Неодимијумски магнети су врста трајних магнета направљених од легура неодимијума, гвожђа и бора. Имају изузетно јако магнетно поље које је много јаче од других материјала који се обично користе у производњи трајних магнета. Због ове снаге, могу се користити за широк спектар примена укључујући моторе, генераторе, звучнике, МРИ машине и још много тога.
Процес производње неодимијумских магнета укључује неколико корака. Прво, сировине се загревају на високу температуру како би се формирала легура са жељеним магнетним својствима. Ова легура се затим брзо хлади да би јој се дала својства задржавања облика. Затим се овај материјал обликује у магнетне облике помоћу штанцања или машинске обраде. Коначно, готови магнети се магнетизују излагањем јаком магнетном пољу.
Када се процес производње заврши, неодимијумски магнети се могу користити на различите начине, укључујући и као алтернативу скупљим и енергетски интензивним електромагнетима. Поред тога, могу се користити и за стварање моћних статора за моторе, генераторе и друге апликације које захтевају јака, поуздана магнетна поља. Неодимијумски магнети се такође све више користе у потрошачкој електроници и уређајима због своје снаге и издржљивости.
Како се праве неодимијумски магнети?
Неодимијумски магнети су данас најпознатији материјал за перманентни магнет ретких земаља нашег доба. Неодимијумски магнети се класификују према производним процесима на: синтеровани неодимијум магнети, везивни неодимијум магнети и хладно пресовани неодимијум магнети. Сви облици се магнетски разликују од једне до друге, тако да је преклапајући обим примене минималан иу контексту комплементарних односа. Многи магнетисти се питају о пореклу и производњи неодимијумских магнета. Синтеровани неодимијумски магнет је традиционална метода производње магнетног праха/металуршке производње и заузима монополистички удео на тржишту.
Историја развоја перманентних магнета
Доступни су разни детаљни прегледи који детаљно описују развој магнета ретких земаља (РЕ) и параметре који одређују њихову принуду. Слика 3 показује историју трајних магнета ретких земаља, на основу њихових (БХмак.10),7,8 и. Најважнији развој комерцијалних материјала тврдог магнетизма и напредак у БХмак-у дешавају се тек током 20. века. Откако је Нд-Фе-Б лансиран раних 80-их, прошло је скоро 38 година откако су Нд-Фе-Б магнети постали стварност.
Развој у коришћењу јаких магнета, познатих као материјали са трајним магнетима, датира вековима уназад. Верује се да је прва практична примена трајног магнета била 1823. године када је Вилијам Стерџон развио електромагнет са језгром направљеним од гвожђа и кобалта. Овај проналазак је омогућио производњу већих и снажнијих магнета од онога што је раније било могуће. Крајем 1800-их, научници су почели да експериментишу са материјалима са трајним магнетима направљеним од различитих метала и легура.
Развој алника (легура сачињена од алуминијума, никла, кобалта и гвожђа) 1931. године био је велики корак напред у стварању јачих трајних магнета. Ови моћни магнети су револуционирали многе индустрије, укључујући производњу аутомобила и електронику. Данас постоји велики избор трајних магнета, направљених од материјала као што су ферит, неодимијум и самаријум-кобалт. Ови нови развоји су омогућили већу прецизност и тачност у апликацијама које захтевају изузетно јака магнетна поља. Трајни магнети су и даље покретачка снага многих технолошких напретка данас.
Кораци обраде неодимијумског магнета
Неодимијумски магнети се праве загревањем у вакууму различитих метала ретких земаља и металних честица које се користе као сировине у пећи. Процес производње неодимијумског магнета има неколико важних фаза производње. Сви кораци су веома важни и сви кораци су неопходни делови веома финије операције. Ово је велики корак. Елементи ретких земаља се често налазе поред других корисних метала, укључујући племените метале и значајне количине основних метала као што су бакар и никл, који захтевају бројне радње у процесу. Тешко је издвојити ретке земље јер оне често имају идентична својства и рафинишу их до тачке у којој је пречишћавање изазовно.
1. Припрема сировина
Први корак у преради неодимијум магнета је припрема сировина. Неодимијум, гвожђе и бор се добијају у облику легираних прахова високе чистоће. Неодимијумски магнети (познати и као нео магнети, неодимијумски гвожђе-бор магнети, нео или магнети ретких земаља) се обично производе металуршким поступком у праху. Додатни елементи, познати као допанти, могу бити укључени да би се побољшала специфична магнетна својства. Пошто се магнетни материјал припрема поступком металургије праха и другим процесима, значајна количина вредности је додата деловима до тренутка када дођу до процеса обраде и брушења. Чистоћа или сировина и стабилност хемијског састава су темељ квалитета производа.
2. Мешање и мешање
Следећа фаза укључује темељно мешање и мешање сировог праха. Овај процес обезбеђује хомогену расподелу саставних елемената и постизање прецизних односа хемијског састава. Користе се напредне технике мешања, као што је млевење куглицама или млевење на хабање, да би се омогућила униформна мешавина.
Корак мешања и мешања укључује следеће процесе:
а. Избор пудера:
Пудери неодимијума, гвожђа и бора високе чистоће пажљиво су одабрани како би испунили захтевани састав и стандарде квалитета. Ови прахови су типично у облику финих честица праха, обезбеђујући велику површину за ефикасно мешање.
б. Вагање и мерење:
Прецизно вагање и мерење сировог праха је кључно за постизање жељеног хемијског састава феритних магнета. Тачни односи неодимијума, гвожђа и бора одређују се на основу жељених магнетних особина коначног магнета.
ц. Технике мешања:
Користе се различите технике мешања да би се обезбедила уједначена мешавина прахова. Најчешће методе укључују:
3. Збијање
Када се прашкови добро измешају, долази до збијања. Технике сабијања под високим притиском, као што су хладно изостатичко пресовање или пресовање помоћу калупа, користе се за формирање зелених компактова. Ови компакти имају почетни облик и густину потребне за накнадну обраду.
Постоје две уобичајене технике које се користе за сабијање у производњи неодимијумских магнета:
а. Хладно изостатичко пресовање (ЦИП):
Код хладног изостатичког пресовања, познатог и као изостатичко пресовање или хладно пресовање, мешани прах се ставља у флексибилни калуп, обично направљен од гуме или еластомерног материјала. Калуп се затим урања у течност под притиском, обично воду или уље. Уједначени притисак се примењује из свих праваца, обезбеђујући да се честице праха сабијеју једнолично и у свим димензијама. Ово резултира зеленим компактима високе густине и минималне порозности.
б. Пресовање умри:
Прешање у калупу, такође познато као једноосно пресовање, укључује стављање мешаних прахова у чврсту шупљину калупа. Прахови се затим сабијају помоћу бушилице или рам који примењује високи притисак у једном правцу. Примењени притисак консолидује прахове, што резултира зеленим компактима који одговарају облику шупљине матрице. Прешање помоћу калупа омогућава формирање магнета сложене геометрије и прецизних димензија.
4. Синтеровање
Синтеровање је критичан корак у обради неодимијумских магнета. Било који премаз или превлака се мора нанети на синтеровани магнет пре него што се засити (напуни). Висока топлота може демагнетисати магнет, а магнетно поље може пореметити процес галванизације. Зелени компакти су подвргнути повишеним температурама у пећи са контролисаном атмосфером. Током синтеровања, прашкови се спајају, што резултира густом и механички снажном магнетном структуром. Процес омогућава раст честица и формирање магнетних домена, кључних за постизање жељених магнетних својстава.
Постоје три различите методе које се користе за пресовање синтерованих НдФеБ магнета, од којих свака даје мало другачији крајњи производ. Уобичајене методе су аксијално, попречно и изостатичко пресовање. За синтероване НдФеБ магнете постоји широко призната међународна класификација. Њихове вредности се крећу од Н28 до Н55. Температура синтеровања неодимијумског магнета се обично креће од 1050 до 1180 степени Целзијуса. Прво слово Н испред вредности је скраћеница за неодимијум, што значи синтероване НдФеБ магнете.
5. Обрада и обликовање
Након синтеровања, неодимијумски магнетни блокови се подвргавају прецизној машинској обради и обликовању. За постизање жељених димензија и геометрије користе се технике као што су брушење, сечење и сечење жице. Пажња се поклања одржавању магнетног поравнања легуре неодимијум магнета током процеса обраде.
Процес обраде и обликовања обично укључује следеће технике:
а. Брушење: Брушење је уобичајена техника обраде која се користи за обликовање неодимијумских магнета. За уклањање материјала са површине магнета и стварање прецизних димензија и равности користе се специјализоване машине за брушење опремљене абразивним точковима или тракама. Процес брушења може укључивати и грубо брушење ради уклањања вишка материјала и фино брушење како би се постигла жељена завршна обрада површине.
б. Сечење: Технике сечења, као што су тестерисање или сечење жице, користе се за одвајање блокова неодимијумског магнета на мање делове или за стварање специфичних облика. Често се користе оштрице или жица обложене дијамантом због тврдоће неодимијумских магнета. Процес сечења захтева прецизност како би се осигурале тачне димензије и смањио губитак материјала.
ц. ЦНЦ обрада: компјутерска нумеричка контрола (ЦНЦ) обрада је високо прецизна и аутоматизована техника обраде која се обично користи за обликовање неодимијумских магнета. ЦНЦ машине прате унапред програмирана упутства за прецизно уклањање материјала са магнета, омогућавајући сложене облике и чврсте толеранције. ЦНЦ обрада се може изводити операцијама глодања, стругања или бушења, у зависности од жељене геометрије магнета.
д. Вире ЕДМ (Елецтрицал Дисцхарге Мацхининг): Вире ЕДМ је специјализована техника обраде која користи танку електрично проводљиву жицу за обликовање неодимијумског магнета. Жица се води дуж програмиране путање, а електрична пражњења се користе за еродирање материјала, стварајући замршене облике и карактеристике. Жичани ЕДМ се често користи за сечење малих или сложених делова са високом прецизношћу.
е. Лаппинг и полирање: Технике преливања и полирања се користе за постизање глатких површина и прецизних димензија на неодимијумским магнетима. Лаппинг укључује употребу абразивних једињења и ротирајућих плоча за уклањање танког слоја материјала, побољшавајући равност и завршну обраду површине. Полирање се затим изводи финим абразивима или дијамантским пастама како би се додатно побољшала површина и створила завршна обрада попут огледала.
6. Површинска обрада
Да би се неодимијумски магнети заштитили од корозије и побољшали њихову издржљивост, врши се површинска обрада. Уобичајени површински третмани укључују премазивање никлом, цинком или заштитном епоксидном смолом. Ови премази пружају баријеру против фактора околине и осигуравају дугорочне перформансе магнета. Премаз спрејом је погоднији за мање магнете и топлотна обрада се не препоручује за корозивна окружења.
Никл (Ни): Превлака од никла пружа одличну отпорност на корозију и широко се користи у многим апликацијама. Формира танак, глатки слој на површини магнета, штитећи га од влаге и оксидације.
Цинк (Зн): Премаз цинка, опште познат као галванизација, је још један популаран избор за површинску обраду. Пружа добру отпорност на корозију и може се применити галванизацијом или методама топлог цинковања.
Епоксидна смола: Премази од епоксидне смоле се користе да обезбеде заштитну баријеру против влаге, хемикалија и механичког стреса. Смола се обично наноси као течност или прах, а затим очвршћава да би се формирао издржљив и заштитни слој.
7. Магнетизација
Магнетизација је последњи корак обраде и кључна је за активирање магнетних својстава магнета. Неодимијумски магнети су изложени јаким магнетним пољима у уређајима за магнетизирање. Овај процес поравнава магнетне домене унутар магнета, што резултира њиховом карактеристичном високом магнетном снагом.
Процес магнетизације обично укључује следеће технике:
а. Магнетизирајућа тела:
Уређаји за магнетизирање су специјализована опрема која се користи за стварање јаких магнетних поља за магнетизацију. Ови уређаји се састоје од намотаја или скупа намотаја који производе контролисано и концентрисано магнетно поље. Облик и конфигурација уређаја су дизајнирани да прилагоде специфичну геометрију неодимијумских магнета.
б. Технике магнетизирања:
Постоје различите технике које се користе за магнетизацију, у зависности од жељеног обрасца магнетизације и облика магнета и дистрибуције величине честица. Неке уобичајене технике укључују:
Импулсна магнетизација: У импулсној магнетизацији, магнетно поље високог интензитета се примењује на магнет у кратким импулсима. Магнет се поставља унутар уређаја за магнетизирање, а кроз калем се пропушта велика струја, стварајући јако магнетно поље. Овај брзи импулс магнетне енергије поравнава магнетне домене унутар магнета, што резултира његовом магнетизацијом.
Вишеполна магнетизација: Вишеполна магнетизација укључује употребу вишеструких уређаја за магнетизирање са наизменичним половима. Магнет је узастопно изложен различитим половима, што помаже у постизању уједначеније и контролисане магнетизације у целој својој запремини.
Радијална магнетизација: Радијална магнетизација се користи за цилиндричне или прстенасте неодимијумске магнете. Уређај за магнетизирање је дизајниран са радијалним шаблоном магнетног поља, осигуравајући да је магнетизација поравната дуж обима магнета.
ц. Контрола квалитета:
Током процеса магнетизације примењују се мере контроле квалитета како би се осигурало да магнети испуњавају жељена магнетна својства и спецификације перформанси. Технике испитивања без разарања, као што су мерење густине магнетног флукса или мапирање магнетног поља, могу се користити за верификацију нивоа магнетизације и униформности на површини магнета.
Разлике у саставу и обради НдФеБ
НдФеБ магнети имају различите композиционе и процесне разлике које такође могу утицати на њихове магнетне перформансе. Једна од главних разлика је у спољној јачини магнетног поља. Везани магнети се обично праве од слабијих материјала, али и даље производе јако спољашње магнетно поље када су изложени високим температурама или другим спољним факторима. То их чини идеалним за апликације које захтевају висок ниво отпорности на магнетизацију.
Још једна разлика између НдФеБ магнета је њихова механичка својства. Везани магнети имају већу отпорност на корозију и мање су подложни хабању у поређењу са другим магнетним материјалима. Ово им помаже да одрже перформансе чак иу тешким окружењима, што их чини идеалним за употребу у индустријским апликацијама као што су мотори или генератори.
Коначно, НдФеБ магнети се такође разликују од магнетних материјала у погледу својих магнетних својстава. У зависности од специфичног састава и техника обраде, НдФеБ магнети могу имати већу коерцитивност и енергетске производе од других магнетних материјала. Ово их чини посебно корисним за апликације које захтевају високе интензитете магнетног поља или где је губитак ниског поља важан.
Све у свему, ове разлике у саставу и обради значе да НдФеБ магнети нуде јединствене предности у поређењу са другим магнетним материјалима. Они су невероватно разноврсни и могу се користити у широком спектру апликација, што их чини популарним избором за произвођаче широм света.
У закључку, неодимијумски магнети представљају пример невероватних могућности које се могу постићи комбинацијом напредних материјала и прецизних производних процеса. Њихова магнетна снага и свестраност чине их незаменљивим у модерној технологији, обликујући наш свет и водећи нас ка будућности иновација и напретка.
