Diskové magnety, známé také jako kruhové nebo válcové magnety, jsou neuvěřitelně užitečné pro různé aplikace. Z čeho přesně jsou ale tyto silné magnety vyrobeny?
V tomto komplexním průvodci se jako profesionální výrobce kotoučových magnetů, budeme se zabývat vším, co potřebujete vědět o složení a výrobě moderních diskových magnetů.

Přehled materiálů diskových magnetů
Nejběžnější diskové magnety jsou dnes vyrobeny z neodym-železo-bór (NdFeB). NdFeB, známý také jako neodymové magnety nebo neomagnety, nabízí nejvyšší magnetickou sílu na jednotku objemu ze všech materiálů permanentních magnetů.
Diskové magnety NdFeB se skládají z neodymu, železa a boru jako klíčových složek. Další prvky, jako je dysprosium, praseodym, kobalt, nikl, niob a hliník, mohou být přidány ve stopovém množství pro zlepšení specifických vlastností.
Například dysprosium a praseodym pomáhají zvyšovat odolnost proti korozi. Kobalt zvyšuje Curieho teplotu. Niklové a měděné povlaky chrání před oxidací.
Samariový kobalt (SmCo) je dalším klíčovým materiálem pro magnety ze vzácných zemin, který se používá pro diskové magnety, pokud je zapotřebí stabilita při vysokých teplotách. SmCo nabízí vynikající odolnost proti demagnetizaci, i když jejich magnetická síla je ve srovnání s NdFeB nižší.
Existují také keramické nebo feritové magnety, které se skládají ze sloučenin uhličitanu strontnatého a oxidu železitého. Keramické diskové magnety jsou sice méně výkonné než magnety ze vzácných zemin, ale jejich výhodou je nízká cena a odolnost proti korozi.
Výrobní proces diskových magnetů NdFeB
Výroba výkonných magnetů NdFeB zahrnuje pečlivou kontrolu složitého, vícestupňového přesného procesu:
1. Tvorba slitin
Čistý neodym, železo, bór a další prvky se nejprve taví společně do směsi slitin pomocí indukčních tavicích pecí. Tekutá směs slitin se pak odlévá do ingotů.
2. Dekrepitační a tryskové frézování
Křehké slitinové ingoty se rozkládají pomocí plynného vodíku na magnetický prášek. Tento prášek se poté jemně rozemele v tryskovém mlýně na průměrnou velikost částic kolem 3 mikronů.
3. Stisknutí
Prášek NdFeB se lisuje do formy pomocí extrémních metod axiálního, příčného nebo izostatického tlaku. K orientaci částic prášku se použije vyrovnávací magnetické pole.
4. Spékání
Stlačené "zelené" magnetické těleso se slinuje při teplotách blízkých bodu tání, což způsobuje slučování částic. Magnet se během tohoto procesu smršťuje a zhušťuje.
5. Žíhání a kalení
Spékaný magnet se rychle zahřívá, namáčí a chladí (kalí), aby se vytvořila optimální metalurgická mikrostruktura a uspořádání krystalů.
6. Obrábění
Křehký blok spékaného magnetu vyžaduje diamantové řezné nástroje, které jej nařežou a vybrousí na konečné rozměry. Otvory a jiné složité tvary lze vyřezávat drátem pomocí elektroerozivního obrábění.
7. Povlakování a pokovování
Jako ochrana proti korozním činitelům se nanáší ochranný povlak, např. nikl-měď-nikl. Mohou být přidány i další funkční povlaky.
8. Magnetizace
Hotový magnet je v magnetizéru podroben silnému sytícímu impulzu, který orientuje magnetické domény pro optimální magnetický výkon.
A to jsou klíčové kroky pro výrobu moderních neodymových diskových magnetů! Dále se podíváme na výrobní proces lepených a keramických magnetů.
Jak se vyrábějí lepené diskové magnety
Lepené magnety mají odlišný přístup k výrobě:
1. Tryskové frézování
Stejně jako spékané magnety, i vázané magnety začínají z rozpadlé slitiny NdFeB, která se jemně rozemele na magnetický prášek. Do tryskového mlýna se přidá pojivový polymer, aby se směs homogenizovala.
2. Míchání s polymerem
Prášek se dále smíchá s plastickým nebo elastomerním pojivovým polymerem, spolu s mazadly a vytvrzovacími činidly. Cílem je rovnoměrné pokrytí každé částice prášku.
3. Lisování a vytvrzování
Vstupní směs se lisuje do tvaru kotoučového magnetu pomocí lisování nebo vstřikování. Vytvrzuje se při zvýšené teplotě, což způsobí, že se polymer zpevní kolem částic prášku.
4. Magnetizace
Vytvrzené lepené magnetické těleso lze zmagnetizovat stejně jako slinutý díl. Vzhledem k tomu, že nemagnetické pojivo zabírá objem, je však magnetická síla při stejné velikosti nižší.
5. Nátěr (volitelný)
Po zmagnetizování může být nanesen ochranný povlak, který zvyšuje odolnost proti korozi a poškrábání.
Souhrnně lze říci, že lepené diskové magnety nahrazují spékací fázi rozloženou polymerní matricí, která drží magnetické částice pohromadě.
Pojivo umožňuje složitější tvary, ale omezuje tepelné a magnetické vlastnosti. Nyní se podívejme na konvenční výrobu keramických magnetů.
Složení a výroba keramických diskových magnetů
1. Příprava prášku
Diskové magnety začínají přípravou prášku. Oxid železitý se redukuje z prekurzoru železa a kulovým mlýnem se rozemele na jemné částice o velikosti přibližně 2 mikrony. Po odkysličení a vysušení vykazuje výsledný železný prášek měkké feromagnetické chování.
Prášek uhličitanu strontnatého se rovněž zváží a rozemele tak, aby odpovídal zvolené stechiometrii.
2. Míchání a kalcinace
Prášky uhličitanu železitého a strontnatého se důkladně promíchají, aby se zajistila homogenita celé dávky. Smíchaný prášek se kalcinuje při 900-1000 °C, aby se odstranily těkavé sloučeniny, jako např. CO2 a upravit chemický složení povrchu prášku.
3. Zhutňování
Po kulovém mletí a přidání pojiva se keramický prášek zhutňuje do zelených kompaktů s diskovými magnety pomocí přiloženého magnetického pole podobně jako jejich protějšky z NdFeB. K dosažení potřebné hustoty zeleného magnetu je zapotřebí tlak přibližně 100-300 MPa.
4. Spékání
Zhutněné feritové disky se poté podrobí delšímu výpalu při teplotě kolem 1200 °C ve vysoce oxidační atmosféře pece, aby se plně zhutnily, ale zároveň se nesnížil obsah oxidu železitého.
5. Obrábění a testování
Spékané feritové magnety mohou být před konečnou kontrolou vlastností, jako je magnetická pevnost a odpor, broušeny na toleranci. Žádná další magnetizace se neprovádí, protože ferit je již zmagnetizovaný z fáze zhutňování.
Lze tedy shrnout, že konvenční přístup práškové metalurgie umožňuje ekonomickou výrobu keramických feritových magnetů s využitím jednoduchých surových prekurzorů, nekomplikovaného zpracování a bez těžkých vzácných zemin.
Výběr správného složení diskového magnetu
Nyní, když jsme prozkoumali výrobní procesy hlavních typů diskových magnetů, jak vybrat nejlepší materiál pro vaši aplikaci?
Zde je rychlý srovnávací graf, který zahrnuje relativní magnetická pevnost, teplotní limity, odolnost proti korozi a náklady. pro běžné materiály diskových magnetů:
Materiál | Magnetická síla | Maximální provozní teplota | Odolnost proti korozi | Relativní náklady |
---|---|---|---|---|
NdFeB | Nejvyšší | Nízká (80 °C) | Nízká | Nejvyšší |
SmCo | Velmi vysoká | Velmi vysoká (300 °C) | Vysoká | Vysoká |
Lepený NdFeB | Mírná | Nízká (80 °C) | Střední | Střední |
Keramika / ferit | Nejnižší | Vysoká (250 °C) | Vysoká | Nejnižší |
Neodym (NdFeB) kotoučové magnety nabízejí s velkou rezervou nejsilnější magnetický výkon na jednotku objemu, ale jsou náchylné k oxidaci a ztrátě magnetismu při teplotách nad 80 °C.
Samariový kobalt (SmCo) vyměňuje část magnetické síly neodymu za mnohem větší teplotní odolnost a odolnost proti korozi, což je spojeno s vyššími náklady na suroviny.
Lepený neodym využívá bezkonkurenční výkon prášků NdFeB, ale kombinuje je ve snadno tvarovatelné polymerní matrici, která snižuje maximální provozní teplotu.
Nakonec, keramické (feritové) magnety složené z baryového nebo stronciového feritu mají nejnižší magnetický výkon, ale zároveň nejlepší odolnost proti korozi a tepelné vlastnosti a velmi nízké náklady.
Klíčové poznatky o složení diskového magnetu
Tímto končíme náš hluboký pohled na to, co moderní diskové magnety jsou vyrobeny a jak fungují klíčové výrobní procesy. Zde jsou některé z hlavních poznatků:
- Diskové magnety se skládají převážně z neodymového železoborového (NdFeB), samariumkobaltového (SmCo), vázaného NdFeB nebo keramického/feritového magnetického materiálu.
- Neodymové magnety mají nejvyšší pevnost, ale nižší odolnost proti teplu a korozi. SmCo vyměňuje některé magnetické vlastnosti za radikálně lepší tepelnou stabilitu a odolnost proti korozi.
- Lepené magnety poskytují střední magnetickou sílu a pohodlnou tvorbu, ale nižší teplotní limity. Keramické/feritové magnety mají nejnižší výkony s vynikající tepelnou a chemickou odolností.
- Výrobní techniky, jako je indukční tavení, tryskové frézování, lisování, spékání, obrábění, potahování a magnetizování, přeměňují tyto slitiny na přesné diskové magnety.
- Výběr optimálního složení diskového magnetu závisí na vašich požadavcích na magnetickou sílu, rozsah provozních teplot, odolnost vůči okolnímu prostředí, mechanické potřeby, geometrická omezení a rozpočtové hledisko, které je specifické pro danou aplikaci.
Doufáme, že vám tento průvodce poskytl zajímavé informace o materiálové vědě a konstrukci moderních diskových magnetů. Dejte mi vědět v komentářích, pokud máte nějaké další otázky!