En permanentmagnet är en produkt gjord av ett hårt magnetiskt material med hög restmagnetisk induktion som upprätthåller ett magnetiseringstillstånd under lång tid. Permanenta magneter tillverkas i olika former och används som autonoma (förbrukande inte energi) källor för ett magnetfält .
Permanenta magneter gjorda av magnetit har använts inom medicin sedan urminnes tider. Drottning Kleopatra av Egypten bar en magnetisk amulett. I det antika Kina tog Imperial Book of Internal Medicine upp frågan om att använda magnetiska stenar för att korrigera Qi- energin i kroppen - "levande kraft". I senare tider talade stora läkare och filosofer om magneternas välgörande effekter: Aristoteles , Avicenna , Hippokrates . På medeltiden behandlade hovläkaren Gilbert , som publicerade On the Magnet, drottning Elizabeth I för artrit med en permanent magnet. Den ryske läkaren Botkin tillgrep metoderna för magnetoterapi .
Det första konstgjorda magnetiska materialet var kolstål, härdat till martensitstrukturen och innehållande cirka 1,2–1,5 % kol. De magnetiska egenskaperna hos sådant stål är känsliga för mekaniska och termiska påverkan. Under driften av permanentmagneter baserade på det observerades fenomenet "åldrande" av stålets magnetiska egenskaper.
Att legera sådant stål med volfram och krom upp till 3 %, och senare med kobolt upp till 6 %, tillsammans med krom upp till 6 %, gjorde det möjligt för Dr Honda från Tohok University att skapa en ny typ av stål - KS - med hög magnetisering och betydande tvångskraft. För att få höga magnetiska egenskaper utsattes stålet för en viss värmebehandling. Den höga restinduktionen för KS stålmagneter uppnåddes genom att minska avmagnetiseringsfaktorn. För detta tillverkades ofta magneter i en långsträckt hästskoform.
Studier av legeringars magnetiska egenskaper har visat att de i första hand beror på materialets mikrostruktur. År 1930 uppnåddes ett kvalitativt språng för att få en ny mikrostruktur av härdande legeringar, och 1932, genom att legera KS-stål med nickel , aluminium och koppar , erhöll Dr. T. Miskima MK-stål.
Detta är ett betydande steg i utvecklingen av ett antal legeringar, som senare fick det allmänna namnet Alnico (enligt de ryska standarderna UNDK).
Ett betydande genombrott på detta område gjordes på 1930-talet av japanska vetenskapsmän, Dr Yogoro Kato och Dr. Takeshi Takei från Tokyo Institute of Technology . Ersättningen av en del av järnoxid i magnetit med koboltoxid under syntesen av ferrit med keramisk teknologi ledde till skapandet av en fast lösning av kobolt och järnferriter. Tvångskraften för denna typ av ferrit nådde 48–72 kA/m (600–900 Oe). I Japan dök kommersiella ferritmagneter upp runt 1955, i Ryssland i mitten av 1960-talet. Bariumferriter modifierades gradvis till strontium, eftersom de senare visade sig vara mer tekniskt avancerade (de krävde inte mycket exakt justering av sintringstemperaturen och var miljömässigt säkrare). Sammansättningen av ferritmagneter innehåller 85-90% järnoxid, vilket är ett slöseri från den metallurgiska industrin (från Rutners anläggning för regenerering av betningkloridlösning), vilket avsevärt minskade produktionskostnaderna.
Nästa betydande tekniska genombrott inträffade i det amerikanska flygvapnets materialforskningslaboratorium, där en intermetallisk förening av samarium med kobolt ( SmCo 5 ) hittades med en stor magnetokristallin anisotropikonstant. En permanentmagnet gjord av ett sådant material gjorde det möjligt att uppnå egenskaper (HN) max = 16–24 mega Gauss - Oerstedach ( MGSE ), och på Sm 2 Co 17 - 32 MGSE-föreningen ökades tvångskraften till 560– 1000 kA/m. SmCo-magneter har tillverkats kommersiellt sedan 1970-talet. Samtidigt upptäcktes föreningen Nd 2 Fe 14 B. Magneter gjorda av detta material dök upp både i Japan och i USA samtidigt i mitten av 1980-talet, men tekniken för deras tillverkning skilde sig åt. I Japan organiserades produktionen i linje med SmCo-magneter: tillverkning av gjutet legeringspulver, sedan pressning i ett magnetfält och sintring. I USA har smältspinningsprocessen antagits : först produceras en amorf legering, sedan krossas den och ett kompositmaterial tillverkas. Det magnetiska pulvret binds med gummi, vinyl, nylon eller annan plast till en sammansatt massa, som pressas (injiceras) eller kalandreras till produkter. Jämfört med sintrade magneter har kompositmagneter något lägre egenskaper, men de kräver inte galvaniska beläggningar, är lätta att bearbeta mekaniskt och har ofta ett vackert utseende, eftersom de är målade i olika färger. Nd 2 Fe 14 B-magneter dök upp på permanentmagnetmarknaden på 1990-talet och nådde mycket snabbt en energi på 50 Mgse (400 kJ/m 3 ) på sintrade prover. Detta material ersatte snabbt andra, främst inom miniatyrelektronik.
Egenskaperna hos en magnet bestäms av egenskaperna hos avmagnetiseringssektionen av magnetmaterialets magnetiska hysteresloop : ju högre restinduktion Br och koercitivkraften Hc är , desto högre magnetisering och stabilitet hos magneten.
Induktionen av en permanent magnet B d kan inte överstiga B r : likheten B d \ u003d B r är endast möjlig om magneten är en sluten magnetisk krets, det vill säga den har inte ett luftgap, men permanentmagneter är vanligtvis används för att skapa ett magnetfält i luft (eller fyllt med ett annat medium) gap, i detta fall B d < Br , storleken på skillnaden beror på magnetens form och mediets egenskaper.
Schematisk representation av magnetfältslinjer för magneter av olika former:
cylindrisk eller rektangulär magnet
hästsko magnet
ringmagnet
skivformad magnet
En schematisk representation av magnetfältslinjerna under interaktionen mellan två magneter, beroende på placeringen av deras poler (samma poler stöter bort, olika attraherar):
För tillverkning av permanentmagneter används vanligtvis följande material: [1]
Erhållen genom pressning och (eller) sintring pulver av järnoxider med oxider av andra metaller och är en keramisk .
barium och strontium hårda magnetiska ferriterDe har sammansättningen Ba / SrO 6 Fe 2 O 3 och kännetecknas av hög motståndskraft mot avmagnetisering i kombination med god korrosionsbeständighet. Trots de låga magnetiska parametrarna och den höga sprödheten jämfört med andra klasser, på grund av deras låga kostnad, används hårda magnetiska ferriter mest inom industrin.
neodymmagneter NdFeB ( neodym - järn - bor )Sällsynta jordartsmagneter tillverkade genom pressning eller gjutning av intermetallisk förening Nd 2 Fe 14 B. Fördelarna med neodymmagneter är höga magnetiska egenskaper ( Br , H c och (BH) max ), samt låg kostnad. På grund av dålig korrosionsbeständighet är de vanligtvis belagda med koppar, nickel eller zink.
samarium magneter SmCo ( samarium - kobolt )De tillverkas genom pulvermetallurgi från SmCo 5 / Sm 2 Co 17 kompositlegering och kännetecknas av höga magnetiska egenskaper, utmärkt korrosionsbeständighet och god parameterstabilitet vid temperaturer upp till 350 ° C, vilket ger dem fördelar jämfört med NdFeB-magneter vid höga temperaturer . Enligt den magnetiska komponenten är den kraftfullare än ferrit, men svagare än neodymmagneter. Sammansättningen av vissa märken av samariummagneter, förutom huvudelementen - samarium och kobolt, kan innehålla andra tillsatser: järn , koppar , erbium , gadolinium , zirkonium , ceriummischmetal .
Skiljer sig i mekanisk fasthet. Beroende på märke och tillverkningsteknik kan de ha en kolumnformad, likaxlig och enkristallstruktur.
Alnico legeringsmagneter ( ryska namnet YUNDK)Utvecklad på 1930-talet. De är gjorda på basis av Al-Ni-Co-Fe-legering. Deras fördelar inkluderar hög temperaturstabilitet i temperaturintervallet upp till 550 °C, hög tidsstabilitet av parametrar i kombination med en stor koercitivkraft, bra korrosionsbeständighet . En viktig faktor för deras val kan vara den betydligt lägre kostnaden jämfört med Sm-Co-magneter.
magneter i alnilegering FeCoCr legeringsmagneter ädelmetallegeringsmagneter _Kobolt -platina, järn-platina, järn- palladium legeringar har höga magnetiska egenskaper och förmåga att deformeras [2] .
De är gjorda av en blandning av magnetiskt pulver och en bindemedelspolymerkomponent (till exempel gummi , vinyl ). Fördelen med magnetoplaster är möjligheten att erhålla komplexa former av produkter med hög dimensionsnoggrannhet, låg sprödhet och hög korrosionsbeständighet i kombination med hög specifik motståndskraft och låg vikt.
För applikationer vid vanliga temperaturer är de starkaste permanentmagneterna gjorda av legeringar som innehåller neodym . De används inom områden som magnetisk resonansavbildning , hårddiskservoenheter och skapandet av högkvalitativa högtalare , såväl som den drivande delen av modellflygplansmotorer.
Permanenta magneter används i stor utsträckning i elektriska mätinstrument i det magnetoelektriska systemet.
Permanenta magneter i fysikklass visas vanligtvis som en hästsko , vars poler är färgade blå och röda.
Separata bollar och cylindrar med starka magnetiska egenskaper används som högteknologiska smycken/leksaker - de sätts ihop till kedjor utan extra fästelement som kan bäras som ett armband. Också till försäljning finns det designers, bestående av en uppsättning cylindriska magnetiska pinnar och stålkulor. Många strukturer kan monteras av dem, främst gårdstyp .
Dessutom finns det flexibla platta polymerbaserade magneter med magnetiska tillsatser, som används till exempel för tillverkning av dekorativa kylskåpsmagneter , dekoration och andra verk. De tillverkas i form av tejp och ark, vanligtvis med ett applicerat limskikt och en film som skyddar det. Magnetfältet hos en sådan platt magnet är randigt - med ett steg på cirka två millimeter växlar nord- och sydpolen över hela ytan. Den polymera magnettejpen är också placerad inuti gummidörrtätningen på hushållskylskåp, och förseglar därmed jämnt och håller dörrarna i stängt läge [3] .