Неодимовые и редкоземельные магниты

Содержание

Громкоговорители

Можно также достать магнитные компоненты из так называемых «колонок». Однако если Вы «погуглите» «неодимовые магниты — где взять в быту», найдете не так много инструкций по разбору подобного оборудования. Главных причин здесь две. Во-первых, динамики акустических систем крайне редко ломаются, а если и ломаются, то часто поддаются ремонту. Во-вторых, в них чаще содержатся ферритовые кольца, неодимовые же сплавы используют только некоторые производители в современных, и обычно дорогих, громкоговорителях.

Выше мы описали лишь некоторые варианты по теме «неодимовые магниты где взять в быту», видео и другие статьи на нашем сайте, надеемся, помогут Вам в поиске магнитных изделий.

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Приложения [ править ]

Существующие магнитные приложения править

Кольцевые магниты

Большинство жестких дисков имеют сильные магниты.

В этом фонарике с ручным приводом используется неодимовый магнит для выработки электроэнергии.

Неодимовые магниты заменили альнико- ферритовые магниты во многих бесчисленных применениях современной технологии, где требуются сильные постоянные магниты, потому что их большая сила позволяет использовать меньшие и более легкие магниты для данного приложения. Вот несколько примеров:

Приводы головок для жестких дисков компьютеров
Механические переключатели зажигания электронных сигарет
Замки для дверей
Громкоговорители и наушники
Магнитные подшипники и муфты
Настольные ЯМР-спектрометры
Электродвигатели : (Использование неодимовых магнитов в электродвигателях может снизить их энергопотребление вдвое.)
- Аккумуляторные инструменты
- Серводвигатели
- Подъемные и компрессорные двигатели
- Синхронные двигатели
- Шпиндельные и шаговые двигатели
- Электроусилитель руля
- Приводные двигатели для гибридных и электромобилей . Для электродвигателей каждой Toyota Prius требуется один килограмм (2,2 фунта) неодима.
- Приводы

Электрогенераторы для ветряных турбин (только с возбуждением от постоянных магнитов)
Звуковая катушка
Разъединители корпусов для устройств розничной торговли требуется пояснение
В обрабатывающей промышленности мощные неодимовые магниты используются для улавливания инородных тел и защиты продукции и процессов

Новые приложения править

Сферы неодимового магнита в форме куба

Большая сила неодимовых магнитов вдохновила на новые применения в областях, где магниты раньше не использовались, таких как магнитные застежки для ювелирных изделий, детские магнитные конструкторы (и другие игрушки с неодимовыми магнитами ) и как часть механизма закрытия современного спортивного парашютного оборудования. Они являются основным металлом в ранее популярных магнитах для настольных игрушек «Buckyballs» и «Buckycubes», хотя некоторые розничные продавцы в США решили не продавать их из соображений безопасности детей и они были запрещены в Канаде по той же причине.

Однородность напряженности и магнитного поля на неодимовых магнитах также открыла новые возможности в области медицины с появлением сканеров открытой магнитно-резонансной томографии (МРТ), используемых для визуализации тела в радиологических отделениях в качестве альтернативы сверхпроводящим магнитам, в которых используется катушка из сверхпроводящего материала. проволока для создания магнитного поля.

Неодимовые магниты используются в качестве хирургически устанавливаемой антирефлюксной системы, которая представляет собой группу магнитов хирургически имплантированных вокруг нижнего пищеводного сфинктера для лечения гастроэзофагеальной рефлюксной болезни (ГЭРБ). Их также имплантировали в кончики пальцев , чтобы обеспечить сенсорное восприятие магнитных полей хотя это экспериментальная процедура, популярная только среди биохакеров и гриндеров .

История [ править ]

General Motors (GM) и Sumitomo Special Metals независимо друг от друга открыли соединение Nd ₂ Fe ₁₄ B в 1984 году. Первоначально исследование было вызвано высокой стоимостью сырья для постоянных магнитов SmCo , которые были разработаны ранее. GM сосредоточилась на разработке формованных из расплава нанокристаллических магнитов Nd ₂ Fe ₁₄ B, в то время как Sumitomo разработала спеченные магниты полной плотности на Nd ₂ Fe ₁₄ B. GM коммерциализировала свои изобретения изотропного порошка Neo, связанного Neo.магниты и связанные с ними производственные процессы, основав Magnequench в 1986 году (с тех пор Magnequench стала частью Neo Materials Technology, Inc., которая позже слилась с Molycorp ). Компания поставляла формованный из расплава порошок Nd ₂ Fe ₁₄ B производителям магнитов на связке. Завод Sumitomo стал частью Hitachi Corporation и производил, но также выдавал лицензии другим компаниям на производство спеченных магнитов Nd ₂ Fe ₁₄ B. Hitachi имеет более 600 патентов на неодимовые магниты.

Китайские производители стали доминирующей силой в производстве неодимовых магнитов, поскольку они контролируют большую часть мировых рудников по добыче редкоземельных металлов.

США Министерство энергетики определила необходимость поиска заменителей для редкоземельных металлов в постоянной технологии магнита и финансировал такие исследования. Агентство перспективных исследовательских проектов в области энергетики спонсировало программу «Альтернативы редкоземельных элементов в критических технологиях» (REACT) для разработки альтернативных материалов. В 2011 году ARPA-E выделило 31,6 миллиона долларов на финансирование проектов по замене редкоземельных элементов. Из-за его роли в постоянных магнитах, используемых для ветряных турбин , утверждалось, что неодим будет одним из основных объектов геополитической конкуренции в мире, работающем на возобновляемых источниках энергии.. Но эта точка зрения подвергалась критике за непризнание того, что в большинстве ветряных турбин не используются постоянные магниты, и за недооценку силы экономических стимулов для расширения производства.

Свойства [ править ]

Неодимовые магниты (маленькие цилиндры) поднимают стальные сферы. Такие магниты легко поднимают вес, в тысячи раз превышающий их собственный.

Феррожидкость на стеклянной пластине отображает сильное магнитное поле неодимового магнита под ней.

Оценки править

Неодимовые магниты классифицируются в соответствии с их максимальным энергетическим произведением , которое относится к выходному магнитному потоку на единицу объема. Более высокие значения указывают на более сильные магниты. Для спеченных магнитов NdFeB существует широко признанная международная классификация. Их значения варьируются от 28 до 52. Первая буква N перед значениями является сокращением от неодима, что означает спеченные магниты NdFeB. Буквы, следующие за значениями, указывают на внутреннюю коэрцитивную силу и максимальные рабочие температуры (положительно коррелированные с температурой Кюри ), которые варьируются от значений по умолчанию (до 80 ° C или 176 ° F) до AH (230 ° C или 446 ° F).

Марки спеченных магнитов NdFeB: требуется дальнейшее объяснениененадежный источник?

N30 — N52
Н30М — Н50М
N30H — N50H
Н30Ш — Н48Ш
N30UH — N42UH
N28EH — N40EH
N28AH — N35AH

Магнитные свойства править

Некоторые важные свойства, используемые для сравнения постоянных магнитов:

Remanence ( B _r ) , который измеряет силу магнитного поля.
Коэрцитивность ( H _ci ) , сопротивление материала размагничиванию.
Максимальное энергетическое произведение ( BH _max ) , плотность магнитной энергии характеризующееся максимальным значением плотности магнитного потока (B), умноженным на напряженность магнитного поля (H).
Температура Кюри ( T _C ) , температура, при которой материал теряет свой магнетизм.

Неодимовые магниты имеют более высокую остаточную намагниченность, гораздо более высокую коэрцитивную силу и произведение энергии, но часто более низкую температуру Кюри, чем другие типы магнитов. Были разработаны специальные неодимовые магнитные сплавы, включающие тербий и диспрозий , которые имеют более высокую температуру Кюри, что позволяет им выдерживать более высокие температуры. В таблице ниже сравниваются магнитные характеристики неодимовых магнитов с другими типами постоянных магнитов.

Магнит	B _r (T)	H _ci (кА / м)	BH _max (кДж / м 3 )	Т _С
(° C)	(° F)
Nd ₂ Fe ₁₄ B, спеченный	1,0–1,4	750–2000	200–440	310–400	590–752
Nd ₂ Fe ₁₄ B, связанный	0,6–0,7	600–1200	60–100	310–400	590–752
SmCo ₅ , спеченный	0,8–1,1	600–2000	120–200	720	1328
Sm (Co, Fe, Cu, Zr) ₇ , спеченный	0,9–1,15	450–1300	150–240	800	1472
Алнико, спеченный	0,6–1,4	275	10–88	700–860	1292–1580
Sr-феррит, спеченный	0,2–0,78	100–300	10–40	450	842

Физико-механические свойства править

Микрофотография NdFeB, показывающая границы магнитных доменов

Сравнение физических свойств спеченных неодимовых и Sm-Co магнитов
Свойство	Неодим	Sm-Co
Remanence ( T )	1–1,5	0,8–1,16
Коэрцитивность (МА / м)	0,875–2,79	0,493–2,79
Проницаемость отдачи	1.05	1,05–1,1
Температурный коэффициент остаточной намагниченности (% / K)	— (0,12–0,09)	— (0,05–0,03)
Температурный коэффициент коэрцитивной силы (% / K)	— (0,65–0,40)	— (0,30–0,15)
Температура Кюри (° C)	310–370	700–850
Плотность (г / см 3 )	7,3–7,7	8,2–8,5
Коэффициент теплового расширения параллельно намагничиванию (1 / K)	(3–4) x 10 -6	(5–9) x 10 -6
Коэффициент теплового расширения перпендикулярно намагниченности (1 / K)	(1–3) x 10 -6	(10–13) x 10 -6
Прочность на изгиб (Н / мм 2 )	200–400	150–180
Прочность на сжатие (Н / мм 2 )	1000–1100	800–1000
Прочность на разрыв (Н / мм 2 )	80–90	35–40
Твердость по Виккерсу (HV)	500–650	400–650
Удельное электрическое сопротивление (Ом · см)	(110–170) x 10 -6	(50–90) x 10 -6

Опасности

Большая сила, оказываемая редкоземельными магнитами, создает опасности, которые не наблюдаются с другими типами магнитов. Магниты размером более нескольких сантиметров достаточно сильны, чтобы вызывать травмы частей тела, зажатых между двумя магнитами или магнитом и металлической поверхностью, даже вызывая переломы костей. Магниты, находящиеся слишком близко друг к другу, могут ударить друг друга с силой, достаточной для того, чтобы расколоть и расколоть хрупкий материал, а летящие стружки могут вызвать травмы. Начиная с 2005 года, мощные магниты, отрывающиеся от игрушек или магнитных конструкторов, стали причиной травм и смертей. Маленькие дети, проглотившие несколько магнитов, имеют складку пищеварительный тракт защемление между магнитами, вызвавшее травму и в одном случае перфорацию кишечника, сепсис, и смерть.

В 2007 году был принят добровольный стандарт для игрушек, в котором сильные магниты постоянно используются для предотвращения проглатывания и ограничиваются силы неподключенных магнитов. В 2009 году внезапный рост продаж игрушек для магнитных столов для взрослых вызвал резкий рост травм: в 2012 году количество обращений за неотложной помощью составило 3617 человек. В ответ Комиссия США по безопасности потребительских товаров приняла в 2012 году правило, ограничивающее размер редкоземельных магнитов в потребительских товарах, но оно было отменено решением федерального суда США в ноябре 2016 года по делу, возбужденному одним оставшимся производителем. После того, как правило было отменено, количество случаев проглатывания в стране резко возросло и, по оценкам, превысит 1500 в 2019 году.

Классификация магнитов по различным признакам, а также согласно различных ГОСТ стандартов

Основные характеристики магнитов, отображаются стандартом ГОСТ 24936-89, где описание содержит и регламентирует следующие основные параметры:

геометрическая форма (сегментные, дугообразные, цилиндрические);

количество полюсов, явность их выражения;

схематическое изображение.

Для приема лома магнитов форма и размеры играют не последнюю роль. Сдать на лом можно любой вид магнитов, однако каждым пунктом приема определяется предпочтение, зависящее от прямого потребителя продукции, его требований к ней.

Феррит – оксифер

ГОСТ описывает формирование маркировки магнитов составляющейся по направлениям намагничеваемости, а также размеров, класса изделия представленных специальными таблицами приложений. Вот несколько примеров буквенной маркировки:

МПП – плоскопараллельные полюса;

МЦО – цилиндрический образец с осевым направлением намагничивания;

МЗВ – звездообразный экземпляр с внутренними полюсами.

Магниты также разделяют на две группы:

Классическое понимание, образцы обладают свойствами притягивания предметов независимо от приложенного к ним магнитного поля;
Проявление качеств только в присутствии приложенного магнитного поля.

К первой группе относятся постоянные магниты, изготавливающиеся из ферромагнетиков. К этой категории относятся неодимовые изделия, магнетиты. Образцы обладают высокой остаточной индукцией Br и коэрцитивной силой Hc. Именно такие магниты используются в игрушках, кожгалантереи, сувенирной и ювелирной продукции.

Неодимовый магнит

Вторая группа – это электромагниты, проявляющие магнитные свойства при прохождении электрического тока по катушке соленоида, сердечником которого является металлический образец (чаще железный) с высокой магнитной проницаемостью.

Пункты приема металлолома принимают, с большим удовольствием первую группу изделий, которая в свою очередь делится на ферромагнетики и ферримагнетики. Коэрцитивная сила первых значительной выше, чем у вторых. Часто их называют магнитотвердые или магнитомягкие материалы.

Прецизионный сплав с магнитно-мягкими свойствами

Химический состав различных магнитных материалов описан ГОСТ 17809-72, где представлены основные марки ЮНДЧ, ЮНДК, ЮНТС и т.д. По табличным значениям можно определить коэрцитивную силу, остаточную индукцию. Именно по этим двум параметрам, кроме физических размеров, сортируют магниты.

Усилия по переработке

В Евросоюзпроект ETN-Demeter (Европейская обучающая сеть по проектированию и переработке редкоземельных двигателей и генераторов с постоянными магнитами в гибридных и полностью электрических транспортных средствах) изучает экологичную конструкцию электродвигателей, используемых в транспортных средствах. Они, например, разрабатывают электродвигатели, в которых магниты можно легко удалить для переработки редкоземельных металлов.

В Евросоюзс Европейский исследовательский совет также присуждены главному исследователю, профессору Томасу Зембу, и второму исследователю, доктору Жан-Кристофу П. Габриэлю, Грант на перспективные исследования для проекта «Вторичная переработка редкоземельных элементов с низким уровнем вредных выбросов: REE-CYCLE», который направлен на поиск новых процессов утилизации редкоземельный.

Различаются магниты и по ценовому принципу

Экземпляры, содержащие алюминий, никель, кобальт (ЮНДК) различной пропорциональности, стоят дешевле, чем неодимы или соединения Самарий-Кобальт. Тем не менее это не мешает им сохранять высокую остаточную намагниченность и находить применение в создании компьютерной техники, аэрокосмическом и автомобильном производстве. Главное их преимущество – они стабильны даже при очень высоких температурах.

Лом магнитов ЮНД и ЮНДК

Цена на неодимы постепенно снижается, это связано с удешевлением на рынке самого металла. Неодимовые магниты нашли широкое бытовое, потребительское применение. Кроме сумок и кошельков, их можно встретить в устройствах самодельных металлоискателей. Также широко их использование в таких сферах:

медицинская мебель (защелки на шкафчиках), некоторые приборы;

сепараторы, где выполняют роль улавливателей металлов;

Магнитный сепаратор

сенсорные устройства;

компьютерное, радиотехническое, телефонное оборудование.

Самарий-Кобальт также интенсивно используются в различных устройствах. Они имеют преимущественную устойчивость к температурам, противостояние ржавлению. Это редкоземельные металлы, однако обладающие высокой хрупкостью по сравнению с первыми двумя видами магнитов.

Следующий вид образцов, ферритовые магниты, благодаря низкой цене также часто используются на бытовом уровне. Однако не так, как неодимы. Часто встречается самодельная нарезка, но конечно, не в школах, где их используют, как крепежные элементы досок. Их также применяют в акустических системах, сигнализациях.

Пункты приема принимают магнитомягкие материалы: ковар (маркировка 29НК), сплавы 49КФ и 51КФ. Они предназначаются для использования в качестве сердечников соленоидов, трансформаторов. Из них получаются хорошие датчики магнитных полей, применяются в микроэлектронике.

Датчик магнитного поля

Температурные эффекты [ править ]

Неодим имеет отрицательный коэффициент, что означает, что коэрцитивная сила вместе с плотностью магнитной энергии ( BH _max ) уменьшается с температурой. Магниты из неодима-железа-бора имеют высокую коэрцитивную силу при комнатной температуре, но при повышении температуры выше 100 ° C (212 ° F) коэрцитивная сила резко уменьшается до температуры Кюри (около 320 ° C или 608 ° F). Это падение коэрцитивной силы ограничивает эффективность магнита в условиях высоких температур, таких как ветряные турбины, гибридные двигатели и т. Д. Диспрозий (Dy) или тербий (Tb) добавляется, чтобы ограничить падение производительности из-за изменений температуры, заставляя магнит еще дороже.

Неодимовые магниты в доме

Итак, где же взять неодимовый магнит в быту? Многие люди даже и не догадываются, что вокруг нас много где можно встретить изделие из этого редкого сплава. Можно выделить несколько мест и устройств где чаще всего такие магниты применяются.

Жесткие диски. Жесткие диски можно выделить первым местом среди всех устройств, где можно найти такой магнит. Причем такое устройство для хранения данных можно найти в любом доме. Разумеется никто не будет разбирать рабочий компьютер или ноутбук для того чтобы извлечь из него магнит. К тому же жесткий диск это высокотехнологичное устройство, которое довольно сложно вскрыть и разобрать. Также стоит отметить, что в жестких дисках находятся довольно мощные магниты, которые по своей силе не уступают тем, которые можно купить в специализированном магазине. Также важным моментом является то, что в современных жестких дисках магниты значительно слабее, ввиду новых стандартов и технологий производства, поэтому лучше поискать старый диск.

Мебельные защелки. Никто бы, наверное, не догадался, что искать мощный магнит можно в обычных мебельных защелках, которые держат дверь закрытой. Но внутри защелки очень часто располагается именно неодимовый магнит. Это обусловлено тем, что площадь поверхности защелки относительно не велика, поэтому обычные магниты не дадут необходимого эффекта. Также сами защелки довольно часто ломаются и после этого можно их разобрать и снять магниты, или же со старой мебели, которую часто просто выносят на свалку. Но стоит отметить, что и мощность таких магнитов невелика, поэтому они подойдут не для всех целей.

Двигатели и генераторы. Довольно часто мощные неодимовые магниты можно найти в современных электродвигателях. Мощность и размеры магнитов в двигателях довольно велики. Важным нюансом является то, что сам двигатель или генератор должен быть не сильно старым. Потому как производство неодимовых магнитов было начало сравнительно недавно. Поэтому в старых советских двигателях их, скорее всего не найти.

Состав [ править ]

Неодим — это металл, который является ферромагнитным (в частности, он проявляет антиферромагнитные свойства), что означает, что, как и железо, он может быть намагничен, чтобы стать магнитом , но его температура Кюри (температура, выше которой исчезает его ферромагнетизм) составляет 19 K (-254,2 ° C). ; -425,5 ° F), поэтому в чистом виде его магнетизм проявляется только при крайне низких температурах. Однако соединения неодима с переходными металлами, такими как железо, могут иметь температуру Кюри намного выше комнатной, и они используются для изготовления неодимовых магнитов.

Сила неодимовых магнитов является результатом нескольких факторов. Наиболее важным является то, что тетрагональная кристаллическая структура Nd ₂ Fe ₁₄ B имеет исключительно высокую одноосную магнитокристаллическую анизотропию ( H _A ? 7 Тл — напряженность магнитного поля H в единицах А / м в зависимости от магнитного момента в А · м 2 ). Это означает, что кристалл материала предпочтительно намагничивается вдоль определенной оси кристалла, но его очень трудно намагничивать в других направлениях. Как и другие магниты, сплав неодимового магнита состоит из микрокристаллическихзерна, которые выровнены в мощном магнитном поле во время производства, так что все их магнитные оси направлены в одном направлении. Сопротивление кристаллической решетки изменению направления намагничивания придает соединению очень высокую коэрцитивную силу или сопротивление размагничиванию.

Атом неодима может иметь большой магнитный дипольный момент, потому что он имеет 4 неспаренных электрона в своей электронной структуре в отличие от (в среднем) 3 в железе. В магните именно неспаренные электроны, выровненные так, что их спин находится в одном направлении, создают магнитное поле. Это дает соединению Nd ₂ Fe ₁₄ B высокую намагниченность насыщения ( J _s ? 1,6 Тл или 16 кГс ) и остаточную намагниченность, как правило, 1,3 Тл. Следовательно, поскольку максимальная плотность энергии пропорциональна Дж _с2, эта магнитная фаза обладает потенциалом для накопления большого количества магнитной энергии ( BH _max ? 512 кДж / м 3 или 64 ). Это значение магнитной энергии примерно в 18 раз больше, чем у «обычных» ферритовых магнитов по объему и в 12 раз по массе. Это свойство магнитной энергии выше у сплавов NdFeB, чем у самариево-кобальтовых (SmCo) магнитов, которые были первым типом редкоземельных магнитов, которые были коммерциализированы. На практике магнитные свойства неодимовых магнитов зависят от состава сплава, микроструктуры и технологии изготовления.

Кристаллическую структуру Nd ₂ Fe ₁₄ B можно описать как чередующиеся слои атомов железа и соединения неодима и бора. В диамагнитных атомах боры не вносят вклад непосредственно в магнетизм , но улучшают сцепление с сильной ковалентной связью. Относительно низкое содержание редкоземельных элементов (12% по объему, 26,7% по массе) и относительное содержание неодима и железа по сравнению с самарием и кобальтом делает неодимовые магниты более дешевыми, чем самариево-кобальтовые магниты .

Жесткий диск

Если Вы забьете в поисковике «Неодимовый магнит — где взять в домашних условиях», то в большей части ответов будет упоминаться жесткий диск компьютера. И действительно, вышедший из строя компьютер или ноутбук – лучший «источник» компонентов из неодима, из него можно достать, пожалуй, самые большие из возможных в быту магнитных пластин. Они представляют собой подобие подковы толщиной 3-4 миллиметра и площадью в половину спичечной коробки. Кроме того, там, где можно взять неодимовый магнит, оказывается пара таких деталей. Все будет зависеть от модели компьютера.

Еще раз напомним, что сплав из неодима достаточно хрупок, более того, это, собственно, и не сплав, а масса, производимая путем спекания металлического порошка. Поэтому старайтесь извлекать пластину крайне аккуратно.

Непосредственно магнитная подкова в составе жесткого диска склеена со стальной площадкой. Чтобы разъединить это сцепление, зажмите один конец пластины в тисках, а по противоположному слегка ударьте несколько раз тяжелым предметом. Либо попробуйте извлечь неодим с помощью стамески. Второй вариант – нагреть, но опять же не переусердствуйте, поскольку магниты класса «N» при сильном нагревании теряют свои свойства.

Для тех, кто интересуется, где взять неодимовый магнит в быту, есть видео в сети с подробностями разборки жесткого диска. Например, в некоторых роликах говорится о том, что иногда магнитные пластины в накопителе «сажаются» на клей. Доставая их, не прибегайте к грубой силе, а проявите терпение и смекалку.