Neodimyum Mıknatıslar / NdFeB Mıknatıslar Nedir?
En yaygın türnadir toprak mıknatısıgenellikle NdFeB, NIB veya Neo mıknatıs olarak adlandırılan bir neodimyum mıknatıstır.Kalıcı mıknatısın Nd2Fe14B dörtgen kristal yapısını oluşturmak için neodimyum, demir ve bor birleştirildi.Neodimyum mıknatıslar, şu anda piyasada bulunan en güçlü kalıcı mıknatıs türüdür.1984 yılında General Motors ve Sumitomo Special Metals tarafından ayrı ayrı geliştirildiler.
Kullanılan üretim yöntemine bağlı olarak, NdFeB mıknatıslar şu şekilde sınıflandırılabilir:sinterlenmişveya bağlı.Akülü aletlerdeki elektrik motorları, sabit disk sürücüleri ve manyetik tutturucular gibi güçlü kalıcı mıknatıslara ihtiyaç duyan çağdaş ürünlerdeki birçok uygulamada, diğer mıknatıs türlerinin yerini almıştır.
Gücün Açıklaması
Neodimyum, saf olduğunda, ancak yalnızca 19 K'nin (254,2 °C; 425,5 °F) altındaki sıcaklıklarda manyetik özellikler sergileyen antiferromanyetik bir metaldir.Curie sıcaklıkları oda sıcaklığının çok üzerinde olan demir gibi ferromanyetik geçiş metallerine sahip neodim bileşikleri, neodimyum mıknatıslar oluşturmak için kullanılır.
Neodimyum mıknatısların gücü, çeşitli şeylerin bir kombinasyonudur.En önemlisi, tetragonal Nd2Fe14B kristal yapısının son derece yüksek tek eksenli manyetokristal anizotropisidir (HA 7 T - Am2'deki manyetik momente karşı A/m birimleri cinsinden manyetik alan kuvveti H).Bu, maddenin bir kristalinin tercihen belirli bir kristal ekseni boyunca mıknatıslandığını, ancak diğer yönlerde mıknatıslanmayı son derece zor bulduğunu gösterir.Neodimyum mıknatıs alaşımı, diğer mıknatıslar gibi, manyetik eksenleri aynı yönü gösterecek şekilde üretim sırasında güçlü bir manyetik alanda hizalanan mikrokristal taneciklerden yapılır.Bileşik, kristal kafesin manyetizma yönünü değiştirmeye karşı direnci nedeniyle son derece yüksek bir koersiviteye veya demanyetizasyona karşı dirence sahiptir.
Demirdeki (ortalama olarak) üç ile karşılaştırıldığında elektron yapısında eşleşmemiş dört elektron içerdiğinden, neodimyum atomu önemli bir manyetik dipol momentine sahip olabilir.Bir mıknatıstaki spinleri aynı yöne bakacak şekilde hizalanan eşleşmemiş elektronlar manyetik alanı oluşturur.Bu, Nd2Fe14B kombinasyonu (Js 1,6 T veya 16 kG) için güçlü bir doygunluk mıknatıslanması ve 1,3 teslalık tipik bir artık mıknatıslanma ile sonuçlanır.Sonuç olarak, en yüksek enerji yoğunluğu Js2 ile orantılı olduğundan, bu manyetik faz önemli miktarda manyetik enerji (BHmax 512 kJ/m3 veya 64 MGOe) depolama kapasitesine sahiptir.
Bu manyetik enerji değeri, "normal" ferrit mıknatıslardan hacim olarak yaklaşık 18 kat ve kütle olarak 12 kat daha büyüktür.Piyasada bulunan ilk nadir toprak mıknatısı olan Samarium kobaltı (SmCo), NdFeB alaşımlarından daha düşük bir bu manyetik enerji özelliğine sahiptir.Neodimyum mıknatısların manyetik özellikleri, alaşımın mikro yapısından, üretim sürecinden ve bileşiminden gerçekten etkilenir.
Nd2Fe14B kristal yapısının içindeki alternatif katmanlarda demir atomları ve bir neodimyum-bor kombinasyonu bulunur.Diyamanyetik bor atomları, güçlü kovalent bağlar yoluyla kohezyonu teşvik eder, ancak doğrudan manyetizmaya katkıda bulunmaz.Neodimyum mıknatıslar, nispeten düşük nadir toprak konsantrasyonu (hacimce %12, kütlece %26,7) ve aynı zamanda samaryum ve kobalta kıyasla neodimyum ve demirin göreceli mevcudiyeti nedeniyle samaryum-kobalt mıknatıslardan daha ucuzdur.
Özellikler
Notlar:
Birim hacim başına manyetik akı üretimine karşılık gelen neodimyum mıknatısların maksimum enerji ürünü, onları sınıflandırmak için kullanılır.Daha güçlü mıknatıslar daha yüksek değerlerle gösterilir.Sinterlenmiş NdFeB mıknatıslar için dünya çapında genel kabul görmüş bir sınıflandırma vardır.Değerleri 28 ila 52 arasındadır. Neodim veya sinterlenmiş NdFeB mıknatıslar, değerlerden önce ilk N ile gösterilir.Değerleri, Curie sıcaklığıyla pozitif olarak ilişkili olan ve varsayılan değerden (80 °C veya 176 °F'ye kadar) TH'ye (230 °C veya 446 °F) kadar değişen içsel zorlayıcılığı ve maksimum çalışma sıcaklıklarını gösteren harfler takip eder. .
notlarısinterlenmiş NdFeB mıknatıslar:
N30-N56, N30M-N52M, N30H-N52H, N30SH-N52SH, N28UH-N45UH, N28EH-N42EH, N30AH-N38AH
Manyetik özellikler:
Kalıcı mıknatısları karşılaştırmak için kullanılan önemli özellikler arasında şunlar yer alır:
kalıntı(br),manyetik alanın gücünü ölçen.
zorlama(Hcı),malzemenin demanyetizasyon direnci.
Maksimum enerji ürünü(BHmaks),manyetik akı yoğunluğunun en büyük değeri(B) kez
manyetik enerjinin (H) yoğunluğunu ölçen manyetik alan kuvveti.
Curie sıcaklığı (TC), bir maddenin manyetik olmayı bıraktığı nokta.
Neodimyum mıknatıslar, kalıcılık, zorlayıcılık ve enerji ürünü açısından diğer mıknatıs türlerinden daha iyi performans gösterir, ancak genellikle daha düşük Curie sıcaklıklarına sahiptir.Terbiyum ve disprosyum, daha yüksek Curie sıcaklıkları ve daha yüksek sıcaklık toleransı ile oluşturulmuş iki özel neodimyum mıknatıs alaşımıdır.Neodimyum mıknatısların manyetik performansı, aşağıdaki tabloda diğer kalıcı mıknatıs türlerininkiyle karşılaştırılmaktadır.
|Mıknatıs||br(T)||hcj(kA/dk)||BHmakskJ/m3||TC|
|(°C)||(℉)|
|Nd2Fe14B, sinterlenmiş||1.0-1.4||750-2000||200-440||310-400||590-752|
|Nd2Fe14B, bağlı||0,6-0,7||600-1200||60-100||310-400||590-752|
|SmCo5, sinterlenmiş||0,8-1,1||600-2000||120-200||720||1328|
|Sm(Co, Fe, Cu, Zr)7 sinterlenmiş||0.9-1.15||450-1300||150-240||800||1472|
|AlNiCi, sinterlenmiş||0,6-1,4||275||10-88||700-860||1292-1580|
|Sr-Ferrit, sinterlenmiş||0,2-0,78||100-300||10-40||450||842|
Korozyon Sorunları
Sinterlenmiş bir mıknatısın tane sınırları sinterlenmiş Nd2Fe14B'de korozyona karşı özellikle hassastır.Bu tür korozyon, bir yüzey tabakasının dağılması veya bir mıknatısın ufalanıp küçük manyetik parçacıklardan oluşan bir toza dönüşmesi gibi önemli hasarlara neden olabilir.
Birçok ticari ürün, çevreye maruz kalmayı durdurmak için koruyucu bir kaplama ekleyerek bu riski ele alır.En yaygın kaplamalar nikel, nikel-bakır-nikel ve çinkodur, polimer ve cila koruyucu gibi diğer metaller de kullanılabilir.kaplamalar.
Sıcaklık Etkileri
Neodimyum negatif bir katsayıya sahiptir, yani sıcaklık yükseldiğinde hem koersivite hem de maksimum manyetik enerji yoğunluğu (BHmax) düşer.Ortam sıcaklığında, neodimiyum-demir-bor mıknatıslar yüksek koersiviteye sahiptir;bununla birlikte, sıcaklık 100 °C'nin (212 °F) üzerine çıktığında, zorlayıcılık, yaklaşık 320 °C veya 608 °F olan Curie sıcaklığına ulaşana kadar hızla düşer.Koersivitedeki bu azalma, mıknatısın rüzgar türbinleri, hibrit motorlar vb. gibi yüksek sıcaklıklı uygulamalarda etkinliğini sınırlar. Sıcaklık dalgalanmalarından dolayı performansın düşmesini önlemek için terbiyum (Tb) veya disprosyum (Dy) eklenir, bu da mıknatısın maliyetini artırır. mıknatıs.
Uygulamalar
Daha yüksek mukavemeti, belirli bir uygulama için daha küçük, daha hafif mıknatısların kullanılmasına izin verdiği için, neodimyum mıknatıslar, güçlü kalıcı mıknatısların gerekli olduğu çağdaş teknolojideki sayısız uygulamanın çoğunda alniko ve ferrit mıknatısların yerini almıştır.İşte birkaç örnek:
Bilgisayar sabit diskleri için kafa aktüatörleri
Mekanik e-sigara ateşleme anahtarları
kapılar için kilitler
cep telefonu hoparlörleri ve otomatik odaklama aktüatörleri
Manyetik kaplinler ve yataklar
Taşınabilir NMR spektrometreleri
Elektrik motorları ve Aktüatörler
elektrikli direksiyon
Akülü aletler
Servo motorlar& Senkron motorlar
Kaldırma motorları ve kompresörler
Mil ve kademeli motorlar
Hibrit ve elektrikli araba tahrik motorları
Rüzgar türbinleri için elektrik jeneratörleri (sürekli mıknatıs tahrikli)
Perakende ortam kasası ayrıştırıcıları
Proses endüstrilerinde yabancı cisimleri yakalamak ve ürün ve prosesleri korumak için güçlü neodimyum mıknatıslar kullanılır.
Neodimyum mıknatısların artan gücü, manyetik takı tokaları, çocukların manyetik yapı setleri (ve diğer neodimyummıknatıs oyuncaklar) ve mevcut spor paraşüt ekipmanlarının kapatma mekanizmasının bir parçası olarak."Buckyballs" ve "Buckycubes" olarak bilinen bir zamanlar popüler olan masa oyuncağı mıknatıslarındaki ana metaldir, ancak Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bazı mağazalar çocuk güvenliği endişeleri nedeniyle bunları satmamayı seçti ve Kanada'da yasaklandı. aynı sebepten.
Süper iletken mıknatıslara alternatif olarak radyoloji bölümlerinde vücudu görüntülemek için kullanılan açık manyetik rezonans görüntüleme (MRI) tarayıcılarının ortaya çıkmasıyla, neodimyum mıknatısların gücü ve manyetik alan homojenliği tıp endüstrisinde de yeni olasılıkların kapısını açtı.
Neodimyum mıknatıslar, gastroözofageal reflü hastalığını, cerrahi olarak alt yemek borusu sfinkteri (GÖRH) etrafına cerrahi olarak implante edilen bir mıknatıs bandı olan, cerrahi olarak implante edilmiş bir anti-reflü sistemi olarak tedavi etmek için kullanılır.Manyetik alanların duyusal algısını sağlamak için parmaklara da yerleştirildiler, ancak bu yalnızca biyo bilgisayar korsanlarının ve öğütücülerin aşina olduğu deneysel bir operasyon.
Sinterlenmiş NdFeB mıknatıslaren yüksek manyetik kaliteye sahiptir ve kapı mandalları, motorlar, jeneratörler ve ağır endüstriyel bileşenler dahil olmak üzere bir dizi sektörde kullanılmaktadır.
Enjeksiyon Plastik NdFeB mıknatıskalıcı manyetik toz ve plastikten oluşan, olağanüstü manyetik ve plastik niteliklerin yanı sıra yüksek doğruluk ve gerilim direncine sahip yeni nesil bir kompozit malzemedir.