Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса разработали новый тип высокоэффективных постоянных магнитов, который должен устранить дефицит обычных постоянных магнитов на основе самария и неодима. Основой нового магнита является структура магнитов на основе соединения самария и кобальта (SmCo5), но большая часть атомов дефицитного и дорогостоящего кобальта заменена атомами железа и никеля. Современные неодимовые магниты имеют преимущество перед магнитами на основе самария и кобальта по энергетическим показателям. Новый же магнит устраняет большинство известных недостатков SmCo5-магнитов, сохранив их изначальную высокотемпературную эффективность.

К сожалению, замена абсолютно большинства атомов кобальта атомами железа, имеющими больший магнитный момент, делает шестиугольную кристаллическую решетку материала магнита термодинамически нестабильной. Ученые из Ливерморской национальной лаборатории смогли обойти проблему нестабильности, добавив в кристаллическую решетку “стабилизирующие” атомы никеля.

Используя расчеты моделей электронной структуры нового магнита SmCoNiFe3 показали, что этот магнит обладает рядом замечательных магнитных свойств и способен заменить SmCo5- или неодимовые магниты во множестве областей их применения. “Это весьма своевременное открытие” – рассказывает Пе Содерлинд (Per Soderlind), ведущий исследователь, – “Цены на кобальт подскочили в два раза только за прошедший год, что связано с использованием этого материала в литий-ионных аккумуляторных батареях. Железо, которым мы заменили кобальт, весьма недорого и доступно”.

В настоящее время исследователи ожидают получения патента на разработанный ими новый вид постоянных магнитов. А после получения патента они приступят к разработке метода производства таких магнитов в промышленных масштабах.

Справка:

Неодимовые магниты — чрезвычайно мощные магниты, которые выполнены из редкоземельных металлов. Также известны как Neo магнит, NIB или NdFeB. В большинстве случаев это сплав неодима, железа и бора, который образует Nd2Fe14B тетрагональную кристаллическую структуру.

Неодимовый магнит:

1. Выделяется высокой стойкостью к размагничиванию.
2. Отличается высокой мощностью притяжения.
3. Имеет металлический внешний вид.
4. Крайне востребован, он применяется в различных областях электроники, промышленности, медицины и в быту.

Первыми странами, которые освоили производство неодимовых магнитов, стали Япония и США. Именно активно развивающий потенциал данных стран стимулировал появление новых технологий создания постоянных магнитов. Впервые неодимовый магнит был разработан компанией General Motors совместно Sumitomo Special Metals в 1982 году. На текущий момент — это сильнейшие постоянные магниты из целого перечня коммерчески доступных. Магниты имеют величину магнитной энергии, которая более чем в 18 раз превышает энергию обычных магнитов.

Состав нового магнита имел следующий состав:

1. Бор.
2. Железо.
3. Металл лантаноидной группы – неодим.

Последний элемент в составе нового сплава относится к редкоземельным, он выполняет функции главного звена в составе сплава. Бор в сплаве имеется в ничтожных количествах, железо же является связующим элементом.

Благодаря подобному составу магниты обладают невероятно большой сцепной силой. С ними ферритовые магниты по данному показателю просто не сравнятся. К примеру, если соединить два мощных ферритовых кольца между собой, то приложив определенное усилие, можно при помощи рук разъединить их. С неодимовыми магнитами выполнить подобное просто не получится. Два неодимовых магнита, соединившись между собой, разлепить голыми руками без применения приспособлений будет невозможно.

Цена первых неодимовых магнитов, которые появились в середине 90-х годов прошлого века в свободной продаже, была достаточно высока. На текущий момент их стоимость несколько снизилась, но она все равно остается высокой. Объясняется это сравнительно большой редкостью неодима, в том числе патентной борьбой разных производителей и разработчиков магнитов.

Существует большое разнообразие марок и форм неодимовых магнитов. Разнообразная форма неодимовых магнитов вызвана различным их назначением. Так они могут иметь форму конусов, цилиндров, колец, сфер, шаров, прямоугольников, дисков и тому подобное. С применением ингредиентов неодимовых магнитов также создаются пластичные материалы, которые имеют магнитные свойства. К примеру, это магнитный винил.

Магниты можно классифицировать:

1. По магнитной энергии.
2. По диапазону рабочих температур.
3. По габаритам.
4. По силе сцепления.

В зависимости от марки магниты различаются по диапазонам рабочих температур:

1. Марка N (Normal) — до 80 С, то есть при нормальных температурах.
2. Марка M (Medium) — до 100 С, то есть при повышенных температурах.
3. Марка H (High) – до 120 С, то есть при высоких температурах.
4. Марка SH (Super High) — до 150 С.
5. Марка UH (Ultra High) — до 180 С.
6. Марка EH (Extra High) — до 200 С.

Цифры, которые указаны в обозначении класса магнитов: 40UH, 38SH, 33M, N30 и так далее, указывают на магнитную энергию, она измеряется в кДж на кубический метр. Данный критерий отвечает за мощность, то есть «усилие на отрыв», которое требуется для приложения к магниту, чтобы произвести отрыв от поверхности. Чем будет выше обозначение магнита, тем станет выше усилие на отрыв. В то же время «сила на отрыв» будет зависеть также от веса и размера магнита. К примеру, магнит 2520 мм будет на порядок легче оторвать, к примеру, от стального листа, чем магнит площадью 405 мм.

Магниты также дифференцируются на классы с учетом величины их магнитного момента на одну единицу объема. Классы неодимовых магнитов:

1. N35-N52;
2. N33M-N48M;
3. N30H-N45H;
4. N30SH-N42SH;
5. N30UH-N35UH;
6. N28EH-N35EH.

Применения и особенности

1. Длительность службы неодимовых магнитов составляет минимум 30 лет, в случае надлежащего применения и хранения он может быть на порядок больше. Но в некоторых условиях их можно легко вывести из строя, а также безвозвратно испортить их. Неодимовые магниты являются совершенно не гибкими. Они могут ломаться при определенной нагрузке и даже трескаться, в том числе терять свои свойства.
2. Падение магнита или удар по нему может привести к откалыванию частиц магнита, что может привести к снижению сцепных свойств. К тому же достаточно сильный удар способен привести к потере свойств магнита. Поэтому следует избегать падений неодимовых магнитов, в том числе там, где возможны удары друг о друга частей и деталей или падения.
3. Магнитные свойства магнита при воздействии высокой температуры теряются безвозвратно. В зависимости от текущей марки магнита, предел нагревания может находиться в пределах 80-250 градусов Цельсия. В случае нагревании выше нормативной температуры у магнита теряются все свойства. Саморазмагничивание неодимовых магнитов составляет порядка 1% за 10 лет. Данный показатель является довольно высоким.
4. Обработка неодимового магнита почти невозможна. При создании серийных образцов магнитов после покупки для какой-нибудь цели будет практически невозможно придать магниту какую-либо иную форму. Обусловлено это тем, что сверление сплава, резка режущим инструментом или шлифовка может привести к возгоранию сплава. В том числе высокая температура, которая будет выделяться при трении, будет вызывать вредное воздействие на сам магнит, а также его свойства.

Неодимовые магниты довольно широко используются в промышленности, их применяют при проведении разнообразных экспериментов и опытов в области электротехники и физики.

1. Мощными магнитами оснащаются фильтры, улавливающие мелкие металлические частицы в жидкостях или газах.
2. Магниты из неодимового сплава также находят применение в производстве сувениров и игрушек.
3. Магниты благодаря высокой сцепной силе применяются для поиска металлических предметов, которые залегают под землей. Сегодня их активно применяют поисковики, занимающиеся реставрацией техники времен войны.
4. Неодимовые сплавы применяются для создания магнитного крепежа, при помощи которого выполняется крепление различных предметов.
5. Для соединения деталей конструкций из металла: крепкого, однако легко разъединяемого при необходимости.
6. Для крепления жалюзи, штор и иных элементов, связанных с окнами.
7. Создания левитирующих предметов интерьера, мебели. В последнее время многие дизайнеры, да и обычные творческие люди при помощи неодимовых магнитов делают свои столы, подставки, подносы, кровати по-настоящему парящими.
8. Создания генераторов свободной энергии, генераторов Тесла, магнитных клапанов, генераторов Серла, магнитных туннелей и датчиков Холла. Магниты высоких классов применяются в Большом Адронном Коллайдере.
9. Магниты весьма широко применяются в медицине, к примеру, в аппаратах магнитно-резонансной томографии, а также для устранения болей при артрите.
10. Неодимовые магниты могут находить широкое применение в быту, начиная от сантехники, а также заканчивая креплением фотографий или календаря к холодильнику.
11. Магниты применяются в создании компьютерных жестких дисков.
12. Выравнивания небольших царапин и вмятин на музыкальных инструментах и деталях. Достаточно лишь приложить мощный неодимовый магнит с одной стороны детали, а также крупный стальной шарик с иной.
13. Очистка технических жидкостей и моторных масел автомобиля от посторонних металлических частиц и примесей, ведущих к износу двигателя.
14. Омагничивание воды. Ряд врачей рекомендуют пить воду, которая обработана магнитным полем с целью повышения иммунитета и улучшения самочувствия.
15. Магниты применяются для создания легких, компактных, но очень мощных генераторов электрического тока, к примеру, ветроустановок, гидроэлектростанций, а также иных объектов альтернативной энергетики.

Достоинства и недостатки

К достоинствам неодимовых магнитов можно отнести:

1. Мощность притяжения в десятки раз превышает силу обычного магнита.
2. Они пользуются спросом у крупных производителей, однако их можно приобрести и для бытового применения. Магниты продаются в специальных магазинах и обычных интернет-магазинах.
3. Благодаря довольно большой мощности размагничивание не происходит длительное время. За 10 лет происходит лишь 1% размагничивания.
4. Возможность широкого применения в различных отраслях промышленности.
5. Маленький вес и компактные размеры в сравнении с иными магнитами при одинаковой силе сцепления.

К недостаткам неодимовых магнитов можно отнести:

1. Магниты могут быть опасны для здоровья и окружающих изделий в неопытных и неумелых руках. Они могут повредить обшивку металлической мебели, автомобиля и даже стен. Их нельзя давать детям.
2. Магниты весьма тяжело расцепляются, что в определенных случаях является большим недостатком.
3. Негативное влияние на работу электроники.
4. Магниты не выдерживают сильных падений и ударов.
5. Теряют свои свойства при сравнительно высоких температурах.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!