Актуальная статистика показывает, что на неодимовые магниты приходится едва ли не 95 процентов от общего объема мировых продаж. Их изобретение стало отправной точкой для новой промышленной революции, элементы, благодаря многочисленным преимуществам, сразу стали востребованными в производстве электронного оборудования, подъемных механизмов, медицинской техники, электротранспорта.
Стоит отметить, что термин “неодимовые” не позволяет сделать точного вывода относительно материалов, использованных в производстве. Помимо неодима, при изготовлении применяются железо и бор. Спрос на неодимовые магниты объясняется их невысокой стоимостью, миниатюрностью при огромной магнитной силе. Как они появились? Кто стал их изобретателем?
Экскурс в историю
Одними из наиболее эффективных постоянных магнитов считаются самарий-кобальтовые. Их главный минус – огромная цена, объясняющаяся редкостью металлов, что ограничивало распространенность, не позволяло использовать детали при производстве широкодоступной, массовой, техники.
Многие организации ставили перед своими инженерами, исследователями, лаборантами четкую задачу – найти более доступную альтернативу. Наиболее активными поисками занимались американская General Motors и японская Sumitomo Metal Industries.
Путь к успеху лежал через поиск металла, залежи которого в земных недрах оказались бы выше, в сравнении с самарием и кобальтом. Специалист из General Motors, Джон Кроат, знал, что потенциально таким металлом могли стать лантан, неодим, церий или празеодим.
Характеристики лантана и церия для изготовления магнитов не подошли, а вот эксперименты с неодимом дали хорошие результаты. Сплавы исключительно с железом оказались неудачными, теряющими базовые характеристики при термической нагрузке, но ситуацию удалось переломить добавлением бора, обеспечивающего стабильность сплава даже в экстремальных температурных условиях. Цена железа и бора, при этом в разы ниже, в сравнении с кобальтом и самарием, так что готовые изделия оказались вполне доступными и подходящими для массового применения. Окончательную формулу сплава для производства неодимового магнита можно представить как Nd2Fe14B.
Выведена эта формула была в 1981 году. В 1983, во время тематической конференции, проходящей в городе Питтсбург, Кроат и его соратники планировали представить свое изобретение на суд широкой публики, однако, их опередили японские коллеги. Специалист Масато Сагава, представляющий Sumitomo Metal Industries, поведал о таком же научном открытии.
Безусловно, у американцев возникли подозрения в шпионаже, но все оказалось гораздо прозаичнее. Японцы также работали в данном направлении, им повезло, что выступление оказалось на пару часов более ранним, нежели у американских коллег. Удивительно, но факт!
Безусловно, абсолютной схожести в разработках не было. По идее Масато, производство должно быть основано на сухом спекании металлов, Кроат же предлагал более доступную и простую методику мокрой отливки. Компании-разработчики параллельно подали патентные заявки на свои производственные технологии, разработка американцев была запатентована в США и Канаде, японцев – в европейских государствах и на родине. Все это привело к определенным юридическим разногласиям и разбирательствам, но впоследствии руководящие лица двух концернов смогли прийти к общему соглашению, чтобы работать более продуктивно и спокойно, без регулярных взаимных обвинений и претензий.
Обиднее всего в этой ситуации, пожалуй, Джону Кроату. В мире считается, что неодимовый магнит изобрел Сагава, за что был удостоен престижных премий и наград. Джон же довольствуется периодическим изданием научных статей, книг, выступлениями на конференциях.
Применение
Огромная магнитная сила, миниатюрность, невысокая цена, долговечность, способность выдержать экстремально низкие температурные воздействия – достоинств у неодимовых магнитов огромное количество, неудивительно, что они стали настоящей отраслевой революцией. Наиболее активным спросом они пользуются в следующих областях:
- Сервомоторы и приводы шагового типа. Благодаря наличию мощного магнита, удается обеспечить быстрый разгон и остановку мотора, гарантировать четкость позиционирования рабочих органов. Это гарантирует высочайшую точность обработки материалов, увеличивает производительность ЧПУ-станков, обрабатывающих металлические или деревянные заготовки.
- Оборудование для МРТ-диагностики. На основе неодимовых магнитов производят компактные томографы небольшой мощности. Для них характерна открытая конструкция, максимально комфортная для пациентов, избавляющая от ощущения замкнутого пространства, приступов паники и страха.
- HDD. Изобретение неодимового магнита позволило сделать жесткие диски максимально компактными, подходящими для установки в обычные компьютеры. Задача элемента – обеспечивать скорость, стабильность вращения магнитных дисков, изменять положение головки для считывания или записи данных.
- Моторы электрокаров. Спрос на электромобили стабильно растет, что подогревает интерес к неодимовым магнитам, без которых попросту невозможно собрать технологичный мотор, который будет отличаться мощностью и плавностью работы.
- Фильтрующие системы. Например, элементы позволяют поддерживать чистоту моторного или трансмиссионного масла, притягивают мельчайшие металлические частицы, содержащиеся в технической жидкости.
- Поисковое оборудование. Неодимовые магниты позволяют вести поиск металлических объектов не только на суше, но и под водой. Более того, во втором случае имеется возможность не только обнаружения, но и дальнейшего подъема на поверхность.
Безусловно, перечисленный список можно расширить. Неодимовые магниты используются в быту, при изготовлении игрушек, различных аксессуаров для украшения интерьера, позволяют закрепить панно или картину на стене без предварительного сверления отверстий.
Большим спросом они пользуются при изготовлении звукового оборудования, в том числе профессионального. Беспроводные и проводные наушники, студийные микрофоны, цифро-аналоговые преобразователи, огромные акустические системы, домашние кинотеатры – они нужны везде.
Так ли все радужно?
Напоследок стоит сказать и некоторых минусах неодимовых магнитов. Они немногочисленны, однако, обязательно должны учитываться перед покупкой, во время поиска оптимального решения для конкретной системы:
- Уязвимость для влаги. Как было сказано, один из основных компонентов сплава – железо, а оно склонно к окислению даже при взаимодействии с влажным воздухом, не говоря уж о воде. Ржавчина разрушает деталь, резко снижает магнитную силу. Увеличение коррозионной стойкости возможно путем нанесения тонкого поверхностного слоя никеля, цинка, меди или полимера.
- Не самый высокий температурный лимит по нагреву. Потеря магнитных свойств фиксируется при термическом воздействии около 200 градусов, для самарий-кобальта эта точка куда выше – 310.
- Хрупкость. Точечным механическим воздействиям такие магниты лучше не подвергать, удары и падения могут привести к появлениям на поверхности трещин, сколов и даже полному разрушению.
Условно к числу недостатков можно отнести и стоимость изделий. Да, они ощутимо дешевле, нежели аналоги из сплава самария и кобальта, однако ферритовые магниты еще дешевле, хотя и не отличаются высокими техническими, эксплуатационными показателями.