Из чего сделаны дисковые магниты? Полное руководство

Дисковые магниты, также известные как круглые или цилиндрические магниты, невероятно полезны для самых разных целей. Но из чего именно сделаны эти сильные магниты?

В этом исчерпывающем руководстве вы, как профессионал дисковые магниты производительМы расскажем все, что вам нужно знать о составе и производстве современных дисковых магнитов.

Обзор материалов дисковых магнитов

Наиболее распространенные сегодня дисковые магниты изготавливаются из неодим-железо-бор (NdFeB). Также известный как неодимовые магниты или неомагниты, NdFeB предлагает самую высокую магнитную силу на единицу объема среди всех материалов постоянных магнитов.

Дисковые магниты NdFeB состоят из неодима, железа и бора в качестве основных компонентов. Другие элементы, такие как диспрозий, празеодим, кобальт, никель, ниобий и алюминий, могут быть добавлены в незначительных количествах для улучшения специфических свойств.

Например, диспрозий и празеодим повышают коррозионную стойкость. Кобальт повышает температуру Кюри. Никелевые и медные покрытия защищают от окисления.

Самарий-кобальт (SmCo) еще один ключевой редкоземельный магнитный материал, используемый для дисковых магнитов, когда требуется стабильность при высоких температурах. SmCo обладает отличной устойчивостью к размагничиванию, хотя его магнитная сила ниже по сравнению с NdFeB.

Есть также керамические или ферритовые магниты, которые состоят из карбоната стронция и соединений оксида железа. Хотя они менее мощные, чем редкоземельные магниты, керамические дисковые магниты обладают такими преимуществами, как низкая стоимость и устойчивость к коррозии.

Процесс производства дисковых магнитов NdFeB

Производство мощных магнитов NdFeB включает в себя тщательный контроль сложного, многоступенчатого прецизионного процесса:

1. Образование сплавов

Чистый неодим, железо, бор и другие элементы сначала переплавляют в смесь сплавов с помощью индукционных плавильных печей. Затем жидкая смесь сплавов отливается в слитки.

2. Деструктуризация и струйное измельчение

Слитки хрупкого сплава подвергаются деструкции с помощью газообразного водорода, в результате чего они превращаются в магнитный порошок. Затем этот порошок тонко измельчается в струйной мельнице до среднего размера частиц около 3 микрон.

3. Нажмите

Порошок NdFeB прессуется в пресс-форме с использованием методов экстремального осевого, поперечного или изостатического давления. Для ориентации частиц порошка применяется выравнивающее магнитное поле.

4. Спекание

Спрессованное "зеленое" тело магнита спекается при температуре, близкой к температуре плавления, в результате чего частицы сплавляются вместе. В ходе этого процесса магнит сжимается и уплотняется.

5. Отжиг и закалка

Спеченный магнит быстро нагревается, смачивается и охлаждается (закаливается) для формирования оптимальной металлургической микроструктуры и выравнивания кристаллов.

6. Обработка

Хрупкий спеченный магнитный блок требует алмазных инструментов для нарезки и шлифовки до окончательных размеров. Отверстия и другие сложные формы можно вырезать проволокой на станках EDM.

7. Нанесение покрытий и гальваника

Для защиты от коррозии наносится защитное покрытие типа никель-медь-никель. Также могут быть добавлены другие функциональные покрытия.

8. Намагничивание

Готовый магнит получает сильный насыщающий импульс в намагничивающем устройстве, чтобы сориентировать магнитные домены для достижения оптимальных магнитных характеристик.

И это основные этапы изготовления современных дисковых неодимовых магнитов! Далее рассмотрим процесс изготовления связных и керамических магнитов.

Как изготавливаются скрепленные дисковые магниты

В производстве магнитов на связках используется другой подход:

1. Струйное фрезерование

Как и в случае со спеченными магнитами, магниты на связке состоят из разрушенного сплава NdFeB, который тонко измельчается в магнитный порошок. Для гомогенизации смеси в струйную мельницу добавляется связующий полимер.

2. Смешивание с полимером

Далее порошок смешивается с пластичным или эластомерным связующим полимером, а также со смазками и отвердителями. Цель состоит в том, чтобы равномерно покрыть каждую частицу порошка.

3. Прессование и отверждение

Сырьевая смесь прессуется в форму дискового магнита с помощью компрессионного или литьевого формования. Полимер отверждается при повышенной температуре, в результате чего он застывает вокруг частиц порошка.

4. Намагничивание

Отвержденный корпус магнита можно намагнитить так же, как и спеченную деталь. Однако из-за того, что немагнитное связующее занимает объем, магнитная сила ниже при том же размере.

5. Покрытие (опционально)

После намагничивания можно нанести защитное покрытие для повышения устойчивости к коррозии и царапинам.

Таким образом, в дисковых магнитах со связью фаза спекания заменяется распределенной полимерной матрицей, удерживающей магнитные частицы вместе.

Связующее позволяет создавать более сложные формы, но ограничивает тепловые и магнитные характеристики. Теперь давайте рассмотрим производство обычных керамических магнитов.

Состав и изготовление керамического дискового магнита

1. Подготовка порошка

Дисковые магниты начинаются с подготовки порошка. Оксид железа восстанавливается из предшественника железа и измельчается до мелких частиц размером около 2 микрон. После раскисления и сушки полученный железный порошок проявляет мягкие ферромагнитные свойства.

Порошок карбоната стронция также взвешивается и измельчается в соответствии с выбранной стехиометрией.

2. Смешивание и прокаливание

Порошки карбоната железа и стронция тщательно перемешиваются для обеспечения однородности всей партии. Смешанный порошок подвергается прокаливанию при 900-1000°C для удаления летучих соединений, таких как CO2 и регулировать химический состав поверхности порошка.

3. Уплотнение

После шарового размола и добавления связующего керамический порошок прессуется в зеленые компакты с дисковыми магнитами с помощью приложенного магнитного поля, как и в случае с аналогами из NdFeB. Для достижения необходимой плотности зеленой массы требуется давление около 100-300 МПа.

4. Спекание

Затем спрессованные ферритовые диски подвергаются длительному обжигу при температуре около 1200°C в сильно окислительной атмосфере печи, чтобы полностью уплотнить их, но при этом избежать снижения содержания оксида железа.

5. Обработка и тестирование

Спеченные ферритовые магниты могут быть отшлифованы в соответствии с допуском перед окончательной проверкой свойств, таких как магнитная прочность и удельное сопротивление. Дополнительное намагничивание не производится, поскольку феррит уже намагничен на этапе уплотнения.

Таким образом, традиционный подход порошковой металлургии позволяет экономично производить керамические ферритовые магниты, используя преимущества простых исходных материалов, несложной обработки и отсутствия тяжелых редкоземельных металлов.

Выбор правильного состава дискового магнита

Теперь, когда мы рассмотрели производственные процессы, лежащие в основе основных типов дисковых магнитов, как выбрать лучший материал для вашего применения?

Вот краткая таблица сравнительных характеристик магнитная прочность, температурные пределы, коррозионная стойкость и стоимость для распространенных материалов дисковых магнитов:

Неодим (NdFeB) Дисковые магниты обладают самыми высокими магнитными характеристиками на единицу объема, но при этом подвержены окислению и потере магнетизма при температуре выше 80°C.

Самарий-кобальт (SmCo) Отказывается от части магнитной силы неодима в пользу более высокой термостойкости и коррозионной стойкости, а также более высокой стоимости сырья.

Неодимовый сплав В нем используются непревзойденные характеристики порошков NdFeB, но они объединены в легко формируемую полимерную матрицу, которая снижает максимальную температуру эксплуатации.

Наконец-то, керамические (ферритовые) магниты Ферриты бария или стронция имеют самую низкую магнитную мощность, лучшую коррозионную стойкость и термические свойства, а также очень низкую стоимость.

Основные выводы по составу дисковых магнитов

На этом мы закончим наш глубокий обзор того, что представляют собой современные дисковые магниты из чего они сделаны и как работают основные процессы производства. Вот некоторые из ключевых моментов:

• Дисковые магниты в основном состоят из неодимового железного бора (NdFeB), кобальта самария (SmCo), связанного NdFeB, или керамики/феррита в качестве магнитного материала.
• Неодимовые магниты обладают самой высокой прочностью, но меньшей термостойкостью и коррозионной стойкостью. SmCo обменивает некоторые магнитные характеристики на радикально лучшую термическую стабильность и устойчивость к коррозии.
• Магниты на связке обеспечивают промежуточную магнитную силу и удобное формирование, но более низкие температурные пределы. Керамические/ферритовые магниты имеют самую низкую мощность при исключительной термической и химической стойкости.
• Такие технологии производства, как индукционная плавка, струйное фрезерование, прессование, спекание, механическая обработка, нанесение покрытий и намагничивание, превращают эти сплавы в прецизионные дисковые магниты.
• Выбор оптимального состава дискового магнита зависит от ваших требований к магнитной силе, диапазону рабочих температур, устойчивости к воздействию окружающей среды, механических потребностей, геометрических ограничений и бюджетных соображений, а также от специфических факторов применения.

Надеемся, это руководство помогло вам разобраться в материаловедении и инженерном обеспечении современных дисковых магнитов. Дайте мне знать в комментариях, если у вас остались вопросы!