Магніт неодимовий

Рідкісноземельний магніт соленоїдного малоінерційного двигуна, що має форму дуги, переміщує головку жорсткого диска

Неодимовий магніт — постійний магніт, виготовлений зі сплаву неодиму, заліза та бору із формуванням тетрагональної кристалічної структури Nd₂Fe₁₄B.[1] Неодимові магніти є найбільш широко використовуваним типом рідкісноземельних магнітів.[2]

Неодимові магніти є найсильнішим типом комерційно доступних постійних магнітів.[1][3] Вони замінили інші типи у багатьох сферах застосування в сучасних продуктах, які вимагають сильних постійних магнітів, таких як електродвигуни в акумуляторних інструментах, жорсткі диски та магнітні кріплення. Магніти NdFeB можна класифікувати як спечені або скріплені залежно від використовуваного виробничого процесу.[4][5]

Розроблені незалежно один від одного в 1984 році компанією General Motors і в 1970-х роках компанією Sumitomo Special Metals.[6][7][8]

Властивості

Магнітні властивості

Неодим у чистому вигляді має магнітні властивості, зокрема, антиферомагнітні, лише при дуже низьких температурах, нижче 19 К (−254,2 °C). Натомість деякі сплави неодиму з перехідними металами, такими як залізо, є феромагнітними, з температурою Кюрі значно вищою за кімнатну. Вони й використовуються для виготовлення неодимових магнітів.

Потужність неодимових магнітів є результатом декількох факторів. Найважливішим є те, що тетрагональна кристалічна структура Nd₂Fe₁₄B має винятково високу одноосьову магнітокристалічну анізотропію (H_A ≈ 7 Тл).[9] Це означає, що кристал матеріалу переважно намагнічується вздовж певної кристалічної осі, але його дуже важко намагнітити в інших напрямках. Як і інші магніти, сплав неодимового магніту складається з мікрокристалічних зерен, які під час виготовлення вирівнюються в потужному магнітному полі, тому всі їхні магнітні осі вказують в одному напрямку. Опір кристалічної ґратки повороту напрямку намагніченості надає сплаву дуже високу коерцитивну силу, тобто опір розмагнічуванню.

Атом неодиму може мати великий магнітний дипольний момент, оскільки він має 4 неспарених електрони в своїй електронній структурі[10] на відміну від (в середньому) 3 у заліза.

Відносно низький вміст рідкісноземельних елементів (12% за об’ємом, 26,7% за масою) і відносна поширеність неодиму та заліза порівняно з самарієм і кобальтом роблять неодимові магніти дешевшими за інший важливий тип рідкісноземельних магнітів — самарій-кобальтові.[3]

Корозія

Ці неодимові магніти піддалися серйозній корозії після п’яти місяців впливу погодних умов.

Спечений Nd₂Fe₁₄B має тенденцію бути вразливим до корозії, особливо вздовж меж зерен спеченого магніту. Цей тип корозії може спричинити серйозне пошкодження, у тому числі подрібнення магніту на порошок із дрібних магнітних частинок або відкол поверхневого шару.

Цю вразливість усувають у багатьох комерційних продуктах шляхом додавання захисного покриття для запобігання впливу атмосфери. Покриття нікелем, нікелево-мідним сплавом чи цинком є ​​стандартними методами, хоча також використовуються покриття іншими металами або полімерні та лакові захисні покриття [11].

Температурна чутливість

Неодим має негативний коефіцієнт, тобто коерцитивна сила разом із густиною магнітної енергії (BHmax) зменшується зі збільшенням температури. Магніти на основі неодиму, заліза і бору мають високу коерцитивну силу при кімнатній температурі, але коли температура піднімається вище 100 °C, коерцитивна сила різко зменшується до температури Кюрі (близько 320 °C). Це падіння коерцитивної сили обмежує ефективність магніту в умовах високої температури, наприклад у вітряних турбінах і двигунах гібридних автомобілів. Щоб подолати падіння ефективності через зміни температури, додають диспрозій (Dy) або тербій (Tb), але це робить магніти дорожчими у виробництві.[12]

Використання

Неодимові магніти використовуються у виробництві жорстких дисків для комп'ютерів. Зазвичай такі магніти мають форму дуги. Компанії, які будують генератори з магнітним збудженням, переважно використовують саме їх, оскільки потужність генератора безпосередньо залежить від сили використовуваного магніту[13].

Неодимові магніти в формі невеликого куба використовуються в DVD-приводах комп'ютерів. Дуже часто застосовуються у виготовленні динаміків навушників, радіо, мобільних телефонів, смартфонів, планшетів, колонок тощо для більшої гучності динаміка. Виробники масляних фільтрів застосовують неодимові магніти для вилучення металевої стружки з нафтопродуктів. Пристрої металодетекторів також містять такі магніти.

В медицині неодимові магніти використовуються в апаратах для магнітно-резонансної томографії.

Стійкість

Неодимові магніти втрачають не більше 1-2 % своєї намагніченості за 10 років. Проте їх можна легко розмагнітити, нагрівши до температури +70 °C і більше.^[джерело?]

Небезпека

Значні сили, з якими діють рідкісноземельні магніти, створють небезпеку, що не проявляється з іншими типами магнітів. Неодимові магніти розміром більше кількох кубічних сантиметрів достатньо сильні, щоб завдати травм частинам тіла, якщо ті потраплять між двома магнітами, або магнітом і поверхнею чорного металу, подекуди навіть спричинивши переломи кісток.[14]

Наближені один до одного магніти можуть вдаритися із достатньою силою, щоб розколотись та розбитись, а стружка чи осколки можуть спричинити різні травми, зокрема травми очей. Були випадки, коли у маленьких дітей, які проковтнули кілька магнітів, відділи травного тракту були затиснуті між двома магнітами, що призвело до травм або смерті.[15] Крім того, може бути серйозним ризиком для здоров’я робота з машинами, у яких або біля яких застосовуються магніти.[16]

Див. також

• Магніт
• Магнітні матеріали
• Неодимові магніти, їхні характеристики, використання та мінуси

Примітки

1. Fraden, Jacob (2010). Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications, 4th Ed. USA: Springer. с. 73. ISBN 978-1-4419-6465-6.
2. What is a Strong Magnet?. The Magnetic Matters Blog. Adams Magnetic Products. 5 жовтня 2012. Архів оригіналу за 26 березня 2016. Процитовано 12 жовтня 2012.
3. What are Neodymium Magnets? (with pictures). All The Science (амер.). Процитовано 6 липня 2024.
4. Sintered NdFeB Magnets. HGT Advanced Magnets Co.,Ltd (амер.). Процитовано 6 липня 2024.
5. Bonded NdFeB Magnets. HGT Advanced Magnets Co.,Ltd (амер.). Процитовано 6 липня 2024.
6. Lucas, Jacques; Lucas, Pierre; Le Mercier, Thierry та ін. (2014). Rare Earths: Science, Technology, Production and Use. Elsevier. с. 224—225. ISBN 978-0-444-62744-5.
7. M. Sagawa; S. Fujimura; N. Togawa; H. Yamamoto; Y. Matsuura (1984). New material for permanent magnets on a base of Nd and Fe (invited). Journal of Applied Physics. 55 (6): 2083. Bibcode:1984JAP....55.2083S. doi:10.1063/1.333572.
8. J. J. Croat; J. F. Herbst; R. W. Lee; F. E. Pinkerton (1984). Pr-Fe and Nd-Fe-based materials: A new class of high-performance permanent magnets (invited). Journal of Applied Physics. 55 (6): 2078. Bibcode:1984JAP....55.2078C. doi:10.1063/1.333571.
9. Lucas, Jacques; Lucas, Pierre; Mercier, Thierry Le; Rollat, Alain; Davenport, William G. (9 вересня 2014). Rare Earths: Science, Technology, Production and Use (англ.). Elsevier. ISBN 978-0-444-62744-5.
10. Boysen, Earl; Muir, Nancy C. (13 липня 2011). Nanotechnology For Dummies (англ.). John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-13688-1.
11. Drak, M.; Dobrzanski, L.A. (2007). Corrosion of Nd-Fe-B permanent magnets (PDF). Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 20 (1–2). Архів оригіналу (PDF) за 2 квітня 2012.
12. Gauder, D. R.; Froning, M. H.; White, R. J.; Ray, A. E. (15 квітня 1988). Elevated temperature study of Nd-Fe-B–based magnets with cobalt and dysprosium additions. Journal of Applied Physics. 63 (8): 3522—3524. Bibcode:1988JAP....63.3522G. doi:10.1063/1.340729.
13. Як безпечно працювати з неодимовими магнітами. Архів оригіналу за 1 вересня 2021.
14. March 6, sciencepunk on; 2009. How to remove a finger with two super-magnets (video) | ScienceBlogs. scienceblogs.com (англ.). Процитовано 6 липня 2024.
15. Warning issued around the ingestion of 'super strong' neodymium magnets often found in toys. NursingNotes (брит.). 21 травня 2021. Процитовано 27 травня 2021.
16. CPSC Safety Alert: Ingested Magnets Can Cause Serious Intestinal Injuries (PDF). U.S. Consumer Product Safety Commission. Архів оригіналу (PDF) за 8 січня 2013. Процитовано 13 грудня 2012.

Література

• Спеддинг Ф. Х., Даан А. Х. Редкоземельные металлы. // Пер. с англ. — М.: Металлургия, 1965. — 610 с.