Неодимовый магнит представляет собой наиболее мощный тип постоянных магнитов, доступных на современном рынке. Его химический состав описывается формулой Nd2Fe14В. Данный вид магнитов характеризуется исключительно высокой плотностью магнитной энергии — до 512 кДж/м3. С 1986 года неодимовые магниты начали вытеснять ранее лидировавшие самарий-кобальтовые (SmCo) аналоги, несмотря на более низкую температуру Кюри, благодаря значительно меньшей себестоимости производства.
История неодимовых магнитов
Эпоха расцвета электронной промышленности, начавшаяся в 1990-х годах, способствовала широкому распространению неодимовых магнитов. Их уникальные свойства продолжают удивлять специалистов — масса груза, поднимаемого таким магнитом, может в тысячи раз превышать его собственный вес.
История создания неодимового магнита берет начало в 1982 году. Японская компания Sumitomo Special Metals в сотрудничестве с американской General Motors, занимаясь поиском экономически выгодной альтернативы дорогостоящим самарий-кобальтовым магнитам, разработала соединение неодим-железо-бор. В 1985 году General Motors получила патент на это изобретение. Год спустя была основана компания Magnequench, специализировавшаяся на производстве неодимовых магнитов и реализации сырья для их изготовления.
В дальнейшем Magnequench вошла в состав американской корпорации Molycorp, а Sumitomo стала частью японской Hitachi Corporation. На сегодняшний день Hitachi владеет более чем 600 патентами, связанными с технологией производства неодимовых магнитов методом спекания, и предоставляет лицензии производителям по всему миру.
В настоящее время лидирующие позиции в производстве неодимовых магнитов занимает Китай, контролирующий значительную часть мировых запасов редкоземельных руд. Ежегодный объем производства неодимовых магнитов в Китае достигает 50000 тонн. При этом в одной тонне исходной руды содержится около 700 кг железа и не более 450 грамм неодима.
Производство неодимовых магнитов
При производстве неодимовых магнитов используется порошковая технология, позволяющая создавать три типа изделий: прессованные магниты, литые магнитопласты и спеченные магнитопласты.
Технологический процесс начинается с выплавки магнитного материала. Исходные компоненты — железо, неодим и бор — подвергаются сплавлению в индукционной печи. Полученный сплав измельчается до состояния порошка, который используется на последующих этапах производства.
Магнитные характеристики
Магнитные характеристики конечного продукта могут варьироваться в зависимости от микроструктуры исходных элементов. Чаще всего применяется непосредственно соединение Nd2Fe14В, обеспечивающее максимальную магнитокристаллическую одноосную анизотропию. Однако в некоторых случаях возможно использование более сложных химических соединений.
Типы неодимовых магнитов
Спеченные магнитопласты
Спеченные магнитопласты изготавливаются посредством прессования порошка неодим-железо-бор с последующим спеканием в инертной или вакуумной среде. Завершающим этапом является шлифовка на станке для придания необходимой формы. В процессе прессования порошок подвергается воздействию магнитного поля заданной интенсивности и направления, что определяет намагниченность готового изделия.
Литые магнитопласты
Литые магнитопласты создаются путем смешивания полимеров с порошком неодим-железо-бор. Полученная смесь выдавливается в форму, что позволяет создавать изделия различной конфигурации. Однако энергетические характеристики такого продукта ограничены значением 5 МГсЭ.
Прессованные магнитопласты
Технология производства прессованных магнитопластов включает смешивание исходного порошка неодим-железо-бор с полимером, прессование полученной смеси в форму, термическую обработку и намагничивание. Этот метод не требует дополнительной обработки изделий. Энергетический потенциал прессованных магнитопластов ограничен показателем 10 МГсЭ.
Технические характеристики и отличительные особенности
Неодимовые магниты характеризуются рядом уникальных свойств:
- Максимальная удельная магнитная энергия
- Высокая устойчивость к коррозии
- Потеря лишь 1% намагниченности за десятилетие
- Максимальная коэрцитивная сила
- Низкая температура Кюри (см. таблицу выше)
- Возможность изготовления в любых размерах и формах
- Максимальная остаточная намагниченность
Классификация неодимовых магнитов осуществляется по следующей системе маркировки:
- 30UH-35UH
- 30SH-42SH
- 33M-48M
- 28EH-35EH
- N35-N52
- 30H-45H
В данной маркировке цифровое обозначение указывает на магнитную энергию в МГсЭ (МегаГаусс-Эрстед), а буквенное — на допустимый температурный диапазон:
- EH (Extra High) — до 200 градусов Цельсия
- UH (Ultra High) — до 180 градусов Цельсия
- H (High) — до 120 градусов Цельсия
- N (Normal) — до 80 градусов Цельсия
- SH (Super High) — до 150 градусов Цельсия
- M (Medium) — до 100 градусов Цельсия
Как правило, поставщики готовы предоставить детальную информацию о технических параметрах реализуемых ими неодимовых магнитов.
Области применения неодимовых магнитов
Неодимовые магниты, благодаря своей высокой мощности и компактности, практически полностью заменили ферритовые аналоги во многих промышленных и бытовых сферах.
Основные направления использования неодимовых магнитов включают:
- в электрических усилителях руля
- в составе стирающих головок бюджетной аппаратуры
- в шаговых двигателях
- в электродвигателях
- в магнитных подшипниках
- в аккумуляторных инструментах
- в дверных замках
- в магнитно-резонансной томографии (МРТ)
- в приводах головок жестких дисков компьютеров
- в громкоговорителях и наушниках
- в спектрометрах ЯМР
- в электронных сигаретах
- на гибридном и электрическом транспорте
- в генераторах и турбинах (турбины прямого привода требуют 600 кг магнитов на мегаватт мощности, причем 31% этой массы составляет неодим)
- в серводвигателях
- в подъемных и компрессорных двигателях
- в магнитных звукоснимателях гитар
Уникальные магнитные свойства неодимовых магнитов также вдохновили создателей игрушек и украшений. Широкую популярность приобрели магнитные наборы типа неокуб, различные конструкторы и декоративные застежки.
Таким образом, неодимовые магниты находят применение как в решении сложных производственных задач, так и в создании простых, удобных бытовых решений.
В последнее время отмечается тенденция к рекламированию мощных магнитов для использования в противоправных целях. Рекламные сообщения призывают приобретать магниты для несанкционированного потребления электроэнергии, тепла и газа без учета соответствующими счетчиками. Согласно кодексу об административных правонарушениях, такое безучетное использование ресурсов является незаконным.