En neodymmagnet (Nd-Fe-B).är en vanlig magnet för sällsynta jordartsmetaller som består av neodym (Nd), järn (Fe), bor (B) och övergångsmetaller.De har överlägsen prestanda i applikationer på grund av deras starka magnetfält, som är 1,4 tesla (T), en enhet för magnetisk induktion eller flödestäthet.
Neodymmagneter kategoriseras efter hur de tillverkas, som är sintrade eller bundna.De har blivit den mest använda av magneter sedan de utvecklades 1984.
I sitt naturliga tillstånd är neodym ferromagnetiskt och kan endast magnetiseras vid extremt låga temperaturer.När det kombineras med andra metaller, såsom järn, kan det magnetiseras vid rumstemperatur.
De magnetiska förmågorna hos en neodymmagnet kan ses på bilden till höger.
De två typerna av sällsynta jordartsmetallmagneter är neodym och samariumkobolt.Före upptäckten av neodymmagneter var samariumkoboltmagneter de vanligaste men ersattes av neodymmagneter på grund av kostnaden för tillverkning av samariumkoboltmagneter.
Vilka egenskaper har en neodymmagnet?
Det huvudsakliga kännetecknet för neodymmagneter är hur starka de är för sin storlek.Det magnetiska fältet hos en neodymmagnet uppstår när ett magnetfält appliceras på den och atomdipolerna riktas in, vilket är den magnetiska hysteresloopen.När magnetfältet avlägsnas förblir en del av inriktningen i det magnetiserade neodymet.
Graderna av neodymmagneter indikerar deras magnetiska styrka.Ju högre betyg, desto starkare är magnetens kraft.Siffrorna kommer från deras egenskaper uttryckt som mega gauss Oersteds eller MGOe, vilket är den starkaste punkten i dess BH-kurva.
Betygsskalan "N" börjar vid N30 och går till N52, även om N52-magneter sällan används eller endast används i speciella fall."N"-numret kan följas av två bokstäver, såsom SH, som indikerar magnetens koercitivitet (Hc).Ju högre Hc, desto högre temperatur kan neo-magneten uthärda innan den tappar sin effekt.
Tabellen nedan listar de vanligaste sorterna av neodymmagneter som används för närvarande.
Egenskaperna hos neodymmagneter
Remanens:
När neodym placeras i ett magnetfält, riktas atomdipolerna in.Efter att ha tagits bort från fältet återstår en del av inriktningen och skapar magnetiserat neodym.Remanens är den flödestäthet som finns kvar när det externa fältet återgår från ett värde på mättnad till noll, vilket är restmagnetiseringen.Ju högre remanens, desto högre flödestäthet.Neodymmagneter har en flödestäthet på 1,0 till 1,4 T.
Remanensen hos neodymmagneter varierar beroende på hur de är tillverkade.Sintrade neodymmagneter har ett T på 1,0 till 1,4.Bondade neodymmagneter har 0,6 till 0,7 T.
Tvång:
Efter att neodym har magnetiserats återgår det inte till nollmagnetisering.För att få den tillbaka till noll magnetisering måste den drivas tillbaka av ett fält i motsatt riktning, vilket kallas koercivitet.Denna egenskap hos en magnet är dess förmåga att motstå påverkan av en extern magnetisk kraft utan att avmagnetiseras.Koercitivitet är måttet på intensiteten som behövs från ett magnetfält för att reducera magnetiseringen av en magnet tillbaka till noll eller resistansen hos en magnet som ska avmagnetiseras.
Koercivitet mäts i oersted- eller ampereenheter märkta som Hc.Koercitiviteten hos neodymmagneter beror på hur de tillverkas.Sintrade neodymmagneter har en koercitivitet på 750 Hc till 2000 Hc, medan bundna neodymmagneter har en koercitivitet på 600 Hc till 1200 Hc.
Energiprodukt:
Densiteten för den magnetiska energin kännetecknas av det maximala värdet av flödestätheten gånger magnetfältets styrka, vilket är mängden magnetiskt flöde per ytenhet.Enheterna mäts i tesla för SI-enheter och dess Gauss med symbolen för flödestäthet B. Magnetisk flödestäthet är summan av det externa magnetfältet H och den magnetiska kroppens magnetiska polarisation J i SI-enheter.
Permanentmagneter har ett B-fält i sin kärna och omgivning.Riktningen för B-fältets styrka tillskrivs punkterna inuti och utanför magneten.En kompassnål i ett B-fält av en magnet pekar mot fältriktningen.
Det finns inget enkelt sätt att beräkna flödestätheten för magnetiska former.Det finns datorprogram som kan göra beräkningen.Enkla formler kan användas för mindre komplexa geometrier.
Intensiteten hos ett magnetfält mäts i Gauss eller Teslas och är det vanliga måttet på en magnets styrka, vilket är ett mått på densiteten hos dess magnetiska fält.En gaussmätare används för att mäta en magnets flödestäthet.Fluxtätheten för en neodymmagnet är 6000 Gauss eller mindre eftersom den har en rak linje avmagnetiseringskurva.
Curie temperatur:
Curietemperaturen, eller curiepunkten, är den temperatur vid vilken magnetiska material har en förändring i sina magnetiska egenskaper och blir paramagnetiska.I magnetiska metaller är magnetiska atomer inriktade i samma riktning och förstärker varandras magnetfält.Att höja curietemperaturen förändrar atomernas arrangemang.
Koercitiviteten ökar när temperaturen ökar.Även om neodymmagneter har hög koercitivitet vid rumstemperatur, sjunker den när temperaturen stiger tills den når curie-temperaturen, som kan vara runt 320 ° C eller 608 ° F.
Oavsett hur starka neodymmagneter kan vara, kan extrema temperaturer förändra deras atomer.Långvarig exponering för höga temperaturer kan få dem att helt förlora sina magnetiska egenskaper, vilket börjar vid 80°C eller 176°F.
Hur tillverkas neodymmagneter?
De två processerna som används för att tillverka neodymmagneter är sintring och bindning.Egenskaperna hos de färdiga magneterna varierar beroende på hur de tillverkas med sintring som den bästa av de två metoderna.
Hur neodymmagneter tillverkas
Sintring
-
Smältande:
Neodym, järn och bor mäts upp och placeras i en vakuuminduktionsugn för att bilda en legering.Andra element läggs till för specifika kvaliteter, såsom kobolt, koppar, gadolinium och dysprosium för att hjälpa till med korrosionsbeständighet.Uppvärmning skapas av elektriska virvelströmmar i vakuum för att hålla föroreningar ute.Neolegeringsblandningen är olika för varje tillverkare och klass av neodymmagnet.
-
Pudring:
Den smälta legeringen kyls och formas till göt.Tackorna jetmals i en kväve- och argonatmosfär för att skapa ett pulver i mikronstorlek.Neodymiumpulvret läggs i en behållare för pressning.
-
Brådskande:
Pulvret pressas in i en form som är något större än den önskade formen genom en process som kallas rubbning vid en temperatur av cirka 725°C. Den större formen på formen tillåter krympning under sintringsprocessen.Under pressningen utsätts materialet för ett magnetfält.Den placeras i en andra form för att pressas till en bredare form för att justera magnetiseringen parallellt med pressriktningen.Vissa metoder inkluderar fixturer för att generera magnetfält under pressning för att rikta in partiklarna.
Innan den tryckta magneten släpps får den en avmagnetiseringspuls för att lämna den avmagnetiserad för att skapa en grön magnet, som lätt smulas sönder och har dåliga magnetiska egenskaper.
-
Sintring:
Sintring, eller frittage, komprimerar och bildar den gröna magneten med hjälp av värme under dess smältpunkt för att ge den dess slutliga magnetiska egenskaper.Processen övervakas noggrant i en inert, syrefri atmosfär.Oxider kan förstöra en neodymmagnets prestanda.Det komprimeras vid temperaturer som når 1080°C men under sin smältpunkt för att tvinga partiklarna att fästa vid varandra.
En släckning appliceras för att snabbt kyla magneten och minimera faser, som är varianter av legeringen som har dåliga magnetiska egenskaper.
-
Bearbetning:
Sintrade magneter slipas med diamant- eller trådskärverktyg för att forma dem till rätt toleranser.
-
Plätering och beläggning:
Neodym oxiderar snabbt och är utsatt för korrosion, vilket kan ta bort dess magnetiska egenskaper.Som skydd är de belagda med plast, nickel, koppar, zink, tenn eller andra former av beläggningar.
-
Magnetisering:
Även om magneten har en magnetiseringsriktning är den inte magnetiserad och måste kortvarigt exponeras för ett starkt magnetfält, som är en trådspole som omger magneten.Magnetiseringen involverar kondensatorer och hög spänning för att producera en stark ström.
-
Sista inspektionen:
Digitala mätprojektorer verifierar dimensionerna och röntgenfluorescensteknik verifierar tjockleken på plätering.Beläggningen testas på andra sätt för att säkerställa dess kvalitet och styrka.BH-kurvan testas med en hysteresgraf för att bekräfta full förstoring.
Bindning
Bonding, eller kompressionsbindning, är en formpressningsprocess som använder en blandning av neodympulver och ett epoxibindemedel.Blandningen är 97 % magnetiskt material och 3 % epoxi.
Epoxi- och neodymblandningen komprimeras i en press eller extruderas och härdas i en ugn.Eftersom blandningen pressas in i ett munstycke eller genom extrudering kan magneter formas till komplexa former och konfigurationer.Kompressionsbindningsprocessen producerar magneter med snäva toleranser och kräver inga sekundära operationer.
Kompressionsbundna magneter är isotropa och kan magnetiseras i vilken riktning som helst, vilket inkluderar multipolära konfigurationer.Epoxibindningen gör magneterna starka nog att fräsas eller svarva men inte borras eller gängas.
Radialsintrad
Radiellt orienterade neodymmagneter är de nyaste magneterna på magnetmarknaden.Processen för att producera radiellt inriktade magneter har varit känd i många år men var inte kostnadseffektiv.Den senaste tekniska utvecklingen har effektiviserat tillverkningsprocessen, vilket gör radiellt orienterade magneter lättare att tillverka.
De tre processerna för tillverkning av radiellt inriktade neodymmagneter är anisotropisk tryckformning, varmpressande bakåtsträngsprutning och radiell roterande fältinriktning.
Sintringsprocessen säkerställer att det inte finns några svaga punkter i magnetens struktur.
Den unika kvaliteten hos radiellt inriktade magneter är magnetfältets riktning, som sträcker sig runt magnetens omkrets.Magnetens sydpol är på insidan av ringen, medan nordpolen är på dess omkrets.
Radiellt orienterade neodymmagneter är anisotropa och magnetiseras från insidan av ringen till utsidan.Radiell magnetisering ökar ringens magnetiska kraft och kan formas till flera mönster.
Radiella neodymringmagneter kan användas för synkronmotorer, stegmotorer och borstlösa DC-motorer för bil-, dator-, elektronik- och kommunikationsindustrin.
Tillämpningar av neodymmagneter
Magnetiska separeringstransportörer:
I demonstrationen nedan är transportbandet täckt med neodymmagneter.Magneterna är arrangerade med alternerande poler utåt vilket ger dem ett starkt magnetiskt grepp.Saker som inte attraheras av magneterna faller bort, medan det ferromagnetiska materialet tappas i en uppsamlingsbehållare.
Hårddiskar:
Hårddiskar har spår och sektorer med magnetiska celler.Cellerna magnetiseras när data skrivs till enheten.
Elgitarr pickuper:
En elgitarr pickup känner av de vibrerande strängarna och omvandlar signalen till en svag elektrisk ström för att skicka till en förstärkare och högtalare.Elgitarrer är till skillnad från akustiska gitarrer som förstärker sitt ljud i den ihåliga lådan under strängarna.Elektriska gitarrer kan vara massivt metall eller trä med deras ljud förstärkt elektroniskt.
Vattenbehandling:
Neodymmagneter används vid vattenbehandling för att minska avlagringar från hårt vatten.Hårt vatten har ett högt mineralinnehåll av kalcium och magnesium.Med magnetisk vattenbehandling passerar vatten genom ett magnetfält för att fånga upp skalning.Tekniken har inte helt accepterats som effektiv.Det har varit uppmuntrande resultat.
Reed Switchar:
En reed-brytare är en elektrisk strömbrytare som drivs av ett magnetfält.De har två kontakter och metallrör i ett glaskuvert.Omkopplarens kontakter är öppna tills de aktiveras av en magnet.
Reed-brytare används i mekaniska system som närhetssensorer i dörrar och fönster för inbrottslarmsystem och sabotagesäkring.I bärbara datorer sätter reed switchar den bärbara datorn i viloläge när locket är stängt.Pedaltangentbord för piporglar använder reed-omkopplare som finns i ett glashölje för kontakterna för att skydda dem från smuts, damm och skräp.
Symagneter:
Neodymiumsömnadsmagneter används för magnetiska spännen på plånböcker, kläder och pärmar eller pärmar.Symagneter säljs i par där en magnet är a+ och den andra a-.
Tandprotesmagneter:
Tandproteser kan hållas på plats med magneter inbäddade i en patients käke.Magneterna skyddas mot korrosion från saliv genom plätering av rostfritt stål.Keramisk titannitrid appliceras för att undvika nötning och minska exponeringen för nickel.
Magnetiska dörrstoppar:
Magnetiska dörrstopp är ett mekaniskt stopp som håller en dörr öppen.Dörren öppnas, rör vid en magnet och förblir öppen tills dörren dras av magneten.
Smyckeslås:
Magnetiska smyckeslås kommer med två halvor och säljs som ett par.Halvorna har en magnet i ett hus av icke-magnetiskt material.En metallögla på änden fäster kedjan av ett armband eller halsband.Magnethusen passar inuti varandra och förhindrar sid-till-sida- eller skjuvrörelse mellan magneterna för att ge ett stadigt grepp.
Högtalare:
Högtalare omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi eller rörelse.Den mekaniska energin komprimerar luft och omvandlar rörelse till ljudenergi eller ljudtrycksnivå.En elektrisk ström, som skickas genom en trådspole, skapar ett magnetfält i en magnet som är fäst vid högtalaren.Talspolen attraheras och stöts bort av permanentmagneten som gör att konen, som talspolen är fäst vid, rör sig fram och tillbaka.Konens rörelse skapar tryckvågor som hörs som ljud.
Låsningsfria bromssensorer:
I låsningsfria bromsar är neodymmagneter inlindade i kopparspolar i bromsens sensorer.Ett låsningsfritt bromssystem kontrollerar hastighetshjulens acceleration och avacceleration genom att reglera linjetrycket som appliceras på bromsen.Styrsignalerna, som genereras av styrenheten och appliceras på bromstrycksmoduleringsenheten, tas från hjulhastighetssensorer.
Tänderna på sensorringen roterar förbi den magnetiska sensorn, vilket orsakar en omkastning av polariteten hos magnetfältet som skickar en frekvenssignal till axelns vinkelhastighet.Differentieringen av signalen är accelerationen av hjulen.
Överväganden om neodymmagneter
Som de mest kraftfulla och starkaste magneterna på jorden kan neodymmagneter ha skadliga negativa effekter.Det är viktigt att de hanteras på rätt sätt med hänsyn till den skada de kan orsaka.Nedan finns beskrivningar av några av de negativa effekterna av neodymmagneter.
Negativa effekter av neodymmagneter
Kroppsskada:
Neodymmagneter kan hoppa ihop och klämma huden eller orsaka allvarliga skador.De kan hoppa eller smälla ihop från flera tum till flera fot från varandra.Om ett finger är i vägen kan det gå sönder eller skadas allvarligt.Neodymmagneter är mer kraftfulla än andra typer av magneter.Den otroligt kraftfulla kraften mellan dem kan ofta vara överraskande.
Magnetbrott:
Neodymmagneter är spröda och kan flagna, spricka, spricka eller splittras om de smäller ihop, vilket får små vassa metallbitar att flyga i hög hastighet.Neodymmagneter är gjorda av ett hårt, sprött material.Trots att de är gjorda av metall och har ett glänsande metalliskt utseende är de inte hållbara.Ögonskydd ska användas när du hanterar dem.
Håll borta från barn:
Neodymmagneter är inga leksaker.Barn ska inte få hantera dem.Små kan utgöra en kvävningsrisk.Om flera magneter sväljs, fäster de vid varandra genom tarmväggarna, vilket kommer att orsaka allvarliga hälsoproblem, vilket kräver omedelbar akut operation.
Fara för pacemakers:
En fältstyrka på tio gauss nära en pacemaker eller defibrillator kan interagera med den implanterade enheten.Neodymmagneter skapar starka magnetfält, som kan störa pacemakers, ICD:er och implanterade medicinska apparater.Många implanterade enheter inaktiveras när de är nära ett magnetfält.
Magnetiska media:
De starka magnetfälten från neodymmagneter kan skada magnetiska medier som disketter, kreditkort, magnetiska ID-kort, kassettband, videoband, skada äldre tv-apparater, videobandspelare, datorskärmar och CRT-skärmar.De bör inte placeras nära elektroniska apparater.
GPS och smartphones:
Magnetiska fält stör kompasser eller magnetometrar och interna kompasser i smartphones och GPS-enheter.International Air Transport Association och amerikanska federala regler och föreskrifter täcker frakt av magneter.
Nickelallergi:
Om du har en nickelallergi, misstar immunförsvaret nickel som en farlig inkräktare och producerar kemikalier för att bekämpa det.En allergisk reaktion mot nickel är rodnad och hudutslag.Nickelallergier är vanligare hos kvinnor och flickor.Ungefär 36 procent av kvinnorna, under 18 år, har nickelallergi.Sättet att undvika nickelallergi är att undvika nickelbelagda neodymmagneter.
Avmagnetisering:
Neodymiummagneter behåller sin effektivitet upp till 80°C eller 175°F. Temperaturen då de börjar förlora sin effektivitet varierar beroende på kvalitet, form och tillämpning.
Brandfarlig:
Neodymmagneter ska inte borras eller bearbetas.Dammet och pulvret som produceras vid slipning är brandfarligt.
Korrosion:
Neodymiummagneter är färdiga med någon form av beläggning eller plätering för att skydda dem från väder och vind.De är inte vattentäta och kommer att rosta eller korrodera när de placeras i våta eller fuktiga miljöer.
Standarder och föreskrifter för användning av neodymmagneter
Även om neodymmagneter har ett starkt magnetfält, är de mycket spröda och kräver speciell hantering.Flera industriella övervakningsmyndigheter har utvecklat regler för hantering, tillverkning och frakt av neodymmagneter.Nedan följer en kort beskrivning av några av reglerna.
Standarder och föreskrifter för neodymmagneter
American Society of Mechanical Engineers:
American Society of Mechanical Engineers (ASME) har standarder för lyftanordningar under kroken.Standard B30.20 gäller för installation, inspektion, provning, underhåll och drift av lyftanordningar, vilket inkluderar lyftmagneter där operatören placerar magneten på lasten och styr lasten.ASME-standard BTH-1 tillämpas tillsammans med ASME B30.20.
Faroanalys och kritiska kontrollpunkter:
Hazard Analysis and Critical Control Points (HACCP) är ett internationellt erkänt förebyggande riskhanteringssystem.Den undersöker livsmedelssäkerhet från biologiska, kemiska och fysiska faror genom att kräva identifiering och kontroll av faror vid vissa punkter i produktionsprocessen.Den erbjuder certifiering för utrustning som används på livsmedelsanläggningar.HACCP har identifierat och certifierat vissa separationsmagneter som används inom livsmedelsindustrin.
United States Department of Agriculture:
Magnetisk separationsutrustning har godkänts av United States Department of Agriculture Agricultural Marketing Service som överensstämmer för användning med två livsmedelsbearbetningsprogram:
- Program för granskning av mejeriutrustning
- Program för granskning av kött och fjäderfäutrustning
Certifieringar baseras på två standarder eller riktlinjer:
- Sanitär design och tillverkning av mejeribearbetningsutrustning
- Sanitär design och tillverkning av utrustning för bearbetning av kött och fjäderfä som uppfyller NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014 Hygienkrav
Begränsning av användning av farliga ämnen:
Regler för användning av farliga ämnen (RoHS) begränsar användningen av bly, kadmium, polybromerad bifenyl (PBB), kvicksilver, sexvärt krom och flamskyddsmedel av polybromerad difenyleter (PBDE) i elektronisk utrustning.Eftersom neodymmagneter kan vara farliga har RoHS utvecklat standarder för deras hantering och användning.
Internationella civila luftfartsorganisationen:
Magneter är fast beslutna att vara en farlig vara för transporter utanför det kontinentala USA till internationella destinationer.Allt förpackat material som ska transporteras med flyg måste ha en magnetisk fältstyrka på 0,002 Gauss eller mer på ett avstånd av sju fot från vilken punkt som helst på förpackningens yta.
Federal Aviation Administration:
Förpackningar som innehåller magneter som skickas med flyg måste testas för att uppfylla etablerade standarder.Magnetpaket måste mäta mindre än 0,00525 gauss på 15 fot från förpackningen.Kraftfulla och starka magneter måste ha någon form av skärmning.Det finns många bestämmelser och krav som ska uppfyllas för att frakta magneter med flyg på grund av de potentiella säkerhetsriskerna.
Begränsning, utvärdering, godkännande av kemikalier:
Restriction, Evaluation, and Authorization of Chemicals (REACH) är en internationell organisation som är en del av Europeiska unionen.Den reglerar och utvecklar standarder för farliga material.Den har flera dokument som anger korrekt användning, hantering och tillverkning av magneter.Mycket av litteraturen hänvisar till användningen av magneter i medicintekniska produkter och elektroniska komponenter.
Slutsats
- Neodymium (Nd-Fe-B) magneter, kända som neomagneter, är vanliga sällsynta jordartsmetallmagneter som består av neodym (Nd), järn (Fe), bor (B) och övergångsmetaller.
- De två processerna som används för att tillverka neodymmagneter är sintring och bindning.
- Neodymmagneter har blivit den mest använda av de många varianterna av magneter.
- Det magnetiska fältet hos en neodymmagnet uppstår när ett magnetfält appliceras på den och atomdipolerna riktas in, vilket är den magnetiska hysteresloopen.
- Neodymmagneter kan tillverkas i alla storlekar men behåller sin ursprungliga magnetiska styrka.
Posttid: 2022-07-11