Постоянный магнит, в отличие от электрического аналога, характеризуется постоянным присутствием магнитного поля, для его генерации не требуется электроток. Материалы, обладающие таким свойством, встречаются в природе, например, человечество уже многие столетия использует магнетит, магнитный железняк, благодаря которому стало возможным изобретение компаса, давшему начало эпохе великих географических открытий.
Современная технология производства постоянных магнитов шагнула далеко вперед, для этого используются особые сплавы, технологичные материалы, благодаря которым достигается компактность деталей при максимальной выраженности магнитной энергии. Каковы особенности постоянных магнитов? Какие разновидности являются наиболее распространенными и востребованными? Где они используются?
Принцип работы
Принцип действия постоянного магнита объясняется особенностями его атомной структуры. Любой ферромагнитный материал формирует магнитное поле за счет электронов, в окружении которых находятся ядра атомов. Комплексы атомов ориентированы по одному направлению и образуют магнитные домены. Для каждого домена характерно наличие пары полюсов, южного и северного. Без предварительного намагничивания магнитные поля материала нивелируют друг друга, их направление не имеет четкой ориентации.
Изготовление постоянного магнита построено на интенсивном нагреве ферромагнитного материала и воздействии на него магнитного поля высокой мощности. Такая комбинация позволяет задать четкое направление разрозненных магнитных доменов, а для окончательной стабилизации применяется резкое охлаждение.
Базовые свойства
Для постоянного магнита характерно следующее:
- Присутствие пары противоположных полюсов.
- Склонность полюсов с различными зарядами к притяжению, идентичными – к отталкиванию.
- Способность формируемой магнитной силы проходить сквозь препятствия, преграды, физические объекты. Например, противоположные полюса легко соединятся через ткань, лист картона или пластика.
Основные параметры
Важнейшие характеристики постоянных магнитов выглядят следующим образом:
- Магнитная сила (Br).
- Сопротивление размагничиванию. Чем выше этот показатель, тем в более жестких условиях может использоваться постоянный магнит.
- Температуры, воздействие которых приводит к тому, что элемент лишается изначальной магнитной силы. Утрата может быть как полной, так и допускающей восстановительный процесс.
Характеристики обязательно нужно учитывать при подборе деталей, в особенности, если эксплуатация будет сопряжена с воздействием экстремально высоких или низких температур. Каждый материал по-своему выдерживает подобного рода нагрузки.
Постоянный магнит высокого качества должен формировать мощное магнитное поле, противостоять внешним электромагнитным полям, высоким и низким температурам, не допуская его потери.
Альнико
Как уже было сказано, при изготовлении постоянных магнитов возможно использование различных сплавов. У каждой комбинации металлов – свои уникальные особенности, сильные и слабые стороны, которые обязательно нужно принимать во внимание при подборе.
Альнико – это сплав алюминия, никеля и кобальта. Такое сочетание оказалось не слишком дорогим, при этом вполне эффективным. Для улучшения характеристик детали допускается добавление определенных долей титана или меди. Главное достоинство этих магнитов, помимо невысокой цены – способность сохранять магнитную силу при высокотемпературной нагрузке.
Основные области эксплуатации таковы:
- электромоторы;
- оборудование для оснащения воздушного транспорта, космических модулей;
- микрофоны, звукозаписывающая техника;
- военные машины.
При необходимости получить деталь с максимальной магнитной энергией, необходимо ориентироваться на изделия, где процентная доля кобальта доходит до 40 процентов.
Ферриты
Эти магниты также называются “керамическими”, что объясняется комбинацией материалов, используемых в изготовлении. 10% от общей массы приходится на карбонат стронция, а оставшаяся масса – на оксид железа. Стоимость сырья минимальна, минералы широко распространены в природе.
Ферриты отлично подходят для комплектации различной бытовой техники, в том числе работающей под нагревом, элементы выдерживают даже 250-градусное воздействие без изменения базовых параметров. Обнаружить такие магниты можно в следующих устройствах:
- акустические системы, от компактных до наиболее мощных;
- электромоторы;
- подъемное магнитное оборудование;
- тормозные системы.
Основной недостаток ферритов, как и у любой другой керамики – хрупкость. Их необходимо беречь от ударных точечных воздействий.
SmCo
Основой для изготовления таких магнитов являются редкоземельные металлы, самарий и кобальт. Их основная область применения – системы, подверженные значительным термическим нагрузкам, предполагающие постоянный продолжительный контакт с влагой, например, насосы, холодильники, энергетические турбины. Даже при падении температуры ниже отметки абсолютного нуля эти детали продолжают сохранять начальную силу магнитного поля.
Негативный момент – высокая цена. Редкоземельные металлы потому и называются таковыми, что встречаются в природе нечасто, из-за чего увеличивается их рыночная стоимость.
Увеличивает стоимость и сложная технология изготовления магнитов, предполагающая плавление исходных металлов, их резкое охлаждение для формирования однородного слитка, его измельчение и дальнейшее спекание термическим воздействием свыше 1200 градусов, либо связывание механических частиц при помощи эпоксидной смолы.
Неодимовые
Разработка неодимовых магнитов стала настоящей технической революцией. При минимальных габаритах они характеризуются невероятной магнитной силой. Исходные компоненты – бор, железо и неодим. Такие детали широко используются при сборке современных электронных приборов, вплоть до наиболее технологичного медицинского оборудования, к которому предъявляются особо жесткие требования.
Чаще всего неодимовые магниты удается встретить в следующих устройствах:
- HDD, компьютерные магнитные накопители.
- Миниатюрные приводы, например, те, что используются в часах.
- Звукозаписывающая техника и различное акустическое оборудование, от миниатюрных наушников, ЦАП и петличных микрофонов до мощных колонок.
- Медицинское диагностическое оборудование, системы МРТ.
- Автомобильные тормозные системы, датчики антиблокировочных систем.
- Подъемная техника, производственная, использующаяся на складах, портовых, железнодорожных терминалах.
Большое содержание железа приводит к тому, что неодимовые элементы уязвимы для влажной среды, на поверхности быстро образуется ржавчина, из-за чего их свойства резко ухудшаются. Компенсировать эту негативную особенность удается внешней обработкой, покрытиями на основе нержавейки, полимеров, каучука. При нанесении тонким слоем они не сказываются на мощности магнитного поля.
Полимерные
Их основа – технологичный эластомер или полимер, перемешенный с частичками магнитного материала очень мелкой фракции. Такая комбинация обеспечивает им два важных свойства – гибкость и способность выдержать значительные ударные, вибрационные воздействия. Полимерные постоянные магниты применяются в ситуациях, когда невозможно использовать стандартную, полностью металлическую альтернативу. Например, они востребованы при изготовлении различных предметов декора, информационных панелей, игрушек.