Неодимовые магниты. Что это такое и для чего это нужно - RuMagnet

Сначала были ферриты

Всем широко известны магниты, изготовленные из феррита. Наверняка каждому они знакомы, ведь они присутствуют практически в любой бытовой технике. Ферритовые магниты, используемые в акустических системах, достаточно сильные, сила их сцепления очень высока и часто зависит от размеров магнита.

К положительным особенностям ферритовых магнитов можно отнести следующие:

• Ферритовые магниты обладают низкой себестоимостью;
• Ферритовые магниты долгое время не размагничиваются;
• Ферритовые магниты не подвержены коррозии и не боятся влаги из атмосферы;
• Механическая обработка ферритовых магнитов не вызывает осложнений;
• ​Экологическая безопасность благодаря стойкости структуры.

При всех своих достоинствах, ферритовые магниты обладают двумя основными недостатками, которые предопределяют их судьбу:

1. Высокая хрупкость и неспособность выдерживать удары;
2. Сравнительно слабое магнитное поле.

Ферритовые магниты являют собой особую смесь природных и синтетических материалов, в основе которой магнетит. Этот материал, наряду с оксидом кобальта, стронцием, барием, железом и другими веществами, и обеспечивает магнитные свойства ферритов. Появление ферритовых магнитов в середине двадцатого века ознаменовало новую эру в науке и технике, их повсеместное применение обусловлено низкой стоимостью, долговечностью и всепогодностью.

Диапазон рабочих температур ферритового магнита от -40 до +250 градусов Цельсия! Однако, к середине 80-х годов прошлого века потенциал ферритовых магнитов был исчерпан, и их постепенно начали теснить, только что появившиеся, неодимовые магниты, значительно превосходящие ферриты по коэрцитивной силе.

Потом появился неодим

Первыми странами, освоившими производство неодимовых магнитов, являлись США и Япония. Именно активно развивающий технический потенциал этих стран стимулировал разработку новых технологий производства постоянных магнитов.

Состав нового магнитного вещества был примерно такой:

• железо;
• бор;
• неодим – металл лантаноидной группы.

Последний ингредиент в составе нового сплава является редкоземельным элементом и выполняет функции основного звена в составе сплава. Железо играет роль связующего элемента, а бор в сплаве присутствует в ничтожных количествах.

Неодимовые магниты, благодаря такому составу, обладают невероятно высокой сцепной силой, ферритовые магниты ни в какое сравнение не идут по данному показателю с неодимовыми.

Для сравнения можно привести пример: соединив между собой два ферритовых кольца от мощных динамиков, мы хоть и с трудом, но разъединим их при помощи рук. С неодимовыми магнитами такой фокус не пройдет. Соединившись между собой два неодимовых магнита разлепить голыми руками без приспособлений будет невозможно.

Стоимость первых неодимовых магнитов, появившихся в свободной продаже в середине 90-х годов прошлого века, была достаточно высока и остается такой по сегодняшний день. Особо мощные образцы могут стоить несколько тысяч рублей, что объясняется большой редкостью неодима, а также патентной борьбой различных разработчиков магнитов.

Разнообразие форм и марок неодимовых магнитов

Различная форма неоодимовых магнитов обусловлена различным их назначением. Так магниты могут быть изготовлены в форме:

• дисков;
• прямоугольников;
• шаров;
• сфер;
• колец;
• цилиндров;
• конусов и так далее.

С использованием ингредиентов неодимовых магнитов изготавливаются также пластичные материалы, обладающие магнитными свойствами. Это, например, известный всем магнитный винил.

Классифицировать неодимовые магниты можно также и по их силе сцепления, габаритам, диапазону рабочих температур, магнитной энергии.

Основные показатели, от которых зависит сила сцепления магнита:

• Плоскость и площадь поверхности магнита;
• Степень чистоты поверхности;
• Уровень магнитных свойств, входящих в состав магнита металлов;
• Размеры магнита;
• Наличие направленности узкого магнитного поля;
• Влажность и температура воздуха.

Чем большими размерами обладает магнит, чем чище и глаже его поверхность, тем выше его сцепная сила.

Магнит, покрытый ржавчиной или имеющий большое количество неровностей на поверхности, при той же магнитной энергии будет обладать меньшей силой сцепления.

В маркировке каждого неодимового магнита присутствует цифра, она-то и указывает на величину магнитной энергии. Таким образом, магниты одной марки, например N50, но разных размеров, могут обладать разной силой сцепления. В тоже время магниты разных марок и разных размеров и площади рабочей поверхности, могут обладать как различной, так и одинаковой сцепной силой.

Неодимовые магниты, в зависимости от их марки, также могут различаться и диапазонами рабочих температур:

• 38ЕН – 2000С;
• 42SH – 1500С;
• N40 – 800С.
   

Процесс изготовления неодимовых магнитов

Спекание неодимовых магнитов производится в специальных печах, этот процесс требует профессионального оборудования и является очень кропотливым. Процесс протекает без доступа кислорода: либо в атмосфере инертного газа либо в вакууме.

Основные этапы производства магнита следующие:

• Измельчение ингредиентов до порошкообразного состояния;
• Придание формы заготовке в прессе под высоким давлением;
• Задание направления вектора магнитного поля;
• Спекание ингредиентов с одновременным намагничиванием.

Серийное производство неодимовых магнитов выглядит примерно так, но при изготовлении магнитов на заказ от общего алгоритма возможны отступления. Ведь заказчик может предъявлять совершенно различные требования к готовому образцу как по силе магнита, так и по форме или устойчивости к низким температурам.

Несколько слов о направленности магнитного поля

Наиболее распространенными и востребованными являются магниты с аксиальным намагничиванием. Вектор магнитного поля такого магнита направлен вдоль одной из плоскостей, по которой измеряется толщина магнита.

1. Кроме аксиального бывают еще радиальное и диаметральное намагничивание.
2. Диаметральное намагничивание применимо для полных окружностей или дисков, а радиальное применяется для дуг или секторов.
3. Также различают аксиальное многополюсное и аксиальное многополюсное параллельное намагничивание.
    

Характерные особенности неодимовых магнитов

Срок службы неодимовых магнитов составляет не менее 30 лет, а при надлежащем использовании и хранении может быть на много больше. Однако при некоторых условиях их очень легко можно вывести из строя и безвозвратно испортить.

Неодимовые магниты совершенно не гибкие. При определенной нагрузке они ломаются, трескаются и теряют свои свойства. Удар по магниту или его падение могут привести к откалыванию частиц магнита, а, следовательно, к снижению его сцепных свойств. Кроме того, достаточно сильный удар может просто привести к потере всех свойств магнита. Поэтому нужно избегать падений неодимовых магнитов, а также использования их в механизмах, где возможны падения или удары частей и деталей друг о друга.

При воздействии высокой температуры магнитные свойства теряются безвозвратно.

В зависимости от марки магнита, предел нагревания варьируется от 80 до 250 градусов Цельсия. При нагревании выше нормативной температуры магнит полностью теряет свои свойства.

Обработка неодимового магнита практически невозможна. При производстве серийных образцов магнитов, после того как они поступают в продажу и приобретаются кем-либо для тех или иных целей, придать магниту иную форму, нежели заданная при его изготовлении, будет весьма затруднительно. Резка сплава режущим инструментом, сверление или шлифовка могут привести к возгоранию сплава, а также высокая температура, выделяемая при трении, будет иметь вредное воздействие на магнит и его свойства.

Саморазмагничивание магнитов составляет 1% за 10 лет. Этот показатель довольно высок.

Сферы применения неодимовых магнитов

Неодимовые магниты широко применяются в промышленности, их используют при проведение различных опытов и экспериментов в области физики и электротехники. Мощными магнитами оснащают фильтры, которые улавливают мелкие металлические частицы в газах или жидкостях. Нашли свое применение магниты из неодимового сплава и в производстве игрушек и сувениров.

• Благодаря высокой сцепной силе неодимовые магниты используют для поиска металлических предметов, залегающих под землей. В последнее время их активно используют поисковики, которые занимаются реставрацией техники времен войны.
   
• С помощью неодимовых магнитов можно вернуть к жизни старые акустические колонки. Иногда достаточно лишь приложить к штатным ферритовым магнитам кольца из неодимового сплава и динамики вновь заиграют.
   
• Если заменить старые магниты в двигателе или генераторе, то можно существенно повысить их мощность. Причем двигатель, оснащенный новыми мощными магнитами, будет работать лучше, чем прежде, его обороты станут выше, а потребляемая мощность снизится.
   
• Неодимовые магниты применяются в медицине, например для устранения болей при артрите, в аппаратах магнитно-резонансной томографии.
   
• Кроме того таким магнитам можно найти массу применений в быту: прикрепление календаря или фотографий к холодильнику.

Спрос на неодимовые магниты постоянно растет, благодаря этому производители могут увеличивать оборот и снижать стоимость продукции.