釹磁鐵 Neodymium Magnets

釹磁鐵 Neodymium Magnets

釹磁鐵 Neodymium Magnets

釹磁鐵 (Neodymium Magnets,也叫 Neo,NdFeB,或 rare earth magnets,釹鐵硼,或 稀土 磁鐵) 是目前世界上最強的磁體。他們是由一個混合釹,鐵和硼所製成的。釹磁鐵中的高含量的鐵會使磁鐵很容易生銹,故通常會在外表鍍上鎳。目前此類磁鐵最主要是使用在電腦的硬碟 (它仍然使用了目前所有生產的釹磁鐵的50%),但它們在許多的再生能源 (renewable energy) 應用上也是非常有用的。

釹磁鐵的材料組成

釹鐵硼永久磁鐵的主要原材料有稀土金屬釹(Nd)32%、金屬元素鐵(Fe)64%和非金屬元素硼(B)1%(少量添加鏑(Dy)、鋱(Tb)、鈷 (Co)、鈮(Nb)、鎵(Ga)、鋁(Al)、銅(Cu)等元素)。釹鐵硼三元系永磁材料是以Nd2Fe14B化合物作為基體的,其成分應與化合物 Nd2Fe14B分子式相近。但完全按Nd2Fe14B成分配比時,磁體的磁性能很低,甚至無磁。只是實際的磁體當中釹和硼的含量比Nd2Fe14B化合 物的釹和硼含量多時才能獲得較好的永磁性能。

當發電機 (用於 風力渦輪機 和 水渦輪機)的磁鐵通過線圈的銅線時就會產生電力。決定產生的電力的大小的其中一個因素是使用的磁鐵的強度。磁體越強,產生的電流就越大。其他的因素還包括磁體與線圈之間的距離,磁鐵的大小,以及每個線圈的繞線的匝數等。因此,超強力 釹磁鐵 可以用來製造更棒的發電機。

高強度的 釹磁鐵 的另一個優點是它們的重量遠低於同等級的陶瓷磁鐵 (即在舊揚聲器中使用的形式),而且體積也小得多。

釹磁鐵可用燒結和粘結方法製造,燒結方法製造的磁性能高,成型較差,粘結方法製造的磁鐵成型性好,性能降低很多。

釹磁鐵的強度和最高工作溫度

釹磁鐵的 強度 是以 N24 至 N54 的等級來標示的,其中 N24 為最低強度,N54 為最強的強度。磁鐵的磁性越強,在機械特性上就越脆弱,其失去 力 的溫度也會越低。最弱的釹磁鐵可用於溫度超過 200℃,但最強的釹磁體只要暴露在溫度超過 80℃就會永久失去磁性,有的甚至只有 60℃。

高斯 Gauss

磁力的單位是高斯(Gauss),其是在磁鐵的中心位置測量的。這是代表一個磁鐵的穿透力 的度量。下面的表是一個目前在再生能源的應用中最常使用的釹磁鐵的高斯規格。

等級 高斯 (Gauss)
N35 11,700-12,100
N38 12,100-12,500
N42 12,800-13,200
N45 13,200-13,800

購買釹磁鐵

通常在再生能源的發電機中使用的是 N38 或 N42 釹磁體,因為它們在磁力強度和價格上可取得最佳平衡。近幾年來因為中國已開始生產釹磁體,所以其價格已持續下跌,所以很容易找到更多的管道來購買 DIY 風力渦輪機發電機使用的 N42 釹磁鐵。

各類磁鐵比較

下面是各種磁鐵的特性比較
鐵氧體 性能低和中,價格最低,溫度特性良,耐腐蝕,性能價格比好
釹鐵硼 性能最高,價格中,強度好,不耐高溫和腐蝕
釤鈷 (SmCo) 性能高,價格最高,脆,溫度特性優,耐腐蝕
鋁鎳鈷 (AlNiCo) 性能低和中,價格中,溫度特性優,耐腐蝕,耐干擾性差
SmCo,鐵氧體,釹鐵硼可用燒結和粘結方法製造,燒結磁性能高,成型較差,粘結磁鐵成型性好,性能降低很多。
AlNiCo可用鑄造和燒結方法製造,鑄造磁鐵性能較高,成型性較差好,燒結磁鐵較低,成型性較好。

關於磁鐵的其他資訊

1 釹鐵硼的磁性能可以持續多久
釹鐵硼磁鐵擁有相當高的矯頑力,自然環境和一般磁場條件下不會出現退磁和磁性變化。假設環境適當,即使經過長時間的使用,磁體的磁性能損失也不會很大。所以在實際應用中,我們往往忽略時間因素對磁性能的影響。

2 關於取向方向
取向方向:各向異性的磁體能獲得最佳磁性能的方向稱為磁體的取向方向。磁鐵分為 1各向同性磁體:任何方向磁性能都相同的磁體 2各向異性磁體:不同方向上磁性能會有不同;且存在一個方向即取向方向,在該方向取向時所得磁性能最高的磁體。燒結釹鐵硼永磁體是各向異性磁體,因而在生 產前需要確定取向方向(充磁方向)。

3 影響釹鐵硼磁鐵磁力的因素
環境溫度,由於燒結釹鐵硼對工作溫度極為敏感,環境的瞬間最高溫度和持續最高溫度都可能會對磁體產生不同程度的退磁,包括可逆的和不可逆的、可恢復的和不可恢復的。

4 釹鐵硼磁鐵的工作溫度範圍
釹鐵硼磁鐵的溫度限制引發了一系列等級的磁鐵的研發以適應不同的工作溫度要求,請參考我們的性能目錄比較各等級磁鐵工作溫度範圍。在選擇釹鐵硼磁鐵之前需要確認最大工作溫度。

5 如何屏蔽磁場
一般我們用普通的鐵板屏蔽磁場。磁屏蔽需要高導磁率材料,滿足這種要求的材料是鐵鎳合金,這種材料具有很高的磁導率。當需要屏蔽的磁場很強時,僅用單層屏 蔽材料,不是達不到屏蔽要求,就是會發生飽和。這時,一種方法是增加材料的厚度。但更有效的方法是使用組合屏蔽,將一個屏蔽體放在另一個屏蔽體內,它們之 間留有氣隙。氣隙內可以填充任何非導磁率材料做支撐,如鋁。組合屏蔽的屏蔽效能比單個屏蔽體高得多,因此組合屏蔽能夠將磁場衰減到很低的程度。

6 磁鐵的儲存和運輸的注意事項
磁體在貯存時要保持室內通風乾燥,否則潮濕環境容易使磁體產生鏽蝕。環境溫度不要超過磁鐵最大工作溫度;未電鍍的產品存放時可適當塗油防鏽;充磁產品存放 應當遠離磁盤、磁卡、磁帶、計算機顯示器、手錶等對磁場敏感的物體。磁體材質較脆,運輸、電鍍(塗覆),安裝過程中,應確保磁體不受劇烈撞擊,如果方法不 當,可能會引起磁的破損、崩裂;磁鐵充磁狀態運輸時應該屏蔽,特別是航空運輸一定要徹底屏蔽。

7 磁鐵的操作注意事項
磁體在使用過程中應確保工作場所乾淨,否則容易吸附鐵屑等磁性小顆粒影響使用;釹鐵硼材質的特點是硬而脆,而其吸力可達自身重量的600倍以上,極易吸合碰損。操作過程對於小規格應當注意避免磕碰破損,對於大規格更要注意的是人身的安全和防護。

8 鍍層起皮的原因及出現鏽斑的原因
合格的電鍍產品,在正常情況下,電鍍鍍層不應出現鏽斑。在過於潮濕、空氣流通性不好、溫差變化較大時,即使是鹽霧試驗合格的產品長期存放于惡劣的環境下都 可能產生鏽斑。當電鍍產品存放在環境惡劣的環境下,基底層進一步與凝結水反應,會造成基底層與鍍層的結合力降低,嚴重時還會造成基底局部粉化,進而自然起 皮。電鍍產品不應長期放置在高濕度地方,應當放置在陰涼、乾燥的地方。

9 如何衡量磁性能的高低
主要有三個參量:剩磁Br(Residual Induction),單位Gauss,從飽和狀態去除磁場后,剩餘的磁通密度,代表了磁鐵對外所能提供磁場強弱;矯頑力Hc(Coercive Force),單位Oersteds,就是把磁體放在一個反向外加磁場中,當外加磁場增加到一定強度時磁體的磁性就會消失,把這個抵抗外加磁場的能力稱為 矯頑力,代表了衡量抗退磁能力;磁能積BHmax,單位Gauss-Oersteds, 就是單位體積材料所產生的磁場能量,是磁鐵所能存儲能量多少的一個物理量。

10 常用的磁測儀器
常用的磁測儀器有:磁通計、特斯拉計(又稱為高斯計)、磁測儀。磁通計用於測量磁感應通量,特斯拉計用於測量表面磁場強度或氣隙磁場強度,磁測儀用於測量綜合磁性能。所有儀器使用之前應仔細閱讀說明書,根據說明書的要求預熱,預熱之後按照說明書的要求進行操作。

11 釹鐵硼的製造方式
燒結釹鐵硼永磁體是應用粉末冶金工藝製造的一種鐵基永磁材料。主要工序有:配方、熔煉、制粉、成型取向、燒結、機械加工、電鍍處理等。其中氧含量的控制是 衡量工藝水平高低的重要指標。我公司生產裝置中選用了高真空熔煉、燒結爐和先進的自動控制氣流磨,保証了生產過程基本無氧運行,使產品的性能和使用溫度均 有突破性提高。

12 磁鐵的加工成本的影響因素
磁鐵的加工成本主要受以下因素的影響:性能要求、批量大小、規格形狀、公差尺寸。性能要求越高,成本越高,如N45磁鐵價格遠遠高過N35價格;批量越小,加工成本越高;形狀越複雜,加工成本越高;公差越嚴格,加工成本越高。

13 關於稀土永磁材料
稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過渡金屬組成的稀土永磁合金,用粉末冶金方法壓型燒結,經磁場充磁后制得的一種磁性材料。
稀土永磁材料作為一種高性能功能材料,被廣氾應用能源、交通、機械、醫療、IT、家電等領域,已成為許多高新技術產業的基礎。而釹鐵硼稀土永磁材料因具有很高的性能價格比,成為發展最快、產業化程度最高的產業。

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