Un magnet de neodim (Nd-Fe-B).este un magnet comun de pământuri rare compus din neodim (Nd), fier (Fe), bor (B) și metale de tranziție. Au performanțe superioare în aplicații datorită câmpului lor magnetic puternic, care este de 1,4 tesla (T), o unitate de inducție magnetică sau densitate de flux.
Magneții de neodim sunt clasificați în funcție de modul în care sunt fabricați, care este sinterizat sau lipit. Au devenit cei mai folosiți magneți de la dezvoltarea lor în 1984.
În starea sa naturală, neodimul este feromagnetic și poate fi magnetizat doar la temperaturi extrem de scăzute. Atunci când este combinat cu alte metale, cum ar fi fierul, poate fi magnetizat la temperatura camerei.
Abilitățile magnetice ale unui magnet de neodim pot fi văzute în imaginea din dreapta.
Cele două tipuri de magneți cu pământuri rare sunt neodim și samariu cobalt. Înainte de descoperirea magneților de neodim, magneții de samariu-cobalt erau cei mai des utilizați, dar au fost înlocuiți cu magneți de neodim din cauza cheltuielilor de fabricație a magneților de samariu-cobalt.
Care sunt proprietățile unui magnet de neodim?
Principala caracteristică a magneților de neodim este cât de puternici sunt pentru dimensiunea lor. Câmpul magnetic al unui magnet de neodim apare atunci când i se aplică un câmp magnetic și se aliniază dipolii atomici, care este bucla de histerezis magnetic. Când câmpul magnetic este îndepărtat, o parte din aliniament rămâne în neodim magnetizat.
Calitățile magneților de neodim indică puterea lor magnetică. Cu cât numărul de calificare este mai mare, cu atât puterea magnetului este mai puternică. Cifrele provin din proprietățile lor exprimate ca mega gauss Oersteds sau MGOe, care este cel mai puternic punct al curbei sale BH.
Scala de notare „N” începe la N30 și merge la N52, deși magneții N52 sunt utilizați rar sau utilizați doar în cazuri speciale. Numărul „N” poate fi urmat de două litere, cum ar fi SH, care indică coercitatea magnetului (Hc). Cu cât este mai mare Hc, cu atât este mai mare temperatura pe care magnetul neo o poate suporta înainte de a-și pierde puterea.
Tabelul de mai jos prezintă cele mai comune clase de magneți de neodim utilizați în prezent.
Proprietățile magneților de neodim
Remanenţă:
Când neodimul este plasat într-un câmp magnetic, dipolii atomici se aliniază. După ce a fost îndepărtată din câmp, o porțiune a aliniamentului rămâne creând neodim magnetizat. Remanența este densitatea fluxului care rămâne atunci când câmpul extern revine de la o valoare de saturație la zero, care este magnetizarea reziduală. Cu cât remanența este mai mare, cu atât densitatea fluxului este mai mare. Magneții de neodim au o densitate de flux de 1,0 până la 1,4 T.
Remanența magneților de neodim variază în funcție de modul în care sunt fabricați. Magneții de neodim sinterizat au un T de 1,0 până la 1,4. Magneții de neodim legați au o putere cuprinsă între 0,6 și 0,7 T.
Coercitivitatea:
După ce neodimul este magnetizat, acesta nu revine la magnetizarea zero. Pentru a-l aduce înapoi la magnetizare zero, trebuie să fie condus înapoi de un câmp în direcția opusă, care se numește coercivitate. Această proprietate a unui magnet este capacitatea sa de a rezista influenței unei forțe magnetice externe fără a fi demagnetizat. Coercitivitatea este măsura intensității necesare unui câmp magnetic pentru a reduce magnetizarea unui magnet înapoi la zero sau rezistența unui magnet care urmează să fie demagnetizat.
Coercivitate este măsurată în unități de oersted sau amperi etichetate ca Hc. Coercitivitatea magneților de neodim depinde de modul în care sunt fabricați. Magneții de neodim sinterizat au o coercivitate de 750 Hc la 2000 Hc, în timp ce magneții de neodim legați au o coercivitate de 600 Hc la 1200 Hc.
Produs energetic:
Densitatea energiei magnetice este caracterizată de valoarea maximă a densității fluxului înmulțit cu intensitatea câmpului magnetic, care este cantitatea de flux magnetic pe unitatea de suprafață. Unitățile sunt măsurate în tesla pentru unitățile SI și Gauss-ul acestuia cu simbolul pentru densitatea fluxului fiind B. Densitatea fluxului magnetic este suma câmpului magnetic extern H și a polarizării magnetice a corpului magnetic J în unități SI.
Magneții permanenți au un câmp B în miezul lor și în împrejurimi. Direcția intensității câmpului B este atribuită punctelor din interiorul și din exteriorul magnetului. Un ac de busolă într-un câmp B al unui magnet se îndreaptă spre direcția câmpului.
Nu există o modalitate simplă de a calcula densitatea de flux a formelor magnetice. Există programe de calculator care pot face calculul. Formulele simple pot fi folosite pentru geometrii mai puțin complexe.
Intensitatea unui câmp magnetic este măsurată în Gauss sau Teslas și este măsura comună a puterii unui magnet, care este o măsură a densității câmpului său magnetic. Un gaussmetru este folosit pentru a măsura densitatea fluxului unui magnet. Densitatea de flux pentru un magnet de neodim este de 6000 Gauss sau mai puțin, deoarece are o curbă de demagnetizare în linie dreaptă.
Temperatura Curie:
Temperatura curie, sau punctul curie, este temperatura la care materialele magnetice au o modificare a proprietăților lor magnetice și devin paramagnetice. În metalele magnetice, atomii magnetici sunt aliniați în aceeași direcție și își întăresc reciproc câmpul magnetic. Ridicarea temperaturii curie modifică dispunerea atomilor.
Coerctivitatea crește pe măsură ce temperatura crește. Deși magneții de neodim au coercivitate ridicată la temperatura camerei, aceasta scade pe măsură ce temperatura crește până când atinge temperatura curie, care poate fi în jur de 320 ° C sau 608 ° F.
Indiferent de cât de puternici ar fi magneții de neodim, temperaturile extreme le pot altera atomii. Expunerea prelungită la temperaturi ridicate le poate face să-și piardă complet proprietățile magnetice, care începe la 80 ° C sau 176 ° F.
Cum sunt fabricați magneții de neodim?
Cele două procese utilizate pentru fabricarea magneților de neodim sunt sinterizarea și lipirea. Proprietățile magneților finiți variază în funcție de modul în care sunt produși, sinterizarea fiind cea mai bună dintre cele două metode.
Cum sunt fabricați magneții de neodim
Sinterizarea
-
Topire:
Neodimul, fierul și borul sunt măsurate și puse într-un cuptor cu inducție în vid pentru a forma un aliaj. Alte elemente sunt adăugate pentru clase specifice, cum ar fi cobalt, cupru, gadoliniu și disproziu pentru a ajuta la rezistența la coroziune. Încălzirea este creată de curenții turbionari electrici într-un vid pentru a menține contaminanții. Amestecul de neoaliaj este diferit pentru fiecare producător și grad de magnet de neodim.
-
Pudrare:
Aliajul topit este răcit și format în lingouri. Lingourile sunt măcinate cu jet într-o atmosferă de azot și argon pentru a crea o pulbere de dimensiunea micronului. Pulberea de neodim este pusă într-un buncăr pentru presare.
-
Presare:
Pulberea este presată într-o matriță puțin mai mare decât forma dorită printr-un proces cunoscut sub numele de răsturnare la o temperatură de aproximativ 725°C. Forma mai mare a matriței permite contracția în timpul procesului de sinterizare. În timpul presării, materialul este expus unui câmp magnetic. Este plasat într-o a doua matriță pentru a fi presat într-o formă mai largă pentru a alinia magnetizarea paralel cu direcția de presare. Unele metode includ dispozitive pentru a genera câmpuri magnetice în timpul presării pentru a alinia particulele.
Înainte ca magnetul presat să fie eliberat, acesta primește un impuls de demagnetizare pentru a-l lăsa demagnetizat pentru a crea un magnet verde, care se sfărâmă ușor și are proprietăți magnetice slabe.
-
Sinterizarea:
Sinterizarea, sau frittage, compactează și formează magnetul verde folosind căldură sub punctul său de topire pentru a-i conferi proprietățile magnetice finale. Procesul este atent monitorizat într-o atmosferă inertă, fără oxigen. Oxizii pot distruge performanța unui magnet de neodim. Este comprimat la temperaturi care ajung la 1080° C, dar sub punctul său de topire pentru a forța particulele să adere între ele.
Se aplică o stingere pentru a răci rapid magnetul și a minimiza fazele, care sunt variante ale aliajului care au proprietăți magnetice slabe.
-
Prelucrare:
Magneții sinterizați sunt măcinați folosind unelte de tăiere cu diamant sau sârmă pentru a le modela la toleranțele corecte.
-
Placare și acoperire:
Neodimul se oxidează rapid și este predispus la coroziune, ceea ce îi poate îndepărta proprietățile magnetice. Ca protecție, acestea sunt acoperite cu plastic, nichel, cupru, zinc, staniu sau alte forme de acoperire.
-
Magnetizare:
Deși magnetul are o direcție de magnetizare, nu este magnetizat și trebuie să fie expus pentru scurt timp la un câmp magnetic puternic, care este o bobină de sârmă care înconjoară magnetul. Magnetizarea implică condensatori și tensiune înaltă pentru a produce un curent puternic.
-
Inspecție finală:
Proiectoarele digitale de măsurare verifică dimensiunile, iar tehnologia de fluorescență cu raze X verifică grosimea placajului. Acoperirea este testată în alte moduri pentru a-i asigura calitatea și rezistența. Curba BH este testată printr-un grafic de histerezis pentru a confirma mărirea completă.
Legătura
Lipirea sau lipirea prin compresie este un proces de presare a matriței care utilizează un amestec de pulbere de neodim și un agent de legare epoxidic. Amestecul este 97% material magnetic și 3% epoxid.
Amestecul epoxidic și neodim este comprimat într-o presă sau extrudat și întărit într-un cuptor. Deoarece amestecul este presat într-o matriță sau trecut prin extrudare, magneții pot fi turnați în forme și configurații complexe. Procesul de lipire prin compresie produce magneți cu toleranțe strânse și nu necesită operațiuni secundare.
Magneții legați prin compresie sunt izotropi și pot fi magnetizați în orice direcție, care include configurații multipolare. Legarea epoxidică face ca magneții să fie suficient de puternici pentru a fi frezați sau strungați, dar să nu fie găuriți sau filetati.
Sinterizat radial
Magneții de neodim orientați radial sunt cei mai noi magneți de pe piața magnetului. Procesul de producere a magneților aliniați radial este cunoscut de mulți ani, dar nu a fost rentabil. Evoluțiile tehnologice recente au simplificat procesul de fabricație, făcând magneții orientați radial mai ușor de produs.
Cele trei procese pentru fabricarea magneților de neodim aliniați radial sunt turnarea sub presiune anizotropă, extrudarea înapoi prin presare la cald și alinierea câmpului rotativ radial.
Procesul de sinterizare asigură că nu există puncte slabe în structura magneților.
Calitatea unică a magneților aliniați radial este direcția câmpului magnetic, care se extinde în jurul perimetrului magnetului. Polul sud al magnetului se află pe interiorul inelului, în timp ce polul nord se află pe circumferința acestuia.
Magneții de neodim orientați radial sunt anizotropi și sunt magnetizați din interiorul inelului spre exterior. Magnetizarea radială mărește forța magnetică a inelelor și poate fi modelată în mai multe modele.
Magneții radiali de neodim pot fi utilizați pentru motoare sincrone, motoare pas cu pas și motoare DC fără perii pentru industria auto, computerelor, electronice și comunicațiilor.
Aplicații ale magneților de neodim
Transportoare de separare magnetică:
În demonstrația de mai jos, banda transportoare este acoperită cu magneți de neodim. Magneții sunt aranjați cu poli alternanți orientați spre exterior, ceea ce le oferă o reținere magnetică puternică. Lucrurile care nu sunt atrase de magneți cad, în timp ce materialul feromagnetic este aruncat într-un recipient de colectare.
Unități de hard disk:
Hard disk-urile au piste și sectoare cu celule magnetice. Celulele sunt magnetizate atunci când datele sunt scrise pe unitate.
Pickupuri pentru chitara electrica:
Un pickup de chitară electrică detectează corzile care vibrează și transformă semnalul într-un curent electric slab pentru a-l trimite către un amplificator și un difuzor. Chitarele electrice sunt spre deosebire de chitarele acustice care își amplifică sunetul în cutia goală de sub corzi. Chitarele electrice pot fi din metal sau lemn masiv, cu sunetul amplificat electronic.
Tratarea apei:
Magneții de neodim sunt utilizați în tratarea apei pentru a reduce depunerile din apa dură. Apa dură are un conținut ridicat de minerale de calciu și magneziu. Cu tratarea apei magnetice, apa trece printr-un câmp magnetic pentru a capta detartrarea. Tehnologia nu a fost acceptată complet ca fiind eficientă. Au fost rezultate încurajatoare.
Comutatoare Reed:
Un întrerupător cu lame este un întrerupător electric acționat de un câmp magnetic. Au două contacte și treburi metalice într-un plic de sticlă. Contactele comutatorului sunt deschise până când sunt activate de un magnet.
Întrerupătoarele cu lamelă sunt utilizate în sistemele mecanice ca senzori de proximitate în uși și ferestre pentru sistemele de alarmă antiefracție și pentru protecția împotriva manipulării. La laptopuri, comutatoarele cu lame pun laptopul în modul de repaus când capacul este închis. Tastaturile cu pedale pentru orgă folosesc întrerupătoare cu lame care se află într-o carcasă de sticlă pentru contacte pentru a le proteja de murdărie, praf și resturi.
Magneți de cusut:
Magneții de cusut din neodim sunt utilizați pentru închizătoare magnetice de pe poșete, îmbrăcăminte și mape sau liere. Magneții de cusut sunt vânduți în perechi, unul fiind a+ și celălalt a-.
Magneți pentru proteze dentare:
Protezele dentare pot fi ținute pe loc de magneți încorporați în maxilarul pacientului. Magneții sunt protejați împotriva coroziunii de la saliva prin placare cu oțel inoxidabil. Nitrura de titan ceramică este aplicată pentru a evita abraziunea și pentru a reduce expunerea la nichel.
Opritoare magnetice pentru uși:
Opritoarele magnetice ale ușii sunt un opritor mecanic care ține o ușă deschisă. Ușa se deschide, atinge un magnet și rămâne deschisă până când ușa este smulsă de magnet.
Închizătoare de bijuterii:
Închizătoarele magnetice pentru bijuterii vin cu două jumătăți și se vând ca pereche. Jumătățile au un magnet într-o carcasă din material non-magnet. O buclă metalică la capăt atașează lanțul unei brățări sau un colier. Carcasele magnetului se potrivesc una în cealaltă, prevenind mișcarea laterală sau forfecarea dintre magneți pentru a oferi o strângere solidă.
Difuzoare:
Difuzoarele convertesc energia electrică în energie mecanică sau mișcare. Energia mecanică comprimă aerul și transformă mișcarea în energie sonoră sau nivel de presiune sonoră. Un curent electric, trimis printr-o bobină de sârmă, creează un câmp magnetic într-un magnet atașat la difuzor. Bobina vocală este atrasă și respinsă de magnetul permanent, ceea ce face ca conul, de care este atașată bobina, să se miște înainte și înapoi. Mișcarea conurilor creează unde de presiune care sunt auzite ca sunet.
Senzori antiblocare frana:
În frânele antiblocare, magneții de neodim sunt înfășurați în bobine de cupru din senzorii frânei. Un sistem de frânare antiblocare controlează viteza de accelerare și deaccelerare a roților prin reglarea presiunii în conductă aplicată frânei. Semnalele de control, generate de controler și aplicate unității de modulare a presiunii de frânare, sunt preluate de la senzorii de turație a roții.
Dinții de pe inelul senzorului se rotesc pe lângă senzorul magnetic, ceea ce provoacă o inversare a polarității câmpului magnetic care trimite un semnal de frecvență către viteza unghiulară a osiei. Diferențierea semnalului este accelerația roților.
Considerații privind magnetul de neodim
Fiind cei mai puternici și mai puternici magneți de pe pământ, magneții de neodim pot avea efecte negative dăunătoare. Este important ca acestea să fie manipulate corespunzător, ținând cont de răul pe care îl pot provoca. Mai jos sunt descrieri ale unora dintre efectele negative ale magneților de neodim.
Efectele negative ale magneților de neodim
Vătămare corporală:
Magneții de neodim pot sări împreună și pot ciupi pielea sau pot provoca răni grave. Ele pot sări sau trânti împreună de la câțiva centimetri la câțiva metri distanță. Dacă un deget este în cale, acesta poate fi rupt sau grav rănit. Magneții de neodim sunt mai puternici decât alte tipuri de magneți. Forța incredibil de puternică dintre ei poate fi adesea surprinzătoare.
Ruperea magnetului:
Magneții de neodim sunt fragili și se pot dezlipi, ciobi, crăpa sau sparge dacă se lovesc împreună, ceea ce trimite mici bucăți de metal ascuțite să zboare cu viteză mare. Magneții de neodim sunt fabricați dintr-un material dur, fragil. În ciuda faptului că sunt fabricate din metal și au un aspect lucios, metalic, nu sunt durabile. Atunci când le manipulați, trebuie purtate protecție pentru ochi.
Țineți departe de copii:
Magneții de neodim nu sunt jucării. Copiii nu ar trebui să aibă voie să le manipuleze. Cele mici pot fi un pericol de sufocare. Dacă sunt înghițiți mai mulți magneți, aceștia se atașează unul de celălalt prin pereții intestinului, ceea ce va cauza probleme grave de sănătate, necesitând o intervenție chirurgicală imediată, de urgență.
Pericol pentru stimulatoare cardiace:
O intensitate a câmpului de zece gauss lângă un stimulator cardiac sau un defibrilator poate interacționa cu dispozitivul implantat. Magneții de neodim creează câmpuri magnetice puternice, care pot interfera cu stimulatoarele cardiace, ICD-urile și dispozitivele medicale implantate. Multe dispozitive implantate se dezactivează atunci când sunt în apropierea unui câmp magnetic.
Medii magnetice:
Câmpurile magnetice puternice de la magneții de neodim pot deteriora mediile magnetice, cum ar fi dischetele, cărțile de credit, cărțile de identitate magnetice, casetele, casetele video, pot deteriora televizoarele mai vechi, aparatele video, monitoarele de computer și ecranele CRT. Ele nu trebuie plasate în apropierea aparatelor electronice.
GPS și smartphone-uri:
Câmpurile magnetice interferează cu busolele sau magnetometrele și cu busolele interne ale smartphone-urilor și dispozitivelor GPS. Asociația pentru transportul aerian internațional și regulile și reglementările federale din SUA acoperă transportul magneților.
Alergia la nichel:
Dacă aveți o alergie la nichel, sistemul imunitar confundă nichelul ca fiind un intrus periculos și produce substanțe chimice pentru a lupta împotriva acestuia. O reacție alergică la nichel este roșeața și o erupție cutanată. Alergiile la nichel sunt mai frecvente la femei și fete. Aproximativ, 36% dintre femeile sub 18 ani au o alergie la nichel. Modul de a evita alergia la nichel este evitarea magneților de neodim acoperiți cu nichel.
Demagnetizare:
Magneții de neodim își păstrează eficiența până la 80 ° C sau 175 ° F. Temperatura la care încep să-și piardă eficacitatea variază în funcție de calitate, formă și aplicare.
Inflamabil:
Magneții de neodim nu trebuie găuriți sau prelucrați. Praful și pulberea produse prin măcinare sunt inflamabile.
Coroziune:
Magneții de neodim sunt finisați cu o anumită formă de acoperire sau placare pentru a-i proteja de elemente. Nu sunt impermeabile și vor rugini sau se corodează atunci când sunt plasate în medii umede sau umede.
Standarde și reglementări pentru utilizarea magnetului de neodim
Deși magneții de neodim au un câmp magnetic puternic, ei sunt foarte fragili și necesită o manipulare specială. Mai multe agenții de monitorizare industrială au elaborat reglementări cu privire la manipularea, fabricarea și transportul magneților de neodim. O scurtă descriere a câtorva dintre reglementări este enumerată mai jos.
Standarde și reglementări pentru magneții de neodim
Societatea Americană a Inginerilor Mecanici:
Societatea Americană a Inginerilor Mecanici (ASME) are standarde pentru dispozitivele de ridicare sub cârlig. Standardul B30.20 se aplică la instalarea, inspecția, testarea, întreținerea și funcționarea dispozitivelor de ridicare, care include magneți de ridicare în care operatorul poziționează magnetul pe sarcină și ghidează sarcina. Standardul ASME BTH-1 este aplicat împreună cu ASME B30.20.
Analiza pericolelor și puncte critice de control:
Analiza pericolelor și punctelor critice de control (HACCP) este un sistem de management al riscului preventiv recunoscut la nivel internațional. Acesta examinează siguranța alimentelor față de pericolele biologice, chimice și fizice, solicitând identificarea și controlul pericolelor în anumite puncte ale procesului de producție. Oferă certificare pentru echipamentele utilizate la unitățile alimentare. HACCP a identificat și certificat anumiți magneți de separare folosiți în industria alimentară.
Departamentul Agriculturii al Statelor Unite:
Echipamentul de separare magnetică a fost aprobat de Serviciul de Marketing Agricol al Departamentului de Agricultură al Statelor Unite ca fiind în conformitate pentru utilizare cu două programe de procesare a alimentelor:
- Programul de revizuire a echipamentelor pentru produse lactate
- Programul de revizuire a echipamentelor pentru carne și pasăre
Certificarile se bazează pe două standarde sau linii directoare:
- Proiectarea sanitară și fabricarea echipamentelor de prelucrare a laptelui
- Proiectarea sanitară și fabricarea echipamentelor de prelucrare a cărnii și a păsărilor de curte care îndeplinesc cerințele de igienă NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014
Restricționarea utilizării substanțelor periculoase:
Reglementările privind restricțiile de utilizare a substanțelor periculoase (RoHS) limitează utilizarea ignifugelor de plumb, cadmiu, bifenil polibromurat (PBB), mercur, crom hexavalent și eter difenilic polibromurat (PBDE) în echipamentele electronice. Deoarece magneții de neodim pot fi periculoși, RoHS a dezvoltat standarde pentru manipularea și utilizarea lor.
Organizația Aviației Civile Internaționale:
Magneții sunt determinați a fi un bun periculos pentru transporturile din afara Statelor Unite continentale către destinații internaționale. Orice material ambalat, care urmează să fie expediat pe calea aerului, trebuie să aibă o intensitate a câmpului magnetic de 0,002 Gauss sau mai mult la o distanță de șapte picioare de orice punct de pe suprafața pachetului.
Administrația Federală a Aviației:
Pachetele care conțin magneți care sunt expediate pe calea aerului trebuie testate pentru a îndeplini standardele stabilite. Pachetele cu magnet trebuie să măsoare mai puțin de 0,00525 gauss la 15 picioare de pachet. Magneții puternici și puternici trebuie să aibă o formă de ecranare. Există numeroase reglementări și cerințe care trebuie îndeplinite pentru expedierea magneților pe calea aerului din cauza potențialelor pericole de siguranță.
Restricționarea, evaluarea, autorizarea substanțelor chimice:
Restricționarea, evaluarea și autorizarea produselor chimice (REACH) este o organizație internațională care face parte din Uniunea Europeană. Reglementează și dezvoltă standarde pentru materiale periculoase. Are mai multe documente care specifică utilizarea, manipularea și fabricarea corectă a magneților. O mare parte din literatura de specialitate se referă la utilizarea magneților în dispozitive medicale și componente electronice.
Concluzie
- Magneții de neodim (Nd-Fe-B), cunoscuți ca neomagneți, sunt magneți obișnuiți de pământuri rare, compuși din neodim (Nd), fier (Fe), bor (B) și metale de tranziție.
- Cele două procese utilizate pentru fabricarea magneților de neodim sunt sinterizarea și lipirea.
- Magneții de neodim au devenit cei mai folosiți dintre numeroasele varietăți de magneți.
- Câmpul magnetic al unui magnet de neodim apare atunci când i se aplică un câmp magnetic și se aliniază dipolii atomici, care este bucla de histerezis magnetic.
- Magneții de neodim pot fi produși în orice dimensiune, dar își păstrează puterea magnetică inițială.
Ora postării: Iul-11-2022