,30–0,15) |
Температура Кюри (° C) | 310–370 | 700–850 |
Плотность (г / см 3 ) | 7,3–7,7 | 8,2–8,5 |
Коэффициент теплового расширения параллельно намагничиванию (1 / K) | (3–4) × 10 −6 | (5–9) × 10 −6 |
Коэффициент теплового расширения , перпендикулярный намагниченности (1 / K) | (1–3) × 10 −6 | (10–13) × 10 −6 |
Прочность на изгиб (Н / мм 2 ) | 200–400 | 150–180 |
Прочность на сжатие (Н / мм 2 ) | 1000–1100 | 800–1000 |
Предел прочности на разрыв (Н / мм 2 ) | 80–90 | 35–40 |
Твердость по Виккерсу (HV) | 500–650 | 400–650 |
Удельное электрическое сопротивление (Ом · см) | (110–170) × 10 −6 | (50–90) × 10 −6 |
Проблемы с коррозией
Эти неодимовые магниты сильно корродировали после пяти месяцев погодных условий.Спеченный Nd 2 Fe 14 B склонен к коррозии , особенно по границам зерен спеченного магнита. Этот тип коррозии может вызвать серьезное повреждение, в том числе рассыпание магнита на порошок из мелких магнитных частиц или отслоение поверхностного слоя.
Эта уязвимость устраняется во многих коммерческих продуктах путем добавления защитного покрытия, предотвращающего воздействие атмосферы. Никелирование или двухслойное медно-никелевое покрытие являются стандартными методами, хотя также используются покрытия другими металлами или полимерные и лаковые защитные покрытия.
Температурные эффекты
Неодим имеет отрицательный коэффициент, что означает, что коэрцитивная сила вместе с плотностью магнитной энергии ( BH max ) уменьшается с температурой. Магниты из неодима, железа и бора имеют высокую коэрцитивную силу при комнатной температуре, но при повышении температуры выше 100 ° C (212 ° F) коэрцитивная сила резко уменьшается до температуры Кюри (около 320 ° C или 608 ° F). Это падение коэрцитивной силы ограничивает эффективность магнита в условиях высоких температур, например, в ветряных турбинах, гибридных двигателях и т. Д. Диспрозий (Dy) или тербий (Tb) добавляется, чтобы ограничить падение производительности из-за изменений температуры, заставляя магнит еще дороже.
Опасности
Большие силы, проявляемые редкоземельными магнитами, создают опасности, которые могут не возникать с другими типами магнитов. Неодимовые магниты размером более нескольких кубических сантиметров достаточно сильны, чтобы причинять травмы частям тела, зажатым между двумя магнитами или магнитом и поверхностью черного металла, даже вызывая переломы костей.
Магниты, которые подходят слишком близко друг к другу, могут ударить друг друга с достаточной силой, чтобы сломать и разбить хрупкие магниты, а летящие стружки могут вызвать различные травмы, особенно травмы глаз . Были даже случаи, когда маленькие дети, проглотившие несколько магнитов, зажимали участки пищеварительного тракта между двумя магнитами, что приводило к травмам или смерти. Кроме того, это может быть серьезным риском для здоровья при работе с машинами, которые имеют магниты или прикреплены к ним. Более сильные магнитные поля могут быть опасны для механических и электронных устройств, поскольку они могут стирать магнитные носители, такие как дискеты и кредитные карты , а также намагничивать часы. и теневые маски из ЭЛТ — мониторов типа на большем расстоянии , чем другие типы магнита. В некоторых случаях магниты со сколами могут создавать опасность возгорания, поскольку они собираются вместе, посылая искры, летящие, как если бы это был более легкий кремень , потому что некоторые неодимовые магниты содержат ферроцерий .
Производство
Существует два основных метода производства неодимовых магнитов:
- Классическая порошковая металлургия или процесс спеченного магнита
- Спеченные неодимовые магниты получают путем плавления сырья в печи, заливки в форму и охлаждения для формирования слитков. Слитки измельчаются и размалываются; затем порошок спекается в плотные блоки. Затем блоки подвергаются термообработке, нарезке по форме, поверхностной обработке и намагничиванию.
- Быстрое затвердевание или процесс наложения магнита
- Связанные неодимовые магниты получают путем прядения из расплава тонкой ленты сплава NdFeB. Лента содержит случайно ориентированные наноразмерные зерна Nd 2 Fe 14 B. Затем эту ленту измельчают в частицы, смешивают с полимером и либо прессуют, либо формуют под давлением в скрепленные магниты.
В 2015 году японская корпорация Nitto Denko объявила о разработке нового метода спекания неодимового магнитного материала. В этом методе используется «органическая / неорганическая гибридная технология» для образования глиноподобной смеси, которой можно придать различные формы для спекания. Наиболее важно то, что можно контролировать неоднородную ориентацию магнитного поля в спеченном материале, чтобы локально концентрировать поле, например, для улучшения характеристик электродвигателей. Серийное производство запланировано на 2017 год.
По состоянию на 2012 год в Китае ежегодно официально производилось 50 000 тонн неодимовых магнитов, а в 2013 году производилось 80 000 тонн в рамках наращивания «компания за компанией». Китай производит более 95% редкоземельных элементов и производит около 76 % всех редкоземельных магнитов в мире, а также большая часть неодима в мире.
Приложения
Существующие магнитные приложения
Кольцевые магниты Большинство жестких дисков имеют сильные магниты. В этом фонарике с ручным приводом используется неодимовый магнит для выработки электроэнергии.Неодимовые магниты заменили альнико- ферритовые магниты во многих бесчисленных применениях современной технологии, где требуются сильные постоянные магниты, потому что их большая сила позволяет использовать меньшие и более легкие магниты для данного приложения. Вот несколько примеров:
- Электрогенераторы для ветряных турбин (только с возбуждением от постоянных магнитов)
- Звуковая катушка
- Разъединители для корпусов устройств розничной торговли
- В обрабатывающей промышленности мощные неодимовые магниты используются для улавливания инородных тел и защиты продукции и процессов.
Новые приложения
Сферы из неодимового магнита в форме кубаБольшая сила неодимовых магнитов вдохновила на новые применения в областях, где магниты раньше не использовались, таких как магнитные ювелирные застежки, детские магнитные конструкторы (и другие игрушки с неодимовыми магнитами ), а также в качестве части механизма закрытия современного спортивного парашютного оборудования. Они являются основным металлом в ранее популярных магнитах для настольных игрушек «Buckyballs» и «Buckycubes», хотя некоторые розничные продавцы США решили не продавать их из соображений безопасности детей, и они были запрещены в Канаде по той же причине. .
Однородность напряженности и магнитного поля на неодимовых магнитах также открыла новые возможности в области медицины с появлением сканеров открытой магнитно-резонансной томографии (МРТ), используемых для визуализации тела в радиологических отделениях в качестве альтернативы сверхпроводящим магнитам, в которых используется катушка из сверхпроводящего материала. проволока для создания магнитного поля.
Неодимовые магниты используются в качестве хирургически устанавливаемой антирефлюксной системы, которая представляет собой группу магнитов, хирургически имплантированных вокруг нижнего сфинктера пищевода для лечения гастроэзофагеальной рефлюксной болезни (ГЭРБ). Их также имплантировали в кончики пальцев , чтобы обеспечить сенсорное восприятие магнитных полей, хотя это экспериментальная процедура, популярная только среди биохакеров и гриндеров .
Смотрите также
Ссылки
дальнейшее чтение
- MMPA 0100-00, Стандартные спецификации для материалов с постоянными магнитами
- KHJ Buschow (1998) Материалы с постоянными магнитами и их применение , Trans Tech Publications Ltd., Швейцария, ISBN 0-87849-796-X
- Кэмпбелл, Питер (1994). Материалы с постоянными магнитами и их применение . Материалы с постоянными магнитами и их применение . п. 217. Bibcode : 1996pmma.book ….. C . ISBN 978-0-521-24996-6.
- Фурлани, Эдвард П. (2001). Постоянный магнит и электромеханические устройства: материалы, анализ и применение . Лондон: Academic Press. ISBN 978-0-12-269951-1.
- Браун, D; Ма, Бао-Минь; Чен, Чжунминь (2002). «Разработки в области обработки и свойств постоянных магнитов типа NdFeB». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 248 (3): 432–440. Bibcode : 2002JMMM..248..432B . DOI : 10.1016 / S0304-8853 (02) 00334-7 .
- Зависимость магнитных свойств и горячей обрабатываемости редкоземельных и железоборидных магнитов от состава .
внешние ссылки
Статьи » Неодимовый магнит в технике
Техника сегодня очень
сильно «подросла» и свой основной важный вклад внесли неодимовые магниты. Всё связано с крутыми характеристиками магнитов,
которые позволили инженерам создать оборудования и приборы максимально эффективные
при минимальных размерах. Читать далее →
Дело в том, что ранее использовался менее сильный магнитный сплав на основе феррита, который уступает в 4 раза по своей мощности неодимовому магниту. Кроме того, ферритовые магниты обладают высокой потерей магнитных свойств, в то время как неодимовые практически не теряют их за несколько десятков лет.
Неодимовый магнит, это, пожалуй, один из самых распространенных предметов, который используется в устройствах, приборах и оборудовании практически любой сферы промышленности. Пищевая отрасль – элементы фильтрации и очистки, космос – уменьшение веса и т.д.
Электроника
Одно из самых популярных мест, где используются неодимовые магниты – это электроника, в которой они выполняют важные задачи. Компьютеры сегодня играют большую роль в жизни и работе человека, именно поэтому их совершенствование – важная задача. Основной элемент компьютера – это жесткий диск, в состав которого входит магнит. В данном случае замена ферритового на неодимовый магнит сделала компьютер намного легче и эффективнее. Производительность выросла в разы, а цены при этом остались на прежнем уровне.
Компьютеры, бытовые приборы, звуковое оборудование, различные механизмы – везде можно обнаружить неодимовый магнит, который занимает не последнее место.
Неодимовый магнит усовершенствовал все, к чему прикоснулся: акустические системы стали значительно лучше и при этом меньшего размера, не утратив своих способностей. Теперь стекла могут дрожать и от небольших колонок. Наушники меньшего размера со звуковыми параметрами, не уступающими хорошей акустической системе.
Преимущества
Неодимовый магнит является самым мощным магнитом из существующих в мире. Благодаря своим характеристикам, он быстро стал заменой более слабому ферритовому магниту. Все оборудование, которое имеет в своем составе неодимовый магнит, стало значительно меньше, но не потеряло свои характеристики.
Неодимовый магнит повсюду, он упрощает жизнь человеку, делая ее более удобной и совершенной не только в работе, но и в быту. Люди уже практически не задумываются о том, что их окружает, используя все максимально эффективно для себя, тем временем небольшие и, казалось бы, незначительные детали делают нашу жизнь лучше.
Борьба магнитов: ферритовый VS неодимовый
Все категории
- Все категории
- Каталог разных товаров
- Детское постельное белье
- Бассейны и насосы
- Беспроводная колонка и караоке микрофоны
- Средства индивидуальной защиты
- Силиконовые мягкие крышки для посуды
- Неодимовые магниты
- Маленькие магниты
- Магниты прутки
- Маленькие магниты диски
- Маленькие магниты прямоугольники
- Магнитные застежки ПВХ
- Большие и средние магниты
- Магниты прямоугольники/ кубы / квадраты
- Магниты кольца
- Активатор автомобильного топлива Powermag
- Лечебные магниты
- Поисковые магниты и аксессуары
- Односторонние поисковые магниты
- Двухсторонние поисковые магниты
- Магниты под болт/саморез
- Круглые неодимовые магниты с зенковкой
- Прямоугольные неодимовые магниты с зенковкой
- Магнитные держатели / крепежи
- Магнитные крепления с зенковкой
- Магнитные крепления с отверстием
- Магнитные крепления под гайку
- Магнитные крепления под болт
- Магнитные крепление с крючком
- Автомобильные держатели для телефона
- Магнитные держатели для ножей
- Магнитные шнурки
- Неокубы
- Магнитные инструменты
- Акриловые заготовки для магнитов на холодильник
- Наборы магнитных инструментов
- Магнитные клеммы и держатели для сварки
- Магнитные держатели инструментов
- Телескопические фонарики и магнитные сборщики
- Магнитные ручки PoLar
- Магниты для магнитной доски
- Магнитные щетки для мойки окон
- Магнитная лента
- Магниты для экспериментов
- Магнитные съемники для одежды
- Крепления для бейджей
- Игрушки и детские товары
- Оригинальные игрушки MGA и серии L.O.L
- Шары L.O.L
- Капсулы L.O.L
- Куклы L.O.L
- Большие сестрички L.O.L
- Большие питомцы L.O.L
- Пупси слайм
- Другие товары L.O.L.
- Оригинальные товары Disney
- Игровые наборы Disney
- Куклы Disney
- Мягкие игрушки Disney
- Игрушки на елку от Disney
- Одежда и обувь Disney
- Посуда для питья Disney
- Подушки детские Disney
- Cолнцезащитные очки Disney
- Сумки Disney
- Полотенца Disney
- Блокнот от Disney
- Оригинальные игрушки История Игрушек 4
- Оригинальные игрушки Kindi Kids
- Оригинальные игрушки Щенячий патруль
- Оригинальные игрушки Hot Wheels
- Оригинальные куклы Hairdorables
- Оригинальные игрушки Enchantimals
- Оригинальные игрушки Герои в масках
- Оригинальные игрушки Томас и его друзья
- Гоночные машины
- Акции
CMS Magnetics® 101,6 фунта 1 «x1» неодимовый цилиндрический магнит — Walmart.com
«,» tooltipToggleOffText «:» Нажмите на переключатель, чтобы получитьБЕСПЛАТНАЯ доставка на следующий день!
«,» tooltipDuration «:» 5 «,» tempUnavailableMessage «:» Скоро вернусь! «,» TempUnavailableTooltipText «:»Мы прилагаем все усилия, чтобы снова начать работу.
- Временно приостановлено в связи с высоким спросом.
- Продолжайте проверять наличие.