Неодимовый магнит: сила сцепления

Задумывались ли вы когда-нибудь, какие факторы определяют истинную силу сцепления неодимового магнита?? Это частый вопрос, задаваемый нашими клиентами, которые заинтересованы в понимании ключевых факторов, влияющих на способность магнита надежно удерживать предметы.

Неодим — это металлический элемент с ферромагнитными свойствами, то есть он может намагничиваться подобно железу. Однако его магнетизм проявляется только при очень низких температурах. Температура Кюри неодима составляет 19 К (-254.2 °C; -425.5 °F), выше которой его ферромагнетизм исчезает. Тем не менее, в сочетании с переходными металлами, такими как железо, соединения неодима могут иметь температуру Кюри, превышающую комнатную температуру. Эти соединения обычно используются в производстве неодимовых магнитов, которые широко доступны на сайте https://rosmagnit.ру/.

Сила неодимовых магнитов определяется несколькими факторами. Одним из важнейших факторов является уникальная кристаллическая структура Nd₂Fe₁₄B, обладающий необычайно высокой одноосной магнитокристаллической анизотропией (CHAS)_A≈ 7T — напряженность магнитного поля H в единицах А/м в зависимости от магнитного момента в А-м²). Это означает, что кристаллический материал преимущественно намагничивается вдоль определенной оси, что затрудняет его намагничивание в других направлениях. В процессе производства неодимовые магниты выравниваются с помощью мощного магнитного поля, обеспечивающего, чтобы все микрокристаллические зерна имели магнитные оси, направленные в одну сторону. Сильная устойчивость кристаллической решетки к изменению направления намагниченности придает соединению высокую коэрцитивную силу, то есть высокую устойчивость к размагничиванию.

Атомы неодима обладают большим магнитным дипольным моментом благодаря наличию 4 неспаренных электронов в их электронной структуре, по сравнению с 3 неспаренными электронами в железе. В магните именно эти неспаренные электроны с их выровненными спинами создают магнитное поле. В результате получается Nd₂Fe₁₄Соединение B имеет высокую намагниченность насыщения (J_s ≈ 1.6 Т или 16 кт) и остаточной намагниченностью около 1.3 тесла. Поскольку максимальная плотность энергии пропорциональна J_s², Эта магнитная фаза способна накапливать значительное количество магнитной энергии (BH_{Максимальный}≈ 512 кДж/м³ или 64). По объему это значение магнитной энергии примерно в 18 раз больше, чем у "обычного" ферритовых магнитов и в 12 раз больше по массе. Магнитная энергия сплавов NdFeB также выше, чем у магнитов из самарий-кобальта (SmCo), первого типа редкоземельных магнитов, которые были запущены в производство. Конкретные магнитные свойства неодимовых магнитов зависят от таких факторов, как состав сплава, микроструктура и технология изготовления.

Nd₂Fe₁₄ Кристаллическая структура B характеризуется слоями, состоящими из атомов железа и соединений неодима и бора, которые чередуются друг с другом. Присутствие диамагнитных атомов бора не оказывает прямого влияния на магнетизм, а скорее усиливает когезию за счет образования прочных ковалентных связей. Неодимовые магниты сравнительно более доступны по цене, чем самарий-кобальтовые, благодаря меньшему содержанию редкоземельных элементов (около 12%) и разным пропорциям неодима и железа по отношению к самарию и кобальту.

Проблемы коррозии

После того как эти неодимовые магниты находились под воздействием погодных условий в течение пяти месяцев, они подверглись значительной коррозии.

Спеченный Nd₂Fe₁₄Магниты B особенно подвержены коррозии, особенно по границе зерен. Этот тип коррозии может привести к серьезным повреждениям, таким как распад магнита на мелкие магнитные частицы или отслаивание поверхностного слоя.

Для защиты от этой уязвимости на многие коммерческие изделия наносится защитное покрытие, предотвращающее воздействие атмосферы. Обычно используется никелирование или двухслойное медно-никелевое покрытие, хотя могут применяться и другие металлы или полимерные и лаковые покрытия.

Прочность магнита на растяжение и сдвиг

При выборе неодимового магнита важно учитывать его силу сцепления. Эта характеристика играет важную роль в его работе в качестве вешалки.

Рекомендуется выбирать магнит с достаточным запасом мощности, чтобы обеспечить надежный захват.

Следует учитывать два типа силы сцепления: силу отрыва и силу сдвига. Значение каждого из них зависит от конкретных задач, для которых будет использоваться магнит.

• Сила, необходимая для отрыва магнитного материала от поверхности, называется прочностью на разрыв. Свойства продукта описывают его способность притягиваться и прилипать к гладкому, плоскому стальному листу толщиной не менее 20 мм. Однако в реальных условиях фактическая сила сцепления, скорее всего, будет меньше указанного значения из-за несовершенства условий.
• Когда магнит движется вдоль поверхности изделия, возникает сила сцепления на сдвиг. Это значение обычно составляет 15-50% от силы отрыва.
• Если нагрузка превышает указанный предел, магнит отсоединяется от вертикальной поверхности. Например, прямоугольный магнит размером 20x10x4 мм может выдержать растягивающую нагрузку в 4 кг, но его предельная нагрузка на сдвиг составит около 1.8 кг.
• Сила сдвига часто является решающей характеристикой для неодимовых магнитов во многих областях применения.

На силу сдвига влияет множество факторов. Например, на шероховатых поверхностях она немного ниже, чем на гладких и плоских. Кроме того, сила сцепления слабее, когда магнит прикреплен к более тонким металлам. Кроме того, объекты не всегда полностью соприкасаются с магнитной поверхностью, и большая площадь контакта приводит к более сильному притяжению.

Однако важно помнить и о других переменных. Например, разные металлы и сплавы не все обладают одинаковым уровнем магнетизма. Кроме того, если на изделие нанесено лакокрасочное или полимерное покрытие, или оно заржавело, сила сцепления может быть немного снижена.

Также стоит рассмотреть класс неодимовых сплавов. Магнитная энергия возрастает по мере увеличения серийного номера сплава. Например, N45 N38.

Таким образом, сила сцепления магнита зависит от следующих основных факторов:

• Размер изделия;
• Марка магнитного сплава;
• Способ крепления — отрыв или срез;
• Толщина и шероховатость металлической основы;
• Площадь сцепления контактных поверхностей;
• Наличие лакокрасочных покрытий и ржавчины.

Чтобы упростить процесс разделения двух магнитов, рекомендуется прикладывать не тянущее, а срезающее усилие.

Какой класс у неодимового магнита?

Задумывались ли вы когда-нибудь о значении букв и цифр на этикетке магнита?? Буква "N" обозначает марку сплава, а следующее число — класс — максимальная магнитная сила в мегаГауссах-Эрстедах (1 мегаГаусс-Эрстед ≈ 0.8 кгс). Когда речь идет о покупке магнитов, обычно можно встретить изделия от N35 до N52. Наиболее популярные марки — N38 и N45. Если вам нужен магнит с очень сильным сцеплением и ограниченным пространством, выбирайте более высокие марки. В противном случае выгоднее использовать два магнитодержателя N38 вместо одного N52.

Таблица. Сплавы и их магнитные свойства.

Усиление магнита

Чтобы понять, как увеличить силу магнита, мы должны понять процесс намагничивания. Это произойдет, если магнит будет расположен во внешнем магнитном поле с ориентацией, противоположной исходному полю. Однако увеличение мощности электромагнита происходит при усилении тока питания или увеличении числа витков обмотки.

Вы можете усилить интенсивность магнита с помощью стандартного набора необходимого оборудования: клея, набора магнитов (обязательно постоянных), источника питания и изолированного провода. Эти элементы понадобятся для реализации методов усиления силы магнита, которые представлены ниже.

Усиление более мощным магнитом

Эта техника предполагает усиление первоначального магнита за счет использования более сильного магнита. Для этого магнит необходимо поместить во внешнее магнитное поле другого магнита с большей силой. Для этой цели можно также использовать электромагниты. Как только магнит оказывается в поле большего магнита, происходит усиление. Однако следует отметить, что результат этого процесса непредсказуем, так как он варьируется для каждого отдельного элемента.

Усиление за счет добавления других магнитов

Общеизвестно, что каждый магнит имеет два полюса, и каждый полюс притягивается к противоположному знаку другого магнита, а отталкивается от соответствующего полюса. Один из интересных методов увеличения силы магнита предполагает использование клейких и дополнительных магнитов. В этом случае мы добавляем дополнительные магниты, чтобы усилить конечную мощность. Как и следовало ожидать, чем больше магнитов задействовано, тем выше будет результирующая сила. Единственное, что необходимо учитывать — это то, что магниты должны быть с одинаковыми полюсами. Согласно законам физики, они по своей природе будут отталкиваться друг от друга. Тем не менее, цель состоит в том, чтобы успешно соединить их вместе, невзирая на физические трудности. Настоятельно рекомендуется использовать для этой цели специально разработанный клей для металла.

Метод усиления с использованием точки Кюри

В науке существует явление, известное как точка Кюри. Подвергая магнит воздействию тепла или холода по отношению к этой конкретной точке, можно либо увеличить, либо уменьшить его силу. Следовательно, если температура превысит точку Кюри или опустится значительно ниже нее, магнит потеряет свои магнитные свойства.

Стоит отметить, что поведение магнита при нагревании или охлаждении относительно точки Кюри характеризуется скачкообразным изменением, а это значит, что, достигнув нужной температуры, можно увеличить его силу.

Метод №1

Если вы задаетесь вопросом, как увеличить силу магнита, если его мощность регулируется электрическим током, вы можете добиться этого, увеличив силу тока, подаваемого на катушку. При этом мощность электромагнита будет увеличиваться вместе с силой тока. Однако очень важно постепенно увеличивать силу тока, чтобы избежать риска перегорания магнита.

Метод нет. 2

Чтобы реализовать эту технику, необходимо увеличить число оборотов, сохранив при этом неизменной длину. Другими словами, вы можете добавить один или два дополнительных ряда проволоки, чтобы достичь большего общего числа оборотов.

Где можно использовать неодимовые магниты?

С момента своего появления эти магниты неизменно занимают первое место как самые прочные и устойчивые к размагничиванию. Бесчисленные современные научные достижения в таких областях, как моторостроение, медицина и электроника, были бы просто невозможны без них. Не говоря уже о том, что они невероятно полезны для различных повседневных занятий, таких как работа дома и в офисе, хобби, а также моделирование и ювелирное дело.

Уникальные примеры бытового применения — практические рекомендации:

• Для фиксации и крепления вывесок, табличек, крючков, полок, фотографий, произведений искусства и других элементов интерьера.
• В качестве держателей для москитных сеток и винтов на различных инструментах, сувениров или напоминаний на холодильнике.
• Эффективно организовать и хранить инструменты, ключи, ножи и различные мелкие предметы в мастерской.
• Для извлечения небольших металлических предметов в труднодоступных местах и удаления металлического мусора.
• Идеально подходит для очистки моторного и трансмиссионного масла.
• Идеально подходит для обследования стен с целью обнаружения скрытой фурнитуры.
• Надежный крепеж для дверей шкафов, люков и крышек гробов.
• Удобны для создания устройств для очистки окон снаружи.
• Маленькие магниты можно использовать при изготовлении открыток ручной работы, папок, украшений и застежек для сумок.
• Необходимы для проведения экспериментов и выполнения фокусов.
• С помощью магнитов можно закрепить фонарь в нужном положении, прикрепить предметы к кузову автомобиля, закрыть оборудование брезентовым чехлом или закрепить скатерть на столе под открытым небом.
• Создайте магнитные держатели для штор.
• В ремесле, искусстве и творчестве используйте магниты для соединения деталей вместе.

Существуют различные способы прикрепления магнитов к неметаллическим материалам, например приклеивание их на основу, вшивание в ткань или кожу или использование клейкой ленты. Любой термопластичный или эпоксидный клей, например "Момент" можно использовать для склеивания.