Neodymové magnety (FeNdB)

Neodymové magnety (FeNdB)

Permanentní magnety na bázi FeNdB (se vzorcem $\text{Nd}_2\text{Fe}_{14}\text{B}$) obsahují neodym, dysprosium a případně praseodym. Průmyslově se vyrábějí zhruba od roku 1982 spékáním (sintrováním) jemně rozemletých substancí. Dosahují vůbec nejvyšších hodnot vnitřní magnetické energie a umožňují značnou miniaturizaci při zachování vysoké přídržné síly.
Vyrábějí se spékáním (sintrováním) velmi jemně rozemletých substancí, neboť jejich přímé slévání není možné – viz Technologie výroby. Tyto magnety umožňují značnou miniaturizaci rozměrů, protože dosáhnou stejné přídržné síly při mnohem menších rozměrech, než např. feritové magnety nebo magnety Alnico.

Síla a bezpečnost

Neodymové magnety (NdFeB) jsou nejsilnější permanentní magnety na světě. I malý kvádr o rozměrech několika centimetrů dokáže udržet desítky kilogramů. Jsou tvrdé a poměrně křehké, proto je nutné dbát zvýšené opatrnosti při manipulaci, v blízkosti jiných magnetů nebo železa hrozí jejich náraz a skřípnutí prstů či vznik odštěpků

Vlastnosti a odolnost

  • Magnetické vlastnosti: Dělí se do mnoha tříd (např. N35 až N52, případně tepelně odolnější varianty H, SH, UH, EH), které se liší remanencí, koercivitou a maximální teplotou použití (obvykle 70 až 200 °C).

  • Koroze: Jsou náchylné ke korozi, proto se opatřují povrchovými úpravami (zinkování, niklování, epoxy lak) nebo se vyrábějí speciální vakuovou technologií (HAST magnety) zajišťující životnost desítky let.

  • Alternativa / plastomagnety: Vznikají smícháním prášku FeNdB s plastovým pojidlem. Umožňují složitější tvary a přesné tolerance, avšak za cenu nižší magnetické energie.

Třída
materiálu

KoercivitaRemanenceMax. součinMax. teplota
použití
HcBHcjBr [mT](BH)max [kJ/m3]oC
[kA/m]
N35≥868≥9551170-1210263-28790
N38≥868≥9551210-1250287-31090
N40≥835≥9551260-1290318-32490
N42≥835≥9551290-1320324-34280
N45≥835≥9551330-1370342-36680
N50≥842≥8761400-1440324-34270
N52≥842≥8761440-1470394-41470
N30H≥810≥13531080-1120232-239120
N33H≥842≥13531140-1170247-263120
N35H≥868≥13531170-1210263-279120
N38H≥915≥13531220-1260287-303120
N40H≥915≥13531260-1290303-318120
N42H≥899≥13531290-1320318-334120
N44H≥923≥12741330-1360334-350110
N30SH≥804≥15921080-1120223-239150
N33SH≥844≥15921140-1170247-263150
N35SH≥860≥15921170-1210263-279150
N38SH≥860≥15921210-1250287-302150
N40SH≥860≥15921260-1290303-318150
N42SH≥907≥15121300-1330318-334140
N30UH≥804≥19901080-1120223-239180
N35UH≥836≥19901170-1210263-278180
N38UH≥907≥19901220-1260287-303180
N30EH≥804≥23881080-1120223-239200
N33EH≥820≥23881140-1170247-263200
N35EH≥860≥23881170-1210263-279200

Teplotní odolnost magnetů FeNdB
 

Fyzikálně-chemické vlastnosti neodymových magnetů

Hlavní fyzikální parametry neodymových magnetů shrnuje následující tabulka.

VeličinaRozměrVelikost
Hustotag/cm37.5
lbs/in30.27
Pevnost v tlakuMPa1050
psi1.5x105
Pevnost v tahuMPa78
psi1.1x104
Pevnost v ohybuMPa270
psi3.9x105
Youngův modul pružnostiMPa160x103
psi2.3x107
Odolnost proti vzniku trhlinKIC(N/mm3/2)80
Elektrický odporW·m1.4x10-6
Tvrdost podle VickerseHv600
Curieova teplota°C310
Tepelná vodivostW/m·K7
Měrné teploJ/(kg·K)450
Koeficient teplotní roztažnosti
(20-100°C)		1/KKolmo k ose-1x10-6
Rovnoběžně
s osou		7x10-6

Neodymové magnety jsou tvrdé a poměrně křehké, což je nutno mít na paměti zejména při manipulaci zmagnetovaných výrobků v blízkosti ostatních magnetů nebo feromagnetických materiálů (železa,...). Křehkost do určité míry snižují povrchové úpravy (viz dále).

Neodymové magnety jsou obecně náchylné ke korozi, proto jsou opatřovány povrchovými úpravami jako elektrochemické zinkování, niklování nebo lakování epoxy lakem nebo se zvyšuje jejich korozivzdornost speciální technologií (tzv. HAST magnety). Ta spočívá ve zpracování surovin ve vakuu, čímž se zabrání vzniku oxidačních produktů, které jsou iniciátory korozních procesů. Následující obrázek dokumentuje rozdíl mezi běžným magnetem FeNdB bez povrchové úpravy s magnetem z HAST materiálu po korozním testu PCT podle IEC 68-2-66.
 

Běžný neodymový magnetHAST neodymový magnet
        Běžný neodymový magnet                                        HAST neodymový magnet

Při tomto testu je magnet podroben působení vodních par při teplotě 130oC, tlaku 2,6 bar a 100% relativní vlhkosti po dobu 7 dnů. Kritérium pro HAST materiál je maximální úbytek hmotnosti 5 mg na 1 cm2 plochy magnetu. Pokud magnet těmto podmínkám vyhoví, je reálný předpoklad, že při běžných klimatických podmínkách odolá korozi po dobu minimálně 50 let. Pochopitelně v náročnějších podmínkách, zejména v tropických oblastech s vysokou vlhkostí vzduchu nebo v přímořských oblastech s vyšší koncentraci soli v ovzduší je odolnost proti korozi nižší a zpravidla je nutná ochrana vhodným povlakem.
 

Plastomagnety FeNdB

Kromě klasických sintrovaných neodymových magnetů, se vyrábějí také magnety, kde je práškový materiál FeNdB smíchám s plastovým pojidlem. Předností těchto magnetů je dosažení přesnějších rozměrových tolerancí a možnost výroby složitých tvarů včetně kompozitních sestav s jinými materiály a součástmi (např. s hřídelí rotoru elektromotoru). Nevýhodou je podstatně nižší vnitřní magnetická energie oproti sintrovaným magnetům.
 

Použití neodymových magnetů

Neodymový magnet má řadu využití v aplikacích, kde je potřeba vyvinout silnou magnetickou interakci (přídržnou sílu) nebo tam, kde záleží na malých rozměrech. Jsou to např. rotory a statory motorů, lineární motory, magnetické spojky a brzdy, magnetické polarizátory tekutin, magnetické separátory, systémy proti krádežím v obchodech. Dále se magnety ze vzácných zemin používají např. v těchto oblastech : automaty a roboty, automobily, hračky, kuchyňské stroje, pračky, myčky, náramkové hodinky, výpočetní technika apod.

Magnety se vyrábějí v hotových tvarech jednal lisováním do forem, jednak elektrojiskrovým obráběním lisovaných bloků, přičemž prvním způsobem lze dosáhnout vyšší magnetické vlastnosti. Tvar a rozměry magnetu lze mírně upravit broušením. Je však potřeba chlazení, aby se broušené ploch nezahřívaly a nedošlo tak ke ztrátě magnetizace (viz tabulka magnetických vlastností - max. teplota použití).

Plastem pojené magnety se vyrábějí lisováním do formy a jejich následné opracování není nutné.