En neodym (Nd-Fe-B) magneter en almindelig sjælden jordarters magnet bestående af neodym (Nd), jern (Fe), bor (B) og overgangsmetaller. De har overlegen ydeevne i applikationer på grund af deres stærke magnetiske felt, som er 1,4 teslas (T), en enhed for magnetisk induktion eller fluxtæthed.
Neodymmagneter er kategoriseret efter, hvordan de er fremstillet, som er sintret eller bundet. De er blevet den mest udbredte af magneter siden deres udvikling i 1984.
I sin naturlige tilstand er neodym ferromagnetisk og kan kun magnetiseres ved ekstremt lave temperaturer. Når det kombineres med andre metaller, såsom jern, kan det magnetiseres ved stuetemperatur.
De magnetiske egenskaber af en neodymmagnet kan ses på billedet til højre.
De to typer sjældne jordarters magneter er neodym og samarium kobolt. Forud for opdagelsen af neodymmagneter var samarium koboltmagneter de mest almindeligt anvendte, men blev erstattet af neodymmagneter på grund af omkostningerne ved fremstilling af samarium koboltmagneter.
Hvad er egenskaberne ved en neodymmagnet?
Det vigtigste kendetegn ved neodymmagneter er, hvor stærke de er for deres størrelse. Det magnetiske felt af en neodymmagnet opstår, når et magnetfelt påføres den, og atomdipolerne justeres, hvilket er den magnetiske hysterese-løkke. Når magnetfeltet fjernes, forbliver en del af justeringen i det magnetiserede neodym.
Graderne af neodymmagneter angiver deres magnetiske styrke. Jo højere karaktertallet er, jo stærkere er magnetens kraft. Tallene kommer fra deres egenskaber udtrykt som mega gauss Oersteds eller MGOe, som er det stærkeste punkt på dens BH-kurve.
"N"-skalaen begynder ved N30 og går til N52, selvom N52-magneter sjældent bruges eller kun bruges i særlige tilfælde. "N"-tallet kan efterfølges af to bogstaver, såsom SH, som angiver magnetens koercitivitet (Hc). Jo højere Hc, jo højere temperatur kan neo-magneten udholde, før den mister sin output.
Skemaet nedenfor viser de mest almindelige kvaliteter af neodymmagneter, der bruges i øjeblikket.
Egenskaberne ved neodymmagneter
Remanens:
Når neodym er placeret i et magnetfelt, justeres atomdipolerne. Efter at være blevet fjernet fra feltet, forbliver en del af justeringen og skaber magnetiseret neodym. Remanens er den fluxtæthed, der forbliver, når det eksterne felt vender tilbage fra en værdi af mætning til nul, som er den resterende magnetisering. Jo højere remanens, jo højere fluxtæthed. Neodymmagneter har en fluxtæthed på 1,0 til 1,4 T.
Remanensen af neodymmagneter varierer afhængigt af, hvordan de er lavet. Sintrede neodymmagneter har et T på 1,0 til 1,4. Bondede neodymmagneter har en 0,6 til 0,7 T.
Tvang:
Efter at neodym er magnetiseret, vender det ikke tilbage til nul magnetisering. For at få det tilbage til nul magnetisering, skal det drives tilbage af et felt i den modsatte retning, hvilket kaldes koercivitet. Denne egenskab ved en magnet er dens evne til at modstå påvirkningen af en ekstern magnetisk kraft uden at blive afmagnetiseret. Koercivitet er målet for den nødvendige intensitet fra et magnetfelt for at reducere magnetiseringen af en magnet tilbage til nul eller modstanden af en magnet, der skal afmagnetiseres.
Koercivitet måles i oersted eller ampere-enheder mærket som Hc. Koercitiviteten af neodymmagneter afhænger af, hvordan de er fremstillet. Sintrede neodymmagneter har en koercitivitet på 750 Hc til 2000 Hc, mens bundne neodymmagneter har en koercitivitet på 600 Hc til 1200 Hc.
Energiprodukt:
Tætheden af den magnetiske energi er karakteriseret ved den maksimale værdi af fluxtæthed gange den magnetiske feltstyrke, som er mængden af magnetisk flux pr. overfladeenhed. Enhederne måles i teslaer for SI-enheder og dens Gauss, hvor symbolet for fluxtæthed er B. Magnetisk fluxtæthed er summen af det eksterne magnetfelt H og den magnetiske krops magnetiske polarisation J i SI-enheder.
Permanente magneter har et B-felt i deres kerne og omgivelser. Retningen af B-feltets styrke tilskrives punkterne inden for og uden for magneten. En kompasnål i et B-felt af en magnet peger sig selv mod feltretningen.
Der er ingen enkel måde at beregne magnetiske figurers fluxtæthed på. Der findes computerprogrammer, der kan lave udregningen. Simple formler kan bruges til mindre komplekse geometrier.
Intensiteten af et magnetfelt måles i Gauss eller Teslas og er den almindelige måling af en magnets styrke, som er et mål for tætheden af dens magnetfelt. En gauss-måler bruges til at måle en magnets fluxtæthed. Fluxtætheden for en neodymmagnet er 6000 Gauss eller mindre, fordi den har en lige linje afmagnetiseringskurve.
Curie temperatur:
Curie-temperaturen eller curie-punktet er den temperatur, hvor magnetiske materialer har en ændring i deres magnetiske egenskaber og bliver paramagnetiske. I magnetiske metaller er magnetiske atomer justeret i samme retning og forstærker hinandens magnetfelt. At hæve curie-temperaturen ændrer atomernes arrangement.
Tvangskraften stiger, når temperaturen stiger. Selvom neodymmagneter har høj koercitivitet ved stuetemperatur, falder den, når temperaturen stiger, indtil den når curie-temperaturen, som kan være omkring 320 ° C eller 608 ° F.
Uanset hvor stærke neodymmagneter kan være, kan ekstreme temperaturer ændre deres atomer. Langvarig udsættelse for høje temperaturer kan få dem til fuldstændig at miste deres magnetiske egenskaber, som begynder ved 80°C eller 176°F.
Hvordan laves neodymmagneter?
De to processer, der bruges til at fremstille neodymmagneter, er sintring og binding. Egenskaberne af de færdige magneter varierer afhængigt af, hvordan de er fremstillet med sintring som den bedste af de to metoder.
Sådan laves neodymmagneter
Sintring
-
Smeltning:
Neodymium, jern og bor måles ud og sættes i en vakuuminduktionsovn for at danne en legering. Andre elementer er tilføjet for specifikke kvaliteter, såsom kobolt, kobber, gadolinium og dysprosium for at hjælpe med korrosionsbestandighed. Opvarmning skabes af elektriske hvirvelstrømme i et vakuum for at holde forurenende stoffer ude. Neo-legeringsblandingen er forskellig for hver producent og klasse af neodymmagnet.
-
Pulvering:
Den smeltede legering afkøles og formes til barrer. Ingots jetformales i en nitrogen- og argonatmosfære for at skabe et pulver i mikronstørrelse. Neodymiumpulveret lægges i en tragt til presning.
-
Tryk på:
Pulveret presses ind i en matrice, der er lidt større end den ønskede form, ved en proces, der er kendt som opstilling ved en temperatur på ca. 725°C. Den større form af matricen tillader krympning under sintringsprocessen. Under presning udsættes materialet for et magnetfelt. Den placeres i en anden matrice for at blive presset til en bredere form for at justere magnetiseringen parallelt med presseretningen. Nogle metoder inkluderer armaturer til at generere magnetiske felter under presning for at justere partiklerne.
Inden den pressede magnet frigives, modtager den en afmagnetiseringsimpuls for at lade den afmagnetiseres for at skabe en grøn magnet, som let smuldrer og har dårlige magnetiske egenskaber.
-
Sintring:
Sintring, eller fritta, komprimerer og danner den grønne magnet ved hjælp af varme under dets smeltepunkt for at give den dens endelige magnetiske egenskaber. Processen overvåges nøje i en inert, iltfri atmosfære. Oxider kan ødelægge en neodymmagnets ydeevne. Det komprimeres ved temperaturer, der når 1080°C, men under dets smeltepunkt for at tvinge partiklerne til at klæbe til hinanden.
En quench anvendes for hurtigt at afkøle magneten og minimere faser, som er varianter af legeringen, der har dårlige magnetiske egenskaber.
-
Bearbejdning:
Sintrede magneter slibes ved hjælp af diamant- eller trådskæreværktøjer for at forme dem til de korrekte tolerancer.
-
Belægning og belægning:
Neodym oxiderer hurtigt og er tilbøjelig til korrosion, hvilket kan fjerne dets magnetiske egenskaber. Som beskyttelse er de belagt med plast, nikkel, kobber, zink, tin eller andre former for belægninger.
-
Magnetisering:
Selvom magneten har en magnetiseringsretning, er den ikke magnetiseret og skal kortvarigt udsættes for et stærkt magnetfelt, som er en trådspole, der omgiver magneten. Magnetiseringen involverer kondensatorer og højspænding for at producere en stærk strøm.
-
Afsluttende inspektion:
Digitale måleprojektorer verificerer dimensionerne, og røntgenfluorescensteknologi verificerer tykkelsen af pletteringen. Belægningen er testet på andre måder for at sikre dens kvalitet og styrke. BH-kurven testes med en hysteresegraf for at bekræfte fuld forstørrelse.
Binding
Bonding eller kompressionsbinding er en presseproces, der bruger en blanding af neodympulver og et epoxybindemiddel. Blandingen er 97% magnetisk materiale og 3% epoxy.
Epoxy- og neodymblandingen komprimeres i en presse eller ekstruderes og hærdes i en ovn. Da blandingen presses ind i en matrice eller ekstruderes, kan magneter støbes til komplekse former og konfigurationer. Kompressionsbindingsprocessen producerer magneter med snævre tolerancer og kræver ikke sekundære operationer.
Kompressionsbundne magneter er isotrope og kan magnetiseres i enhver retning, hvilket inkluderer multipolære konfigurationer. Epoxybindingen gør magneterne stærke nok til at blive fræset eller drejet, men ikke boret eller tappet.
Radialsintret
Radialt orienterede neodymmagneter er de nyeste magneter på magnetmarkedet. Processen til fremstilling af radialjusterede magneter har været kendt i mange år, men var ikke omkostningseffektiv. Den seneste teknologiske udvikling har strømlinet fremstillingsprocessen, hvilket gør radialt orienterede magneter nemmere at fremstille.
De tre processer til fremstilling af radialjusterede neodymmagneter er anisotropisk trykstøbning, varmpressende bagudekstrudering og radial roterende feltjustering.
Sintringsprocessen sikrer, at der ikke er svage punkter i magnetens struktur.
Den unikke kvalitet af radialt justerede magneter er retningen af det magnetiske felt, som strækker sig rundt om magnetens omkreds. Magnetens sydpol er på det indre af ringen, mens nordpolen er på dens omkreds.
Radialt orienterede neodymmagneter er anisotrope og magnetiseres fra indersiden af ringen til ydersiden. Radial magnetisering øger ringenes magnetiske kraft og kan formes til flere mønstre.
Radiale neodym-ringmagneter kan bruges til synkronmotorer, stepmotorer og børsteløse DC-motorer til bil-, computer-, elektronik- og kommunikationsindustrien.
Anvendelser af neodymmagneter
Magnetiske adskillelsestransportører:
I nedenstående demonstration er transportbåndet dækket af neodymmagneter. Magneterne er arrangeret med skiftende poler udad, hvilket giver dem et stærkt magnetisk hold. Ting, der ikke tiltrækkes af magneterne, falder væk, mens det ferromagnetiske materiale tabes i en opsamlingsbeholder.
Harddiske:
Harddiske har spor og sektorer med magnetiske celler. Cellerne magnetiseres, når data skrives til drevet.
Elektriske guitar pickups:
En elektrisk guitar pickup fornemmer de vibrerende strenge og konverterer signalet til en svag elektrisk strøm til at sende til en forstærker og højttaler. Elektriske guitarer er i modsætning til akustiske guitarer, der forstærker deres lyd i den hule boks under strengene. Elektriske guitarer kan være massivt metal eller træ med deres lyd forstærket elektronisk.
Vandbehandling:
Neodymiummagneter bruges til vandbehandling for at reducere skældannelse fra hårdt vand. Hårdt vand har et højt mineralindhold af calcium og magnesium. Med magnetisk vandbehandling passerer vand gennem et magnetfelt for at fange skalering. Teknologien er ikke blevet helt accepteret som effektiv. Der har været opmuntrende resultater.
Reed switches:
En reed-kontakt er en elektrisk kontakt, der betjenes af et magnetfelt. De har to kontakter og metalrør i en glaskuvert. Kontakterne på kontakten er åbne, indtil de aktiveres af en magnet.
Reed-kontakter bruges i mekaniske systemer som nærhedssensorer i døre og vinduer til tyverialarmsystemer og sabotagesikring. På bærbare computere sætter reed-kontakter den bærbare computer i dvaletilstand, når låget er lukket. Pedaltastaturer til rørorgler bruger reed-kontakter, der er i et glasindkapsling til kontakterne for at beskytte dem mod snavs, støv og snavs.
Syning af magneter:
Neodym syning i magneter bruges til magnetiske låse på punge, tøj og mapper eller ringbind. Symagneter sælges i par, hvor den ene magnet er a+ og den anden a-.
Tandprotesemagneter:
Tandproteser kan holdes på plads af magneter indlejret i en patients kæbe. Magneterne er beskyttet mod korrosion fra spyt af rustfri stålbelægning. Keramisk titaniumnitrid påføres for at undgå slid og reducere eksponering for nikkel.
Magnetiske dørstoppere:
Magnetiske dørstoppere er et mekanisk stop, der holder en dør åben. Døren åbnes, rører ved en magnet og forbliver åben, indtil døren trækkes af magneten.
Smykkelås:
Magnetiske smykkespænder kommer med to halvdele og sælges som et par. Halvdelene har en magnet i et hus af ikke-magnetisk materiale. En metalløkke på enden fastgør kæden til et armbånd eller en halskæde. Magnethusene passer inde i hinanden og forhindrer side-til-side- eller forskydningsbevægelse mellem magneterne for at give et solidt hold.
Højttalere:
Højttalere konverterer elektrisk energi til mekanisk energi eller bevægelse. Den mekaniske energi komprimerer luft og omdanner bevægelse til lydenergi eller lydtrykniveau. En elektrisk strøm, der sendes gennem en trådspole, skaber et magnetfelt i en magnet, der er fastgjort til højttaleren. Svingspolen tiltrækkes og frastødes af den permanente magnet, som får keglen, som svingspolen er fastgjort til, til at bevæge sig frem og tilbage. Keglebevægelsen skaber trykbølger, der høres som lyd.
Antilåse bremsesensorer:
I blokeringsfri bremser er neodymmagneter pakket ind i kobberspoler i bremsens sensorer. Et blokeringsfrit bremsesystem kontrollerer, at hjulene accelererer og deaccelererer ved at regulere linjetrykket på bremsen. Styresignalerne, der genereres af styreenheden og påføres bremsetrykmoduleringsenheden, er taget fra hjulhastighedssensorer.
Tænderne på sensorringen roterer forbi den magnetiske sensor, hvilket forårsager en vending af polariteten af magnetfeltet, der sender et frekvenssignal til akslens vinkelhastighed. Differentieringen af signalet er accelerationen af hjulene.
Neodymmagnetovervejelser
Som de kraftigste og stærkeste magneter på jorden kan neodymmagneter have skadelige negative virkninger. Det er vigtigt, at de håndteres korrekt under hensyntagen til den skade, de kan forårsage. Nedenfor er beskrivelser af nogle af de negative virkninger af neodymmagneter.
Negative virkninger af neodymmagneter
Legemsskade:
Neodymmagneter kan hoppe sammen og klemme huden eller forårsage alvorlige skader. De kan springe eller smække sammen fra flere centimeter til flere fod fra hinanden. Hvis en finger er i vejen, kan den knækkes eller komme alvorligt til skade. Neodymmagneter er kraftigere end andre slags magneter. Den utroligt stærke kraft mellem dem kan ofte være overraskende.
Magnetbrud:
Neodymmagneter er skøre og kan skalle, flise, revne eller splintre, hvis de smækker sammen, hvilket sender små skarpe metalstykker til at flyve med stor hastighed. Neodymiummagneter er lavet af et hårdt, skørt materiale. På trods af at de er lavet af metal og har et skinnende, metallisk udseende, er de ikke holdbare. Øjenværn bør bæres, når du håndterer dem.
Hold dig væk fra børn:
Neodymmagneter er ikke legetøj. Børn skal ikke have lov til at håndtere dem. Små kan være en kvælningsfare. Hvis flere magneter sluges, binder de sig til hinanden gennem tarmvæggene, hvilket vil forårsage alvorlige helbredsproblemer, hvilket kræver øjeblikkelig akut kirurgi.
Fare for pacemakere:
En feltstyrke på ti gauss nær en pacemaker eller defibrillator kan interagere med den implanterede enhed. Neodymmagneter skaber stærke magnetiske felter, som kan forstyrre pacemakere, ICD'er og implanteret medicinsk udstyr. Mange implanterede enheder deaktiveres, når de er i nærheden af et magnetfelt.
Magnetiske medier:
De stærke magnetiske felter fra neodymmagneter kan beskadige magnetiske medier såsom disketter, kreditkort, magnetiske ID-kort, kassettebånd, videobånd, beskadige ældre fjernsyn, videobåndoptagere, computerskærme og CRT-skærme. De bør ikke placeres i nærheden af elektroniske apparater.
GPS og smartphones:
Magnetiske felter forstyrrer kompasser eller magnetometre og interne kompasser på smartphones og GPS-enheder. International Air Transport Association og amerikanske føderale regler og bestemmelser dækker forsendelse af magneter.
Nikkelallergi:
Hvis du har en nikkelallergi, tager immunsystemet fejl af nikkel som en farlig ubuden gæst og producerer kemikalier til at bekæmpe det. En allergisk reaktion på nikkel er rødme og hududslæt. Nikkelallergi er mere almindelig hos kvinder og piger. Cirka 36 procent af kvinderne under 18 år har nikkelallergi. Måden at undgå nikkelallergi på er at undgå nikkelbelagte neodymmagneter.
Afmagnetisering:
Neodymiummagneter bevarer deres effektivitet op til 80°C eller 175°F. Temperaturen, hvor de begynder at miste deres effektivitet, varierer efter kvalitet, form og anvendelse.
Brandfarlig:
Neodymmagneter bør ikke bores eller bearbejdes. Støvet og pulveret produceret ved slibning er brandfarligt.
Korrosion:
Neodymmagneter er færdige med en form for belægning eller belægning for at beskytte dem mod elementerne. De er ikke vandtætte og vil ruste eller korrodere, når de placeres i våde eller fugtige omgivelser.
Standarder og regler for brug af neodymmagneter
Selvom neodymmagneter har et stærkt magnetfelt, er de meget sprøde og kræver særlig håndtering. Adskillige industrielle overvågningsbureauer har udviklet regler vedrørende håndtering, fremstilling og forsendelse af neodymmagneter. En kort beskrivelse af nogle få af reglerne er angivet nedenfor.
Standarder og regler for neodymmagneter
American Society of Mechanical Engineers:
American Society of Mechanical Engineers (ASME) har standarder for løfteanordninger under krogen. Standard B30.20 gælder for installation, inspektion, test, vedligeholdelse og drift af løfteanordninger, som omfatter løftemagneter, hvor operatøren placerer magneten på lasten og styrer lasten. ASME standard BTH-1 anvendes i forbindelse med ASME B30.20.
Fareanalyse og kritiske kontrolpunkter:
Hazard Analysis and Critical Control Points (HACCP) er et internationalt anerkendt forebyggende risikostyringssystem. Den undersøger fødevaresikkerhed fra biologiske, kemiske og fysiske farer ved at kræve identifikation og kontrol af farer på visse punkter i produktionsprocessen. Det tilbyder certificering af udstyr, der bruges på fødevarefaciliteter. HACCP har identificeret og certificeret visse separationsmagneter, der bruges i fødevareindustrien.
Det amerikanske landbrugsministerium:
Magnetisk separationsudstyr er blevet godkendt af United States Department of Agriculture Agricultural Marketing Service som værende i overensstemmelse med to fødevareforarbejdningsprogrammer:
- Gennemgangsprogram for mejeriudstyr
- Gennemgangsprogram for kød- og fjerkræudstyr
Certificeringer er baseret på to standarder eller retningslinjer:
- Sanitært design og fremstilling af mejeriforarbejdningsudstyr
- Sanitært design og fremstilling af kød- og fjerkræbehandlingsudstyr, der opfylder NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014 hygiejnekrav
Begrænsning af brug af farlige stoffer:
Begrænsning af brug af farlige stoffer (RoHS) regler begrænser brugen af bly, cadmium, polybromeret biphenyl (PBB), kviksølv, hexavalent krom og polybromerede diphenylether (PBDE) flammehæmmere i elektronisk udstyr. Da neodymmagneter kan være farlige, har RoHS udviklet standarder for deres håndtering og brug.
International Civil Aviation Organisation:
Magneter er fast besluttet på at være et farligt gode for forsendelser uden for det kontinentale USA til internationale destinationer. Ethvert emballeret materiale, der skal sendes med luft, skal have en magnetisk feltstyrke på 0,002 Gauss eller mere i en afstand af syv fod fra ethvert punkt på pakkens overflade.
Federal Aviation Administration:
Pakker, der indeholder magneter, der sendes med fly, skal testes for at opfylde etablerede standarder. Magnetpakker skal måle mindre end 0,00525 gauss 15 fod fra pakken. Kraftige og stærke magneter skal have en form for afskærmning. Der er adskillige regler og krav, der skal opfyldes for forsendelse af magneter med luft på grund af de potentielle sikkerhedsrisici.
Begrænsning, evaluering, godkendelse af kemikalier:
Restriction, Evaluation and Authorization of Chemicals (REACH) er en international organisation, der er en del af Den Europæiske Union. Den regulerer og udvikler standarder for farlige materialer. Den har flere dokumenter, der specificerer korrekt brug, håndtering og fremstilling af magneter. Meget af litteraturen refererer til brugen af magneter i medicinsk udstyr og elektroniske komponenter.
Konklusion
- Neodym (Nd-Fe-B) magneter, kendt som neo-magneter, er almindelige sjældne jordarters magneter sammensat af neodym (Nd), jern (Fe), bor (B) og overgangsmetaller.
- De to processer, der bruges til at fremstille neodymmagneter, er sintring og binding.
- Neodymmagneter er blevet den mest brugte af de mange varianter af magneter.
- Det magnetiske felt af en neodymmagnet opstår, når et magnetfelt påføres den, og atomdipolerne justeres, hvilket er den magnetiske hysterese-løkke.
- Neodymmagneter kan fremstilles i enhver størrelse, men bevarer deres oprindelige magnetiske styrke.
Indlægstid: Jul-11-2022