Неодимовый магнит: сила сцепления

 

Неодим – это металл, который ферромагнитный (более конкретно это показывает антиферромагнитный свойства), то есть, как и железо, он может быть намагниченный стать магнит, но это Температура Кюри (температура, выше которой его ферромагнетизм исчезает) составляет 19 К (-254,2 ° C; -425,5 ° F), поэтому в чистом виде его магнетизм проявляется только при чрезвычайно низких температурах. Однако соединения неодима с переходные металлы например, железо может иметь температуру Кюри намного выше комнатной, и они используются для изготовления неодимовых магнитов https://rosmagnit.ru/.

Сила неодимовых магнитов является результатом нескольких факторов. Самое главное, что четырехугольный Nd₂Fe₁₄Кристаллическая структура B имеет исключительно высокую одноосную магнитокристаллическая анизотропия (ЧАС_А ≈ 7Т – напряженность магнитного поля H в единицах А / м в зависимости от магнитный момент в А · м2). Это означает, что кристалл материала предпочтительно намагничивается по определенной кристаллическая ось но очень трудно намагнитить в других направлениях. Как и другие магниты, сплав неодимового магнита состоит из микрокристаллический зерна, которые выровнены в мощном магнитном поле во время производства, так что все их магнитные оси направлены в одном направлении. Сопротивление кристаллической решетки изменению направления намагниченности придает соединению очень высокую принуждение, или сопротивление размагничиванию.

Атом неодима может иметь большую магнитный дипольный момент потому что в нем 4 неспаренные электроны 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 Nd₂Fe₁₄B соединение высокого намагниченность насыщения (J_s ≈ 1.6Т или 16кг) и остаточная намагниченность, как правило, 1,3 тесла. Следовательно, поскольку максимальная плотность энергии пропорциональна J_s2, эта магнитная фаза имеет потенциал для хранения большого количества магнитной энергии (BH_{Максимум} ≈ 512кДж / м3 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 сплавов. самарий кобальт (SmCo) магниты, которые были первым типом редкоземельных магнитов, которые были коммерциализированы. На практике магнитные свойства неодимовых магнитов зависят от состава сплава, микроструктуры и технологии изготовления.

Nd₂Fe₁₄Кристаллическую структуру B можно описать как чередующиеся слои атомов железа и соединения неодима и бора. В диамагнитный Атомы бора не вносят непосредственного вклада в магнетизм, но улучшают когезию за счет прочной ковалентной связи. Относительно низкое содержание редкоземельных элементов (12% по объему) и относительное содержание неодима и железа по сравнению с самарий и кобальт делает неодимовые магниты дешевле, чем самариево-кобальтовые магниты.

Проблемы с коррозией

Эти неодимовые магниты сильно корродировали после пяти месяцев погодных условий.

Спеченный Nd₂Fe₁₄B, как правило, уязвим для коррозия, особенно вдоль границы зерен спеченного магнита. Этот тип коррозии может вызвать серьезное повреждение, включая превращение магнита в порошок из мелких магнитных частиц или скалывание поверхностного слоя.

Эта уязвимость устраняется во многих коммерческих продуктах путем добавления защитного покрытия, предотвращающего воздействие атмосферы. Никелирование или двухслойное медно-никелевое покрытие являются стандартными методами, хотя также используются покрытия другими металлами или полимерные и лаковые защитные покрытия.

Сила сцепления магнита на отрыв и сдвиг 

Неодимовый магнит в качестве вешалки Сила сцепления – важная характеристика неодимового магнита, на которую следует обращать внимание при его выборе.

Важно подбирать изделие с определенным запасом по мощности.

Существует два вида силы сцепления: на отрыв и на сдвиг. Какая из двух характеристик важнее, зависит от задач, которые магнит выполняет.

• Сила сцепления на отрыв – это усилие, которое необходимо приложить, чтобы оторвать магнитный материал от поверхности. В характеристиках изделия указана его сила притяжения в идеальных условиях, при которых он полностью прилегает к гладкому ровному стальному листу толщиной не менее 20 мм и отрывается от него под прямым углом. Поскольку на практике условия далеки от идеальных, то и удерживающая сила в реале будет ниже заявленной.
• Сила сцепления на сдвиг применима, когда магнит перемещается вдоль поверхности изделия. Этот параметр составляет примерно 15-50% от силы на отрыв. Если нагрузка выше заявленной характеристики, то предмет будет съезжать по вертикальной поверхности. Например, магнит прямоугольник 20х10х4 мм выдерживает нагрузку на отрыв 4 кг, но при использовании на сдвиг его предельная нагрузка будет равняться 1,8 кг. Для многих применений сила на сдвиг является основной характеристикой неодимового магнита.

Сцепная сила зависит от многих факторов. Например, на шероховатой поверхности она несколько ниже, чем на гладкой и ровной поверхности. Чем тоньше металл, на который крепится магнит, тем слабее он будет держаться. Предметы не всегда полностью прилегают к магнитной поверхности, и чем больше площадь их соприкосновения, тем сильнее притяжение. 

Но есть и другие факторы, про которые не стоит забывать. Например, не все металлы и сплавы магнитятся одинаково. Если изделие окрашено, имеет полимерное покрытие или ржавчину, то сила сцепления тоже несколько снизится.

Также необходимо обращать внимание на класс сплава неодима. Чем больше его порядковый номер, тем выше магнитная энергия.

Например, N45 > N38.

Таким образом, сила сцепления магнита зависит от следующих основных факторов:

• размера изделия;
• класса магнитного сплава;
• способа крепления – на отрыв или на сдвиг;
• толщины и шероховатости металлического основания;
• площади прилегания контактных поверхностей;
• наличия лакокрасочных покрытий и ржавчины.

Чтобы было легче разъединить два магнита, прилагайте усилие не на отрыв, а на сдвиг.

Что такое класс неодимового магнита?

Озадачены тем, что означают буквы и цифры в маркировке магнита? – Буква «N» – это марка сплава, а стоящая за ней цифра обозначает класс – максимальную магнитную силу в мегаГаусс-Эрстедах (1 мегаГаусс-Эрстед ≈ 0,8 кгс). В продаже, как правило, встречаются изделия из материала от N35 до N52. Наиболее популярные классы N38 и N45. Более высокие классы следует использовать там, где требуется очень сильное сцепление, а доступное место для магнита ограничено. В противном случае выгоднее использовать два магнитных держателя N38 вместо одного N52.

Таблица. Сплавы и их магнитные свойства.

Марка / Класс	Остаточная магнитная индукция, мТл (кГс)	Коэрцитивная сила, кА/м (КЭ)	Магнитная энергия, кДж/м3 (МГсЭ)
N35	1170-1220 (11,7-12,2)	≥955 (≥12)	263-287 (33-36)
N38	1220-1250 (12,2-12,5)	≥955 (≥12)	287-310 (36-39)
N40	1250-1280 (12.5-12.8)	≥955 (≥12)	302-326 (38-41)
N42	1280-1320 (12,8-13,2)	≥955 (≥12)	318-342 (40-43)
N45	1320-1380 (13,2-13,8)	≥876 (≥12)	342-366 (43-46)
N50	1400-1450 (14.0-14.5)	≥876 (≥11)	382-406 (48-51)
N52	1430-1480 (14,3-14,8)	≥876 (≥11)	398-422 (50-53)

Усиление электромагнита

Чтобы понять, как увеличить силу магнита, нужно разобраться в процессе намагничивания. Это произойдет, если магнит расположить во внешнем магнитном поле противоположной стороной к исходной. Увеличение же мощности электромагнита происходит тогда, когда увеличивается подача тока или умножаются витки обмотки.

Увеличить силу магнита можно с помощью стандартного набора необходимого оборудования: клея, набора магнитов (нужны именно постоянные), источника тока и изолированного провода. Они понадобятся для осуществления тех способов увеличения силы магнита, которые представлены ниже.

Усиление с помощью более мощного магнита

Этот способ заключается в использовании более мощного магнита для усиления исходного. Для осуществления надо поместить один магнит во внешнее магнитное поле другого, обладающего большей мощностью. Также с этой же целью применяют электромагниты. После удержания магнита в поле другого, произойдет усиление, но специфика заключается в непредсказуемости результатов, поскольку для каждого элемента такая процедура будет работать индивидуально.

Усиление с помощью добавления других магнитов

Известно, что каждый магнит имеет два полюса, причем каждый притягивает противоположный знак других магнитов, а соответствующий – не притягивает, лишь отталкивает. Как увеличить мощность магнита, используя клей и дополнительные магниты. Здесь предполагается добавление других магнитов с целью увеличения итоговой мощности. Ведь, чем больше магнитов, тем, соответственно, будет больше сила. Единственное, что нужно учесть, — это присоединение магнитов одноименными полюсами. В процессе они будут отталкиваться, согласно законам физики. Но задача состоит в склеивании, несмотря на сложности в физическом плане. Лучше использовать клей, который предназначен для склеивания металлов.

Метод усиления с использованием точки Кюри

В науке есть понятие точки Кюри. Усиление или ослабление магнита можно произвести, нагревая или охлаждая его относительно самой этой точки. Так, нагревание выше точки Кюри или сильное охлаждение (гораздо ниже нее) приведет к размагничиванию.

Надо заметить, что свойства магнита при нагревании и охлаждении относительно точки Кюри имеют скачкообразное свойство, то есть, добившись правильной температуры можно усилить его мощность.

Метод №1

Если возник вопрос, как сделать магнит сильнее, если его сила регулируется электрическим током, то сделать это можно с помощью увеличения тока, который подается на обмотку. Здесь идет пропорциональное увеличение мощности электромагнита и подачи тока. Главное, ⸺ постепенная подача, чтобы не допустить перегорания.

Метод №2

Для осуществления этого метода надо увеличить количество витков, но длина должна оставаться неизменной. То есть, можно сделать один-два дополнительных ряда провода, чтобы общее количество витков стало больше.

Где можно применять неодимовые магниты?

С момента создания они уверенно несут пальму первенства самых мощных и устойчивых к размагничиванию магнитов. Без них многие последние научные разработки в области моторостроения, медицины и электроники были бы невозможны. Они также полезны для дома, офисной работы, хобби, моделирования и изготовления ювелирных украшений.

Примеры использования в быту – полезные идеи

• Для фиксации табличек, вывесок, крючков, полочек, фотографий, художественных работ, других интерьерных элементов.
• В качестве держателей москитных сеток, шурупов на различных инструментах, сувениров или записок на холодильник.
• Для организации хранения инструмента в мастерской, ключей, ножей, разных мелочей.
• Для сбора мелких металлоизделий в труднодоступных местах, уборки металлического мусора.
• Очистка моторного и трансмиссионного масел.
• Обследование стен на наличие внутри метизов.
• В качестве фиксаторов дверей шкафов, лючков, крышек шкатулок.
• Изготовление приспособлений для мытья окон с внешней стороны.
• Мелкие магнитики используют при изготовлении открыток и папок ручной работы, ювелирных украшений, застежек на сумки.
• При проведении экспериментов и фокусов.
• Крепежными магнитами можно закрепить фонарь в нужном положении, предметы на кузове автомобиля, укрывающий технику брезентовый чехол, скатерть на уличном столе.
• Изготовление магнитных подхватов для штор.
• В рукоделии, моделировании и творчестве для скрепления деталей.

Закрепить магниты на неметаллических материалах можно разными способами – приклеить к основе, вшить в ткань или кожу, можно воспользоваться изолентой или скотчем. Для приклеивания подойдет любой термопластичный или эпоксидный клей типа “Момент”.