Magnesy neodymowe - SDM Magnetics

W 1984 r. Sagawa i Croat wynaleźli magnesy neodymowe równolegle, niemal w tym samym czasie. Faza główna magnesów neodymowych to Nd₂Fe₁₄B, a maksymalna gęstość energii to 280 kJ/m³. W wyniku pomyślnego rozwoju magnesów neodymowych ogłoszono powstanie magnesów trwałych ziem rzadkich trzeciej generacji. Magnesy neodymowe są nazywane także magnesami NdFeB, ponieważ składają się głównie z neodymu, żelaza i boru. Magnesy neodymowe można podzielić na magnesy spiekane , magnesy spajane tworzywami sztucznymi i magnesy prasowane na gorąco według szczegółowego procesu produkcji. Spiekane magnesy neodymowe nadal oferują najwyższą moc magnetyczną i są szeroko stosowane w całej gamie zastosowań, w tym w silnikach trwałych o wysokiej wydajności, silnikach bezszczotkowych DC, separatorach magnetycznych, urządzeniach obrazowania magnetycznego, czujnikach, głośnikach, elektronice użytkowej i zielonej energii.

Kategorie kształtu magnesów neodymowych

Magnesy neodymowe walcowe

Magnesy neodymowe płytkowe

Magnesy neodymowe pierścieniowe

Magnesy neodymowe pod wkręt

Kulki magnetyczne

Magnesy neodymowe segmentowe

Proces produkcji magnesów neodymowych

Wprowadzenie do procesu produkcji

Produkcja magnesów neodymowych odbywa się poprzez stapianie surowców w próżni lub atmosferze gazów obojętnych w piecu indukcyjnym do topienia i przetwarzanie w odlewarce taśmowej, a następnie schładzanie w celu wytworzenia stopu w formie taśmy. Taśmy są kruszone i proszkowane do postaci drobnoziarnistego proszku o wielkości cząsteczki od 3 do 7 mikronów. Proszek jest następnie zagęszczany w matrycy i spiekany w gęste bryły. Następnie półsurowiec jest poddawany obróbce mechanicznej w celu nadania konkretnych kształtów, obróbce powierzchni i namagnesowaniu.

Etapy produkcji magnesów neodymowych

Ważenie

Topienie i odlewanie taśmowe

Kruszenie wodorowe

Mielenie strumieniowe

Zagęszczanie

Spiekanie

Obróbka mechaniczna

Obróbka powierzchni

Magnesowanie

Pakowanie i wysyłka

Właściwości magnetyczne magnesów neodymowych

Klasa magnesów neodymowych

Klasy magnesów neodymowych są zwykle oznaczane literą N, liczbą i literą. Litera „N” jest skrótem od słowa „Neodymium” (neodym). Następująca po niej liczba oznacza maksymalną gęstość energii magnesu w jednostce CGS megagaus oersted (MOGe). Jedna lub dwie litery na końcu określają koercję wewnętrzną i maksymalną temperaturę pracy magnesów neodymowych. Koercja wewnętrzna klasy M (średnia), H (wysoka), SH (superwysoka), UH (ultrawysoka), EH (bardzo wysoka) i AH (anormalnie wysoka) wynosi odpowiednio powyżej 14, 17, 20, 25, 30, 35 kOe. Następnie maksymalna temperatura robocza może sięgać odpowiednio 100, 120, 150, 180, 200 i 230°C. Należy zauważyć, że niektóre klasy nie mają końcowych liter, w szczególności najlepiej znane N35 i N52. Koercja wewnętrzna tych klas jest wyższa niż 12 kOe, maksymalna temperatura pracy powinna być niższa niż 80°C.

Wykres właściwości magnetycznych magnesów neodymowych

Klasie	Remanencja Br		Koercja Hcb		Koercja wewnętrzna Hcj		Maksymalna gęstość energii (BH)max		Maksymalna temperatura pracy
Klasie	T	kGs	kA/m	kOe	kA/m	kOe	kJ/m³	MGOe	℃
N30	1.08-1.13	10.8-11.3	≥798	≥10.0	≥955	≥12	223-247	28-31	80
N33	1.13-1.17	11.3-11.7	≥836	≥10.5	≥955	≥12	247-271	31-34	80
N35	1.17-1.22	11.7-12.2	≥868	≥10.9	≥955	≥12	263-287	33-36	80
N38	1.22-1.25	12.2-12.5	≥899	≥11.3	≥955	≥12	287-310	36-39	80
N40	1.25-1.28	12.5-12.8	≥907	≥11.4	≥955	≥12	302-326	38-41	80
N42	1.28-1.32	12.8-13.2	≥915	≥11.5	≥955	≥12	318-342	40-43	80
N45	1.32-1.38	13.2-13.8	≥923	≥11.6	≥955	≥12	342-366	43-46	80
N48	1.38-1.42	13.8-14.2	≥923	≥11.6	≥955	≥12	366-390	46-49	80
N50	1.40-1.45	14.0-14.5	≥796	≥10.0	≥876	≥11	382-406	48-51	80
N52	1.43-1.48	14.3-14.8	≥796	≥10.0	≥876	≥11	398-422	50-53	80
N55	1.46-1.52	14.6-15.2	≥796	≥10.0	≥876	≥11	414-430	52-54	80
N35M	1.17-1.22	11.7-12.2	≥868	≥10.9	≥1114	≥14	263-287	33-36	100
N38M	1.22-1.25	12.2-12.5	≥899	≥11.3	≥1114	≥14	287-310	36-39	100
N40M	1.25-1.28	12.5-12.8	≥923	≥11.6	≥1114	≥14	302-326	38-41	100
N42M	1.28-1.32	12.8-13.2	≥955	≥12.0	≥1114	≥14	318-342	40-43	100
N45M	1.32-1.38	13.2-13.8	≥995	≥12.5	≥1114	≥14	342-366	43-46	100
N48M	1.37-1.43	13.7-14.3	≥1027	≥12.9	≥1114	≥14	366-390	46-49	100
N50M	1.40-1.45	14.0-14.5	≥1033	≥13.0	≥1114	≥14	382-406	48-51	100
N52M	1.43-1.48	14.3-14.8	≥1050	≥13.2	≥1114	≥14	398-422	50-53	100
N54M	1.45-1.50	14.5-15.0	≥1051	≥13.2	≥1114	≥14	414-438	52-55	100
N35H	1.17-1.22	11.7-12.2	≥868	≥10.9	≥1353	≥17	263-287	33-36	120
N38H	1.22-1.25	12.2-12.5	≥899	≥11.3	≥1353	≥17	287-310	36-39	120
N40H	1.25-1.28	12.5-12.8	≥923	≥11.6	≥1353	≥17	302-326	38-41	120
N42H	1.28-1.32	12.8-13.2	≥955	≥12.0	≥1353	≥17	318-342	40-43	120
N45H	1.32-1.36	13.2-13.6	≥963	≥12.1	≥1353	≥17	342-366	43-46	120
N48H	1.37-1.43	13.7-14.3	≥995	≥12.5	≥1353	≥17	366-390	46-49	120
N50H	1.40-1.45	14.0-14.5	≥1011	≥12.7	≥1353	≥17	382-406	48-51	120
N52H	1.43-1.48	14.3-14.8	≥1027	≥12.9	≥1353	≥17	398-422	50-53	120
N35SH	1.17-1.22	11.7-12.2	≥876	≥11.0	≥1592	≥20	263-287	33-36	150
N38SH	1.22-1.25	12.2-12.5	≥907	≥11.4	≥1592	≥20	287-310	36-39	150
N40SH	1.25-1.28	12.5-12.8	≥939	≥11.8	≥1592	≥20	302-326	38-41	150
N42SH	1.28-1.32	12.8-13.2	≥987	≥12.4	≥1592	≥20	318-342	40-43	150
N45SH	1.32-1.38	13.2-13.8	≥1003	≥12.6	≥1592	≥20	342-366	43-46	150
N48SH	1.37-1.43	13.7-14.3	≥1027	≥12.9	≥1592	≥20	366-390	46-49	150
N50SH	1.40-1.45	14.0-14.5	≥1003	≥12.6	≥1592	≥20	382-406	48-51	150
N28UH	1.04-1.08	10.4-10.8	≥764	≥9.6	≥1990	≥25	207-231	26-29	180
N30UH	1.08-1.13	10.8-11.3	≥812	≥10.2	≥1990	≥25	223-247	28-31	180
N33UH	1.13-1.17	11.3-11.7	≥852	≥10.7	≥1990	≥25	247-271	31-34	180
N35UH	1.17-1.22	11.7-12.2	≥860	≥10.8	≥1990	≥25	263-287	33-36	180
N38UH	1.22-1.25	12.2-12.5	≥876	≥11.0	≥1990	≥25	287-310	36-39	180
N40UH	1.25-1.28	12.5-12.8	≥899	≥11.3	≥1990	≥25	302-326	38-41	180
N42UH	1.28-1.32	12.8-13.2	≥899	≥11.3	≥1990	≥25	318-342	40-43	180
N45UH	1.32-1.36	13.2-13.6	≥908	≥11.4	≥1990	≥25	342-366	43-46	180
N48UH	1.37-1.43	13.7-14.3	≥908	≥11.4	≥1990	≥25	366-390	46-49	180
N28EH	1.04-1.08	10.4-10.8	≥780	≥9.8	≥2388	≥30	207-231	26-29	200
N30EH	1.08-1.13	10.8-11.3	≥812	≥10.2	≥2388	≥30	223-247	28-31	200
N33EH	1.13-1.17	11.3-11.7	≥836	≥10.5	≥2388	≥30	247-271	31-34	200
N35EH	1.17-1.22	11.7-12.2	≥876	≥11.0	≥2388	≥30	263-287	33-36	200
N38EH	1.22-1.25	12.2-12.5	≥899	≥11.3	≥2388	≥30	287-310	36-39	200
N40EH	1.25-1.28	12.5-12.8	≥899	≥11.3	≥2388	≥30	302-326	38-41	200
N42EH	1.28-1.32	12.8-13.2	≥899	≥11.3	≥2388	≥30	318-342	40-43	200
N45EH	1.32-1.36	13.2-13.6	≥899	≥11.3	≥2388	≥30	342-366	43-46	200
N28AH	1.04-1.08	10.4-10.8	≥787	≥9.9	≥2786	≥35	207-231	26-29	230
N30AH	1.08-1.13	10.8-11.3	≥819	≥10.3	≥2786	≥35	223-247	28-31	230
N33AH	1.13-1.17	11.3-11.7	≥843	≥10.6	≥2786	≥35	247-271	31-34	230
N35AH	1.17-1.22	11.7-12.2	≥876	≥11.0	≥2786	≥35	263-287	33-36	230
N38AH	1.22-1.25	12.2-12.5	≥899	≥11.3	≥2786	≥35	287-310	36-39	230
Powyższe dane dotyczące właściwości magnetycznych są podane przy temperaturze pokojowej. Maksymalna temperatura pracy magnesu zmienia się ze względu na stosunek długości do średnicy, grubość powłoki i inne czynniki środowiskowe.

Inne właściwości magnetyczne magnesów neodymowych

Parametry	Jednostka	Wartość
Współczynnik temperaturowy remanencji / α(Br)	%/℃	-0.08 ~ -0.13
Współczynnik temperaturowy koercja wewnętrzna / β(Hcj)	%/℃	-0.35 ~ -0.80
Temperatura Curie / T_c	℃	310-380
Przenikalność powrotna / μ_rec	–	1.05

Właściwości fizyczne magnesów neodymowych

Wprowadzenie do właściwości fizycznych

Oprócz trwałych właściwości magnetycznych i odporności na korozję, stabilność pracy magnesów neodymowych jest silnie związana z ich własnymi właściwościami fizycznymi. Oprócz regularnej gęstości i twardości, właściwości fizyczne magnesów neodymowych obejmują także właściwości mechaniczne, właściwości elektryczne i właściwości termiczne. Właściwości mechaniczne są mierzone głównie poprzez wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie i wytrzymałość na zginanie. Te trzy wskaźniki mają istotny wpływ na obrabialność i długotrwałą wydajność magnesów neodymowych. Właściwości elektryczne materiału metalicznego są mierzone poprzez opór elektryczny. Magnesy neodymowe cechują się relatywnie niskim oporem elektrycznym i wrażliwością na straty wiroprądowe przy zastosowaniu w maszynach wirowych. Właściwości termiczne magnesów neodymowych są zwykle charakteryzowane przez współczynnik rozszerzalności cieplnej. Rozszerzalność cieplna magnesów neodymowych z pewnością doprowadzi do zmiany wymiarów, magnesy w urządzeniach magnetycznych wytwarzają określone naprężenie z powodu zmiany wymiarów, jeśli różnica rozszerzalności między materiałami magnesów i zespołów jest relatywnie duża, co może powodować uszkodzenia mechaniczne i pogorszenie właściwości magnetycznych.

Wykres właściwości fizycznych magnesów neodymowych

Pozycje	Parametry	Jednostka	Wartość
Standardowe właściwości fizyczne	Gęstość / ρ	g/cm³	7.40-7.80
Standardowe właściwości fizyczne	Twardość Vickersa / HV	–	550-650
Właściwości elektryczne	Opór elektryczny	μΩ·m	1.4
Właściwości mechaniczne	Wytrzymałość na ściskanie	MPa	1050
	Wytrzymałość na rozciąganie	MPa	80
	Wytrzymałość na zginanie	MPa	290
Właściwości termiczne	Przewodność cieplna	W/(m·K)	6-8
Właściwości termiczne	Współczynnik rozszerzalności cieplnej	10^-6/K	C⊥: -1.5, C∥: 6.5.

Obróbka powierzchni magnesów neodymowych

Wprowadzenie do obróbki powierzchni

Magnesy samarowo-kobaltowe, których głównym składnikiem jest kobalt, cechują się najwyższą stabilnością chemiczną, dlatego magnesy samarowo-kobaltowe kwalifikują się do większości zastosowań bez obróbki powierzchni. Obróbka zabezpieczająca powierzchni jest niezbędna dla magnesów neodymowych, w szczególności spiekanych magnesów neodymowych. Faza bogata w Nd wykazuje bardzo silną skłonność do utleniania i tworzy akumulator główny z fazą główną Nd₂Fe₁₄B w warunkach wilgotności. Następnie faza bogata w Nd ulega korozji, cząsteczki fazy główne są stopniowo odrywane od korpusu magnesu. Obróbka zabezpieczająca powierzchni magnesów neodymowych dzieli się głównie na proces mokry i proces suchy. Często stosowany proces mokry obejmuje powlekanie prądowe, powlekanie bezprądowe, elektroforezę, powlekanie proszkowe i powlekanie przez zanurzenie. Ogólnie proces suchy zawiera fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD) i chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD).

Klasyfikacja obróbki powierzchni magnesów neodymowych

Powłoki	Grubość (μm)	Kolor	SST (H)	PCT (H)	Właściwości
BW-Zn	4-15	Jasnoniebieski	≥24	–	Druga powszechnie stosowana powłoka jednowarstwowa. Niska odporność na korozję.
Kolor-Zn	4-15	Kolor błyszczący	≥48	–	Odporność na korozję jest lepsza niż w BW-Zn.
Ni-Cu-Ni	5-20	Jasnosrebrny	≥48	≥48	Najpowszechniej stosowana powłoka wielowarstwowa. Doskonała wilgotność i odporność na mgłę solną.
Bezprądowy Ni	5-20	Ciemnosrebrny	≥72	≥48	Doskonała wilgotność i odporność na mgłę solną, jednolity wygląd.
Ni-Cu-Ni-Au	5-20	Złoty	≥72	≥96	Doskonałe przewodzenie elektryczne i właściwości dekoracyjne.
Ni-Cu-Ni-Ag	5-20	Srebrny	≥72	≥96	Doskonałe przewodzenie elektryczne i właściwości dekoracyjne.
Ni-Cu-Ni-Sn	5-20	Srebrny	≥72	≥96	Doskonałe przewodzenie elektryczne i właściwości dekoracyjne.
Fosforan	1-3	Ciemnoszary	–	–	Zabezpieczenie termiczne.
Aluminium	2-15	Jasnosrebrny	≥24	≥24	Zauważalna powłoka.
Żywica epoksydowa	10-30	Czarny/szary	≥72	≥72	Doskonała wilgotność i odporność na mgłę solną. Najwyższa siła wiązania.
Parylen	5-20	Bezbarwny	≥96	–	Doskonała odporność na wilgoć, mgłę solną, opary żrące i rozpuszczalniki. Bez porów.
Everlube	10-15	Złoto-żółty	≥120	≥72	Doskonała odporność na wilgoć.
Teflón	8-15	Czarny	≥24	≥24	Odporność na wysokie temperatury i ścieranie. Samoczynne smarowanie i 100% odporności na wodę.
Uwaga: na odporność powłoki na korozję wpływa kształt i rozmiar magnesów.

Kierunek magnesowania magnesów neodymowych

Wprowadzenie do procesu magnesowania

Proces magnesowania oznacza przykładanie pola magnetycznego do magnesów trwałych w określonym kierunku, a następnie stopniowe zwiększanie natężenia pola magnetycznego w celu nasycenia magnesów. Zwykle magnesy trwałe wymagają namagnesowania przed użyciem do zamierzonych zastosowań. Różne magnesy trwałe wymagają różnego natężenia pola magnetycznego w celu osiągnięcia nasycenia technicznego. Jako typ magnesów anizotropowych, magnesy neodymowe cechują się preferowanym kierunkiem magnesowania i umożliwiają różne konfiguracje biegunów pod warunkiem zgodności z orientacją magnesu.

Kierunki magnesowania magnesów neodymowych

Magnesowanie osiowe

Wielobiegunowe magnesowanie osiowe

Magnesowanie diametralne

Wielobiegunowe magnesowanie diametralne

Magnesowanie skośne

Magnesowanie promieniowe

Trend cen surowców do magnesów neodymowych

Koszt surowców stanowi największą część całkowitego kosztu magnesu. Zawartość głównego surowca, miszmetalu prazeodymowo-neodymowego (PrNd), w magnesach neodymowych wynosi ok. 30% wag. Fluktuacje trendu cen PrNd mają najbardziej bezpośredni wpływ na trend cen magnesów neodymowych. Ciężkie pierwiastki ziem rzadkich, dysproz (Dy) i terb (Tb), są zwykle stosowane w formie stopu DyFe i metalu Tb. Dy lub Tb mogą znacząco zwiększać koercję wewnętrzną magnesów neodymowych, ale przy ostrym wzroście kosztów. Dlatego rozwiązania bez DyTb, takie jak technologia dyfuzji granicy ziarna.