Nam châm NdFeB

Nam châm Neodymium / Nam châm NdFeB là gì?

Loại phổ biến nhất củanam châm đất hiếmlà một nam châm neodymium, thường được gọi là nam châm NdFeB, NIB hoặc Neo.Neodymium, sắt và bo được kết hợp để tạo ra cấu trúc tinh thể tứ giác Nd2Fe14B của nam châm vĩnh cửu.Nam châm Neodymium là loại nam châm vĩnh cửu mạnh nhất hiện có trên thị trường.Chúng được phát triển riêng vào năm 1984 bởi General Motors và Sumitomo Special Metals.

Tùy thuộc vào phương pháp sản xuất được sử dụng, nam châm NdFeB có thể được phân loại làthiêu kếthoặc ngoại quan.Trong nhiều ứng dụng của hàng hóa hiện đại cần nam châm vĩnh cửu mạnh, chẳng hạn như động cơ điện trong dụng cụ không dây, ổ đĩa cứng và ốc vít từ tính, chúng đã thay thế các loại nam châm khác.

Giải thích về sức mạnh

Neodymium là một kim loại phản sắt từ thể hiện các đặc tính từ khi nó ở dạng nguyên chất, nhưng chỉ ở nhiệt độ dưới 19 K (254,2 °C; 425,5 °F).Các hợp chất neodymium với các kim loại chuyển tiếp sắt từ như sắt, có nhiệt độ Curie cao hơn nhiều so với nhiệt độ phòng, được sử dụng để tạo ra nam châm neodymium.

Sức mạnh của nam châm Neodymium là sự kết hợp của nhiều thứ khác nhau.Đáng kể nhất là tính dị hướng từ tinh thể một trục cực cao của cấu trúc tinh thể tứ phương Nd2Fe14B (HA 7 T - cường độ từ trường H tính theo đơn vị A/m so với momen từ tính trong Am2).Điều này chỉ ra rằng một tinh thể của chất này ưu tiên từ hóa dọc theo một trục tinh thể nhất định nhưng lại cực kỳ khó từ hóa theo các hướng khác.Hợp kim nam châm neodymium, giống như các nam châm khác, được làm bằng các hạt vi tinh thể trong quá trình sản xuất được sắp xếp thẳng hàng trong một từ trường mạnh sao cho các trục từ của chúng đều hướng về cùng một hướng.Hợp chất này có lực kháng từ cực cao, hoặc khả năng chống khử từ, do mạng tinh thể chống lại sự thay đổi hướng từ tính của nó.

Nam châm NdFeB thiêu kết
Nam châm nén NdFeB ngoại quan

Bởi vì nó chứa bốn electron chưa ghép cặp trong cấu trúc electron của nó so với (trung bình) ba ở sắt, nên nguyên tử neodymium có thể có một momen lưỡng cực từ đáng kể.Các electron chưa ghép cặp trong một nam châm được sắp xếp sao cho spin của chúng hướng về cùng một hướng sẽ tạo ra từ trường.Điều này dẫn đến từ hóa bão hòa mạnh đối với tổ hợp Nd2Fe14B (Js 1,6 T hoặc 16 kG) và từ hóa dư điển hình là 1,3 teslas.Kết quả là, pha từ tính này có khả năng lưu trữ lượng năng lượng từ tính đáng kể (BHmax 512 kJ/m3 hoặc 64 MGOe), vì mật độ năng lượng cao nhất tỷ lệ với Js2.

Giá trị năng lượng từ tính này lớn hơn khoảng 18 lần về thể tích và 12 lần về khối lượng so với nam châm ferrite "thông thường".Samarium coban (SmCo), loại nam châm đất hiếm đầu tiên được bán trên thị trường, có mức năng lượng từ tính này thấp hơn so với các hợp kim NdFeB.Các đặc tính từ tính của nam châm neodymium thực sự bị ảnh hưởng bởi vi cấu trúc, quy trình sản xuất và thành phần của hợp kim.

Các nguyên tử sắt và tổ hợp neodymium-boron được tìm thấy ở các lớp xen kẽ bên trong cấu trúc tinh thể Nd2Fe14B.Các nguyên tử bo nghịch từ thúc đẩy sự gắn kết thông qua các liên kết cộng hóa trị mạnh nhưng không góp phần trực tiếp vào từ tính.Nam châm neodymium rẻ hơn so với nam châm samarium-coban do nồng độ đất hiếm tương đối thấp (12% theo thể tích, 26,7% theo khối lượng), cũng như sự sẵn có tương đối của neodymium và sắt so với samarium và coban.

Đặc tính

Lớp:

Tích năng lượng cực đại của nam châm neodymium—tương ứng với sản lượng từ thông trên một đơn vị thể tích—được sử dụng để phân loại chúng.Nam châm mạnh hơn được biểu thị bằng các giá trị cao hơn.Có một phân loại được chấp nhận chung trên toàn thế giới cho nam châm NdFeB thiêu kết.Chúng có giá trị từ 28 đến 52. Neodymium, hoặc nam châm NdFeB thiêu kết, được biểu thị bằng chữ N đầu tiên trước các giá trị.Các giá trị được theo sau bởi các chữ cái biểu thị lực kháng từ bên trong và nhiệt độ hoạt động tối đa, tương quan thuận với nhiệt độ Curie và nằm trong khoảng từ mặc định (lên đến 80 °C hoặc 176 °F) đến TH (230 °C hoặc 446 °F) .

lớp củanam châm NdFeB thiêu kết:

N30-N56, N30M-N52M, N30H-N52H, N30SH-N52SH, N28UH-N45UH, N28EH-N42EH, N30AH-N38AH

Tính hấp dẫn:

Trong số các đặc điểm quan trọng được sử dụng để tương phản nam châm vĩnh cửu là:

tàn dư(Br),trong đó định lượng sức mạnh của từ trường.

cưỡng chế(Hci),khả năng chống khử từ của vật liệu.

Sản phẩm năng lượng tối đa(BH tối đa),giá trị lớn nhất của mật độ từ thông (B) lần

cường độ từ trường, đo mật độ năng lượng từ trường (H).

Nhiệt độ Curie (TC), điểm tại đó một chất không còn từ tính.

đường cong khử từ

Nam châm Neodymium vượt trội so với các loại nam châm khác về độ từ dư, lực kháng từ và sản phẩm năng lượng, nhưng thường có nhiệt độ Curie thấp hơn.Terbium và dysprosium là hai hợp kim nam châm neodymium đặc biệt đã được tạo ra với nhiệt độ Curie cao hơn và khả năng chịu nhiệt độ cao hơn.Hiệu suất từ ​​tính của nam châm Neodymium tương phản với các loại nam châm vĩnh cửu khác trong bảng dưới đây.

Nam châm Br(T) hcj(kA/m) BHmaxkJ/m3 TC
(℃) ( ℉)
Nd2Fe14B, thiêu kết 1,0-1,4 750-2000 200-440 310-400 590-752
Nd2Fe14B, liên kết 0,6-0,7 600-1200 60-100 310-400 590-752
SmCo5, thiêu kết 0,8-1,1 600-2000 120-200 720 1328
Sm(Co, Fe, Cu, Zr)7 thiêu kết 0,9-1,15 450-1300 150-240 800 1472
AlNiCi, thiêu kết 0,6-1,4 275 10-88 700-860 1292-1580
Sr-Ferrite, thiêu kết 0,2-0,78 100-300 10-40 450 842

vấn đề ăn mòn

Ranh giới hạt của nam châm thiêu kết đặc biệt dễ bị ăn mòn trong Nd2Fe14B thiêu kết.Loại ăn mòn này có thể dẫn đến thiệt hại đáng kể, chẳng hạn như lớp bề mặt bị vỡ hoặc nam châm bị vỡ vụn thành bột gồm các hạt từ tính nhỏ.

Nhiều hàng hóa thương mại giải quyết rủi ro này bằng cách bao gồm lớp phủ bảo vệ để ngăn tiếp xúc với môi trường.Các lớp mạ phổ biến nhất là niken, niken-đồng-niken và kẽm, trong khi các kim loại khác cũng có thể được sử dụng, cũng như lớp bảo vệ bằng polyme và sơn mài.lớp phủ.

Hiệu ứng nhiệt độ

Neodymium có hệ số âm, nghĩa là khi nhiệt độ tăng lên, cả lực kháng từ và mật độ năng lượng từ trường tối đa (BHmax) đều giảm xuống.Ở nhiệt độ môi trường, nam châm neodymium-sắt-bo có lực kháng từ cao;tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng trên 100 °C (212 °F), lực kháng từ nhanh chóng giảm xuống cho đến khi đạt đến nhiệt độ Curie, tức là khoảng 320 °C hoặc 608 °F.Sự giảm lực kháng từ này hạn chế hiệu quả của nam châm trong các ứng dụng nhiệt độ cao như tua-bin gió, động cơ lai, v.v. Để ngăn hiệu suất giảm do biến động nhiệt độ, terbi (Tb) hoặc dysprosi (Dy) được thêm vào, làm tăng giá thành của nam châm nam châm.

Các ứng dụng

Bởi vì sức mạnh cao hơn của nó cho phép sử dụng các nam châm nhỏ hơn, nhẹ hơn cho một ứng dụng nhất định, nam châm neodymium đã thay thế nam châm alnico và ferrite trong vô số ứng dụng trong công nghệ hiện đại, nơi cần có nam châm vĩnh cửu mạnh.Dưới đây là một số ví dụ:

Đầu truyền động cho đĩa cứng máy tính

Công tắc đốt thuốc lá điện tử cơ học

Ổ khóa cửa

Tai nghe và loa

loa điện thoại di động & bộ truyền động lấy nét tự động

Đĩa cứng máy tính
khớp nối từ tính và vòng bi

động cơ servo& Động cơ đồng bộ

Động cơ nâng và máy nén

Động cơ trục chính và động cơ bước

Động cơ dẫn động xe hybrid và xe điện

Máy phát điện cho tua-bin gió (kích từ bằng nam châm vĩnh cửu)

động cơ servo

cuộn dây bằng giọng nói

Bộ tách trường hợp phương tiện bán lẻ

Nam châm neodymium mạnh mẽ được sử dụng trong các ngành công nghiệp chế biến để thu giữ các vật thể lạ và bảo vệ các sản phẩm cũng như quy trình.

Sức mạnh ngày càng tăng của nam châm neodymium đã truyền cảm hứng cho những ứng dụng mới như móc cài trang sức từ tính, bộ xây dựng từ tính cho trẻ em (và các loại nam châm neodymium khácđồ chơi nam châm), và là một phần của cơ chế đóng của thiết bị nhảy dù thể thao hiện tại.Chúng là kim loại chính trong nam châm đồ chơi để bàn phổ biến một thời được gọi là "Buckyballs" và "Buckycubes", tuy nhiên, một số cửa hàng ở Hoa Kỳ đã chọn không bán chúng do lo ngại về an toàn cho trẻ em và chúng đã bị cấm ở Canada cho cùng một lý do.

Với sự xuất hiện của máy quét hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) mở được sử dụng để xem cơ thể trong các khoa X quang như một giải pháp thay thế cho nam châm siêu dẫn, sức mạnh và tính đồng nhất từ ​​trường của nam châm neodymium cũng đã mở ra những khả năng mới trong ngành y tế.

Nam châm neodymium được sử dụng để điều trị bệnh trào ngược dạ dày thực quản như một hệ thống chống trào ngược được cấy ghép bằng phẫu thuật, là một dải nam châm được phẫu thuật cấy ghép xung quanh cơ vòng thực quản dưới (GERD).Chúng cũng đã được cấy vào các ngón tay để cho phép cảm nhận từ trường, mặc dù đây là một hoạt động thử nghiệm mà chỉ những kẻ tấn công sinh học và máy nghiền mới quen thuộc.

Tất cả nam châm NdFeB

Nam châm NdFeB thiêu kết có chất lượng từ tính cao nhất và được sử dụng trong một số lĩnh vực, bao gồm chốt cửa, động cơ, máy phát điện và các bộ phận công nghiệp nặng.

Nam châm nén ngoại quan mạnh hơn nam châm đúc.

Nam châm NdFeB ép nhựa là một vật liệu composite thế hệ mới bao gồm bột và nhựa từ tính vĩnh cửu, với chất lượng dẻo và từ tính đặc biệt, cũng như độ chính xác cao và khả năng chống chịu lực.


ứng dụng chính

Nhà sản xuất nam châm vĩnh cửu và cụm từ tính