Vad är skivmagneter gjorda av? Den kompletta guiden

Skivmagneter, även kända som cirkulära eller cylindriska magneter, är otroligt användbara för en mängd olika applikationer. Men exakt vad är dessa starka magneter gjorda av?

I den här omfattande guiden kan du som professionell Tillverkare av skivmagneterkommer vi att gå igenom allt du behöver veta om sammansättning och tillverkning av moderna skivmagneter.

En översikt över skivmagnetmaterial

De vanligaste skivmagneterna idag är tillverkade av neodymjärnbor (NdFeB). NdFeB, som även kallas neodymmagneter eller neomagneter, erbjuder den högsta magnetiska styrkan per volymenhet av alla permanentmagnetmaterial.

NdFeB-skivmagneter består av neodym, järn och bor som sina viktigaste ingredienser. Andra element som dysprosium, praseodym, kobolt, nickel, niob och aluminium kan tillsättas i spårmängder för att förbättra specifika egenskaper.

Dysprosium och praseodymium bidrar till exempel till att förbättra korrosionsbeständigheten. Kobolt höjer Curie-temperaturen. Nickel- och kopparbeläggningar skyddar mot oxidation.

Samarium-kobolt (SmCo) är ett annat viktigt magnetmaterial av sällsynta jordartsmetaller som används för skivmagneter när stabilitet vid höga temperaturer behövs. SmCo erbjuder utmärkt motståndskraft mot avmagnetisering, även om deras magnetiska styrka är lägre jämfört med NdFeB.

Det finns också keramiska eller ferritmagnetersom består av strontiumkarbonat- och järnoxidföreningar. Även om de är mindre kraftfulla än sällsynta jordartsmagneter har keramiska skivmagneter fördelarna med låg kostnad och korrosionsbeständighet.

Tillverkningsprocess för NdFeB skivmagneter

Tillverkning av kraftfulla NdFeB-magneter kräver noggrann kontroll av en komplex precisionsprocess i flera steg:

1. Legeringsbildning

Rent neodym, järn, bor och eventuella andra element smälts först samman till en legeringsblandning i induktionssmältugnar. Den flytande legeringsblandningen gjuts sedan till göt.

2. Nedbrytning och jetfräsning

De spröda legeringsgötten sönderdelas med hjälp av vätgas till ett magnetiskt pulver. Pulvret finfördelas sedan i en jetkvarn till en genomsnittlig partikelstorlek på cirka 3 mikrometer.

3. Tryck på

NdFeB-pulvret pressas in i en gjutform med hjälp av extrema axiella, tvärgående eller isostatiska tryckmetoder. Ett inriktande magnetfält appliceras för att orientera pulverpartiklarna.

4. Sintring

Den sammanpressade "gröna" magnetkroppen sintras vid temperaturer nära smältpunkten, vilket gör att partiklarna smälter samman. Magneten krymper och förtätas under denna process.

5. Glödgning och släckning

Den sintrade magneten värms snabbt upp, blötläggs och kyls (släckas) för att bilda den optimala metallurgiska mikrostrukturen och kristallinriktningen.

6. Maskinbearbetning

Det spröda sintrade magnetblocket kräver diamantverktyg för att skäras och slipas ner till de slutliga måtten. Hål och andra komplexa former kan trådgnistas med hjälp av EDM-maskiner.

7. Beläggning och plätering

En skyddande beläggning som nickel-koppar-nickel appliceras för att skydda mot korrosionsmedel. Andra funktionella beläggningar kan också läggas till.

8. Magnetisering

Den färdiga magneten får en stark mättnadspuls i en magnetiserare för att orientera de magnetiska domänerna för optimal magnetisk prestanda.

Och det är de viktigaste stegen för att tillverka moderna neodymmagneter! Låt oss nu undersöka tillverkningsprocessen för bondade och keramiska magneter.

Hur bondade skivmagneter tillverkas

Bondade magneter kräver ett annat tillvägagångssätt vid tillverkningen:

1. Jetfräsning

Precis som sintrade magneter börjar bondade magneter med en avbruten NdFeB-legering som finmalts till ett magnetiskt pulver. En bindande polymer tillsätts i jetkvarnen för att homogenisera blandningen.

2. Blandning med polymer

Pulvret blandas vidare med en plast- eller elastomerbindande polymer, tillsammans med smörjmedel och härdare. Målet är att varje pulverpartikel ska beläggas jämnt.

3. Pressning och härdning

Råvarublandningen pressas till skivmagnetens form med hjälp av kompressions- eller formsprutning. Den härdar vid förhöjd temperatur, vilket gör att polymeren stelnar runt pulverpartiklarna.

4. Magnetisering

Den härdade, bundna magnetkroppen kan magnetiseras precis som en sintrad del. Men på grund av att det icke-magnetiska bindemedlet tar upp volym är den magnetiska styrkan lägre per samma storlek.

5. Ytbeläggning (tillval)

En skyddande beläggning kan appliceras efter magnetisering för att öka korrosions- och reptåligheten.

Sammanfattningsvis ersätter bondade skivmagneter sintringsfasen med en distribuerad polymermatris för att hålla samman de magnetiska partiklarna.

Bindemedlet möjliggör mer komplexa former men begränsar den termiska och magnetiska prestandan. Låt oss nu titta på konventionell produktion av keramiska magneter.

Sammansättning och tillverkning av keramiska skivmagneter

1. Beredning av pulver

Skivmagneter börjar med pulverberedning. Järnoxid reduceras från en järnprekursor och kulkvarnas till en fin partikelstorlek på cirka 2 mikrometer. Efter avoxidering och torkning uppvisar det resulterande järnpulvret ett mjukt ferromagnetiskt beteende.

Strontiumkarbonatpulver vägs också och mals för att matcha den valda stökiometrin.

2. Blandning och kalcinering

Järn- och strontiumkarbonatpulvren blandas noggrant för att säkerställa homogenitet i hela satsen. Det blandade pulvret genomgår kalcinering vid 900-1000°C för att avlägsna flyktiga föreningar som CO2 och justera pulverytans kemi.

3. Packning

Efter kulfräsning och tillsats av bindemedel komprimeras det keramiska pulvret till gröna kompakter med skivmagneter med hjälp av ett applicerat magnetfält, ungefär som NdFeB-komponenterna. Ett tryck på cirka 100-300 MPa krävs för att uppnå nödvändig grön densitet.

4. Sintring

De komprimerade ferritskivorna genomgår sedan en förlängd bränning vid ca 1200°C i en starkt oxiderande ugnsatmosfär för att förtätas helt men utan att minska ferrioxidhalten.

5. Maskinbearbetning och provning

De sintrade ferritmagneterna kan slipas till tolerans innan de slutliga egenskaperna kontrolleras, t.ex. magnetisk styrka och resistivitet. Ingen ytterligare magnetisering görs eftersom ferriten redan är magnetiserad från komprimeringsstadiet.

Sammanfattningsvis kan sägas att den konventionella pulvermetallurgiska metoden möjliggör ekonomisk tillverkning av keramiska ferritmagneter genom att utnyttja enkla råprekursorer, okomplicerad bearbetning och inga tunga sällsynta jordartsmetaller.

Att välja rätt sammansättning för skivmagneter

Nu när vi har undersökt tillverkningsprocesserna bakom de viktigaste skivmagneterna, hur väljer du det bästa materialet för din applikation?

Här är ett snabbt jämförelsediagram som täcker de relativa magnetisk styrka, temperaturgränser, korrosionsbeständighet och kostnad för de vanligaste skivmagnetmaterialen:

Neodym (NdFeB) skivmagneter erbjuder den starkaste magnetiska prestandan per volymenhet med stor marginal men är känsliga för oxidation och förlust av magnetism över 80°C.

Samarium-kobolt (SmCo) byter ut en del av den magnetiska styrkan hos neodym mot mycket högre temperaturbeständighet och korrosionsbeständighet, tillsammans med högre råvarukostnader.

Bondad neodymium har de oöverträffade egenskaperna hos NdFeB-pulver men kombinerar dem i en lättformad polymermatris som sänker den maximala driftstemperaturen.

Äntligen, keramiska (ferrit-) magneter som består av barium- eller strontiumferrit har den lägsta magnetiska effekten men bästa korrosionsbeständighet och termiska egenskaper, tillsammans med mycket låga kostnader.

Viktiga slutsatser om skivmagneternas sammansättning

Det avslutar vår djupa titt på vad modern skivmagneter är tillverkade av och hur de viktigaste tillverkningsprocesserna fungerar. Här är några av de viktigaste lärdomarna:

• Skivmagneter består huvudsakligen av neodymjärnbor (NdFeB), samariumkobolt (SmCo), bunden NdFeB eller keramik/ferrit som magnetiskt material.
• Neodymmagneter ger den högsta styrkan men har lägre värme- och korrosionsbeständighet. SmCo byter ut viss magnetisk prestanda mot radikalt bättre termisk stabilitet och korrosionsbeständighet.
• Bondade magneter ger medelhög magnetisk styrka och bekväm bildning men lägre temperaturgränser. Keramiska/ferritmagneter har den lägsta uteffekten med enastående termisk och kemisk beständighet.
• Tillverkningstekniker som induktionssmältning, jetfräsning, pressning, sintring, maskinbearbetning, beläggning och magnetisering omvandlar dessa legeringar till skivmagneter med hög precision.
• Valet av den optimala skivmagnetkompositionen beror på dina krav på magnetisk styrka, driftstemperaturområde, miljötålighet, mekaniska behov, geometriska begränsningar och budgetöverväganden bland applikationsspecifika faktorer.

Förhoppningsvis gav den här guiden dig en god inblick i materialvetenskap och teknik för moderna skivmagneter. Låt mig veta i kommentarerna om du har några andra frågor!