Millest on valmistatud kettamagnetid? Täielik juhend

Kettamagnetid, mida tuntakse ka ringikujuliste või silindriliste magnetite nime all, on uskumatult kasulikud mitmesuguste rakenduste jaoks. Kuid millest täpselt on need tugevad magnetid valmistatud?

Selles põhjalikus juhendis on professionaalse kettamagnetite tootjakäsitleme kõike, mida peate teadma kaasaegsete ketasmagnetite koostise ja valmistamise kohta.

Ülevaade kettamagnetite materjalidest

Kõige levinumad kettamagnetid on tänapäeval valmistatud neodüümiraudboor (NdFeB). NdFeB, mida tuntakse ka kui neodüümimagnete või neomagneteid, pakub kõige suuremat magnetilist tugevust ruumalaühiku kohta mis tahes püsimagnetmaterjalist.

NdFeB-kettamagnetid koosnevad põhikomponentidena neodüümist, rauast ja boorist. Muid elemente, nagu düprosium, praseodüüm, koobalt, nikkel, nioobium ja alumiinium, võib lisada jälgedes, et parandada konkreetseid omadusi.

Näiteks aitavad düsprosium ja praseodüüm parandada korrosioonikindlust. Kobalt suurendab Curie-temperatuuri. Nikkel- ja vaskkatted kaitsevad oksüdeerumise eest.

Samaarium-kobalt (SmCo) on teine oluline haruldaste muldmetallide magnetmaterjal, mida kasutatakse kettamagnetite puhul, kui on vaja kõrge temperatuuri stabiilsust. SmCo pakub suurepärast vastupidavust demagnetiseerumisele, kuigi nende magnetiline tugevus on NdFeB-ga võrreldes väiksem.

Samuti on olemas keraamilised või ferriitmagnetid, mis koosnevad strontsiumkarbonaadist ja raudoksiidi ühenditest. Keraamiliste ketasmagnetite eelised on odavus ja korrosioonikindlus, kuigi need on vähem võimsad kui haruldaste muldmetallide magnetid.

NdFeB ketasmagnetite tootmisprotsess

Võimsate NdFeB-magnetite valmistamine eeldab keerulise, mitmeastmelise täpsusprotsessi hoolikat kontrollimist:

1. Sulami moodustamine

Puhas neodüüm, raud, boor ja muud elemendid sulatatakse esmalt induktsioonsulatusahjude abil sulamiks. Seejärel valatakse vedel sulamist segu valuplokkideks.

2. Dekrüpteerimine ja jugade freesimine

Haprad sulamist valuplokid lagundatakse vesinikugaasi abil magnetiliseks pulbriks. Seejärel jahvatatakse see pulber pihustusveskis peeneks, nii et osakeste keskmine suurus on umbes 3 mikronit.

3. Vajutamine

NdFeB-pulber pressitakse vormi, kasutades äärmuslikku aksiaalset, põikisuunalist või isostaatilist survet. Pulbriosakeste orienteerimiseks rakendatakse joondusmagnetvälja.

4. Sintreerimine

Kokkupressitud "roheline" magnetkeha paagutatakse temperatuuril, mis on sulamistemperatuuri lähedal, mis põhjustab osakeste sulamist. Selle protsessi käigus magnet kahaneb ja tiheneb.

5. Lõõmutamine ja kustutamine

Paagutatud magnet kuumutatakse, leotatakse ja jahutatakse (jahutatakse) kiiresti, et moodustada optimaalne metallurgiline mikrostruktuur ja kristallide paigutus.

6. Töötlemine

Hõreda paagutatud magnetploki tükeldamiseks ja lõplikele mõõtmetele lihvimiseks on vaja teemantlõikevahendeid. Auke ja muid keerulisi kujundeid võib lõigata traadiga, kasutades EDM-masinaid.

7. Pindamine ja katmine

Korrosiooniainete vastu kaitsmiseks kantakse nikkel-vask-nikkel tüüpi kaitsekate. Võib lisada ka muid funktsionaalseid katteid.

8. Magnetiseerimine

Valmis magnet saab magnetiseerijas tugeva küllastusimpulsi, et magnetilised domeenid oleksid optimaalse magnetilise jõudluse saavutamiseks orienteeritud.

Ja need on peamised sammud kaasaegsete neodüümkettamagnetite valmistamiseks! Järgnevalt uurime seotud ja keraamiliste magnetite tootmisprotsessi.

Kuidas on valmistatud liimitud ketasmagnetid

Liimitud magnetite valmistamisel kasutatakse teistsugust lähenemist:

1. Joatoru freesimine

Nagu paagutatud magnetid, algavad ka seotud magnetid lagunenud NdFeB-sulamist, mis peenestatakse magnetpulbriks. Segu homogeniseerimiseks lisatakse pihustusveskisse siduv polümeer.

2. Segamine polümeeriga

Pulber segatakse täiendavalt plastilise või elastomeerse sidumispolümeeriga koos määrdeainete ja kõvenemisvahenditega. Eesmärk on ühtlaselt katta iga pulbriosakest.

3. Pressimine ja kuivatamine

Toorainesegu pressitakse pressimis- või survevalu abil kettamagneti kujule. See kõveneb kõrgendatud temperatuuril, mis põhjustab polümeeri kõvenemise pulbriosakeste ümber.

4. Magnetiseerimine

Kõvenenud liimitud magnetkeha saab magnetiseerida nagu paagutatud osa. Kuid kuna mittemagnetiline sideaine võtab mahtu, on magnetiline tugevus sama suuruse kohta väiksem.

5. Pinnakate (valikuline)

Korrosiooni- ja kriimustuskindluse suurendamiseks võib peale magnetiseerimist kanda kaitsekihi.

Seega kokkuvõttes asendavad seotud ketasmagnetid paagutusfaasi jaotatud polümeermatriigiga, mis hoiab magnetosakesi koos.

Sideaine võimaldab keerulisemaid kujundeid, kuid piirab termilisi ja magnetilisi omadusi. Vaatleme nüüd tavapäraste keraamiliste magnetite tootmist.

Keraamiline ketasmagnet Koostis ja valmistamine

1. Pulbri valmistamine

Plaadimagnetid algavad pulbri ettevalmistamisega. Raudoksiid redutseeritakse raua lähteainest ja jahvatatakse peeneks, umbes 2 mikroni suuruste osakesteks. Pärast desoksüdeerimist ja kuivatamist on saadud rauapulber pehme ferromagnetiline.

Strontsiumkarbonaadi pulber kaalutakse ja jahvatatakse vastavalt valitud stöhhiomeetriale.

2. Segamine ja kaltsineerimine

Raua- ja strontsiumkarbonaatpulbrid segatakse põhjalikult, et tagada homogeensus kogu partiis. Segatud pulber kaltsineeritakse 900-1000 °C juures, et eemaldada lenduvad ühendid, nagu näiteks CO2 ja reguleerida pulbri pinna keemiat.

3. Tihendamine

Pärast kuulijahvatust ja sideaine lisamist tihendatakse keraamiline pulber ketasmagnetiga rohelisteks tihenditeks, kasutades sarnaselt NdFeB-ga rakendatud magnetvälja. Vajaliku rohelise tiheduse saavutamiseks on vaja rõhku umbes 100-300 MPa.

4. Sintreerimine

Seejärel läbivad tihendatud ferriitkettad pikema põletamise umbes 1200 °C juures tugevalt oksüdeerivas ahjuatmosfääris, et täielikult tihendada, kuid vältida raudoksiidi sisalduse vähenemist.

5. Töötlemine ja katsetamine

Sulatatud ferriitmagnete võib enne lõplike omaduste, näiteks magnetilise tugevuse ja eritakistuse kontrollimist tolerantsi järgi lihvida. Täiendavat magnetiseerimist ei tehta, kuna ferriit on juba tihendamisetapis magnetiseeritud.

Seega kokkuvõttes võimaldab tavapärane pulbermetallurgia lähenemine toota keraamilisi ferriitmagnete ökonoomselt, kasutades ära lihtsaid tooraine lähteaineid, lihtsat töötlemist ja raskete haruldaste muldmetallide puudumist.

Õige kettamagneti koostise valimine

Nüüd, kui me oleme tutvunud peamiste kettamagnetite tootmisprotsessidega, kuidas valida parim materjal teie rakenduse jaoks?

Siin on kiire võrdlustabel, mis hõlmab suhtelist magnetiline tugevus, temperatuuripiirid, korrosioonikindlus ja maksumus tavapäraste magnetkettamaterjalide puhul:

Neodüüm (NdFeB) kettamagnetid pakuvad suurel määral kõige tugevamat magnetilist võimsust ruumalaühiku kohta, kuid on tundlikud oksüdeerumise ja magnetismi kadumise suhtes üle 80 °C.

Samaarium-kobalt (SmCo) vahetab osa neodüümi magnetilisest tugevusest välja palju suurema temperatuuri- ja korrosioonikindluse vastu, kuid samas on tooraine kulud suuremad.

Seotud neodüüm kasutab NdFeB-pulbrite võrratuid omadusi, kuid ühendab need kergesti vormitavasse polümeermatriksi, mis alandab maksimaalset töötemperatuuri.

Lõpuks, keraamilised (ferriit)magnetid mis koosnevad baarium- või strontsiumferriidist, on madalaima magnetilise võimsusega, kuid samas parima korrosioonikindlusega ja soojusomadustega ning väga odavate kuludega.

Peamised järeldused kettamagneti koostise kohta

See lõpetab meie sügava ülevaate sellest, mida kaasaegne kettamagnetid on valmistatud ja kuidas peamised tootmisprotsessid toimivad. Siin on mõned peamised järeldused:

• Plaadimagnetid koosnevad peamiselt neodüümi rauaboorist (NdFeB), samariumkobaltist (SmCo), seotud NdFeB-st või keraamilisest/ferriidist kui magnetilisest materjalist.
• Neodüümmagnetid on kõige tugevamad, kuid nende soojus- ja korrosioonikindlus on madalam. SmCo vahetab mõningaid magnetilisi omadusi radikaalselt parema termilise stabiilsuse ja korrosioonikindluse vastu.
• Liimitud magnetid pakuvad keskmist magnetilist tugevust ja mugavat moodustumist, kuid madalamaid temperatuuripiiranguid. Keraamiliste/ferriitmagnetite väljundid on kõige madalamad, kuid nende termiline ja keemiline vastupidavus on silmapaistev.
• Tootmistehnikad, nagu induktsioonsulatus, jugafreesimine, pressimine, paagutamine, mehaaniline töötlemine, katmine ja magnetiseerimine, muudavad need sulamid täpseteks ketasmagnetiteks.
• Optimaalse kettamagneti koostise valimine sõltub teie nõudmistest magnetilise tugevuse, töötemperatuuride vahemiku, keskkonnakindluse, mehaaniliste vajaduste, geomeetriliste piirangute ja eelarve kaalutlustest ning rakendusspetsiifilistest teguritest.

Loodetavasti andis see juhend teile terava ülevaate kaasaegsete ketasmagnetite materjaliteadusest ja -tehnoloogiast. Andke kommentaarides teada, kui teil on veel küsimusi!