Магниты – важная часть нашей повседневной жизни.
Магниты являются существенными компонентами таких устройств, как электрические двигатели, динамики, компьютеры, проигрыватели компакт-дисков, микроволновые печи и, конечно, автомобили. Магниты используются в датчиках, приборах, производственном оборудовании, научных исследованиях.

Существует большое разнообразие магнитов по постоянству свойств, используемым магнитным материалам, технологиям производства, но суть одна:
потребителю все это не важно, его интересует только необходимое для его задач магнитное поле с вполне определенными характеристиками по приемлемой цене.
 

Магниты Nd-Fe-B.

Общая информация.

Редкоземельные магниты – это магниты, произведенные с добавлением элементов лантаноидной группы. Двумя элементами этой группы, наиболее часто используемыми при производстве постоянных магнитов, являются неодим (Nd) и самарий (Sm). Существует большое количество смесей и сплавов с использованием этих элементов, но наиболее часто используются сплавы неодим-железо-бор (Nd-Fe-B) и самарий-кобальт (SmCo). В настоящее время постоянные магниты Nd-Fe-B являются наиболее коммерчески выгодными в производстве. При этом магниты Nd-Fe-B выпускаются с большим количеством градаций, чтобы охватить широкий диапазон свойств и областей применения.

Магниты Nd-Fe-B делятся на два вида: спеченные и магнитопласты. Спеченные магниты изготавливаются по технологии порошковой металлургии, обладают высокими магнитными свойствами, но дороги в производстве и хрупки. Магнитопласты используют полимерный наполнитель для удержания частиц магнитного сплава, обладают более слабыми магнитными свойствами, но дешевы, пластичны и легко обрабатываются.

Для предотвращения коррозии и защиты от других неблагоприятных условий внешней среды магниты Nd-Fe-B, в случае необходимости, покрываются различными материалами. Это покрытия никель-никель и никель-медь-никель (10-20 микрон), цинк (8-20 микрон), никель-медь-золото (10-20 микрон), дополненные, в ряде случаев, внешним слоем эпоксидной смолы, специального стойкого полимерного материала или обработанные фосфатами.
 

Градация магнита прямо связана с максимальной энергией материала, составляющего магнит. Проще говоря, градация магнита используется для указания того, насколько "сильный" материал использовался для производства постоянного магнита, причем чем выше величина градации, тем "сильнее" магнит. Например, градация N40 говорит об использовании при производстве магнита магнитного материала с максимальной энергией BHmax 40 МГсЭ. Для спеченных магнитов максимальное значение может достигать 48 МГсЭ, для магнитопластов – 12 МГсЭ.
 

Магниты Nd-Fe-B: шары и блоки.

Магниты Nd-Fe-B: цилиндры и магниты с эпоксидным покрытием.

Магниты Nd-Fe-B: кольца и сегменты.

Способы производства.

Магниты Nd-Fe-B производятся в виде 3 основных форм:
 

	Спеченные магниты – мелкий порошок Nd-Fe-B запрессовывается в форму, затем спекается, расплавляясь в жидкий материал, и остужается. Существуют 2 способа прессования: штамповка (твердосплавная форма заполняется порошком, который затем прессуется) и изостатическое прессование (специальная «резиновая» форма заполняется порошком и затем прессуется с одинаковой силой по всем направлениям). Штампованные магниты обычно можно сделать мельче, чем при использовании изостатического прессования. Хотя магнитные свойства магнитов, получаемых при изостатическом прессовании, выше, однородность магнитных характеристик обычно ниже, чем для штампованных магнитов. Спеченные магниты обычно требуют дополнительной обработки для удовлетворения требований по допускам размеров.
	Прессованные магнитопласты – это способ производства, при котором специальный вид порошка Nd-Fe-B смешивается с полимерными связывающими материалами, прессуется в форму и затем нагревается. Магниты, получаемые таким способом, могут быть сложных форм, и обычно не требуют дополнительной обработки. Они имеют более низкую энергию продукта, чем спеченные магниты, – до 10 МГсЭ. Магнитопласты Nd-Fe-B изотропны, т. е. они могут быть намагничены в любом направлении.
	Литые магнитопласты – при этом способе производства порошок Nd-Fe-B смешивается с полимерным материалом и выдавливается в форму. Получающиеся магниты имеют энергию продукта до 5 МГсЭ, но могут быть сделаны чрезвычайно замысловатых форм.

Сравнение магнитов Nd-Fe-B и SmCo.

Обработка поверхностей.

Коррозионная стойкость магнитов SmCo значительно выше, чем у магнитов Nd-Fe-B, поэтому для последних рекомендуется окраска или покрытие металлами или полимерами. Покрытие металлами магнитов Nd-Fe-B – процесс сложный, тем не менее покрытия с никелем, цинком или оловом обеспечивают магнитам Nd-Fe-B хорошую коррозионную стойкость. Также хорошие результаты обеспечивают различные полимерные покрытия. Для особо агрессивного окружения рекомендуется использовать комбинацию различных видов покрытий.

Обработка на станках.

В общем случае, спеченные магниты Nd-Fe-B должны обрабатываться на станках алмазным инструментом высококвалифицированным персоналом. Магнитопласты Nd-Fe-B легко обрабатываются обычным инструментом, примерно так же, как и текстолит. При обработке должна использоваться охлаждающая смазка, для того чтобы избежать внезапного воспламенения порошка.

Намагничивание и уход.

Все редкоземельные магниты требуют чрезвычайно высоких магнитных полей для намагничивания магнитного материала до насыщения (порядка 30-40 кЭ).
Редкоземельные материалы механически слабые, а магнитно – очень сильные. Поэтому обращаться с ними надо аккуратно, чтобы избежать повреждения магнита или травмирования персонала. Персонал, работающий с намагниченными редкоземельными магнитами, должен быть предупрежден об осторожности обращения с ними.
Изотропные магнитопласты Nd-Fe-B могут быть намагничены в любом направлении. При использовании специальных соленоидов можно получить многополюсные магниты или магниты со специальной формой магнитного поля. Разумеется, такие сложные соленоиды могут стоить несколько тысяч долларов в зависимости от сложности конструкции и требуемой производительности.

Температурные эффекты.

Магнитные свойства магнитов Nd-Fe-B быстро ухудшаются при температуре свыше 130 градусов Цельсия, в зависимости от градации магнитного материала и коэффициента магнитной проводимости в работе (проще говоря, в зависимости от соотношения размеров магнита и используемой магнитной системы).

Итоговые особенности магнитов Nd-Fe-B.

	Многообразие различных форм и размеров.
	Исключительная стабильность и стойкость к размагничиванию.
	Исключительно высокое соотношение сила/стоимость.
	Относительно низкая коррозионная стойкость.
	Непригодны для высокотемпературных применений.

Магниты Nd-Fe-B: диски и блоки.

Магниты Nd-Fe-B: цилиндры и кольца.

Для предотвращения коррозии и защиты от других неблагоприятных условий внешней среды магниты (а особенно магниты Nd-Fe-B), в случае необходимости, покрываются различными защитными материалами.
Это покрытия никель-никель и никель-медь-никель (10-20 микрон), цинк (8-20 микрон), никель-медь-золото (10-20 микрон), дополненные, в ряде случаев, внешним слоем эпоксидной смолы, специального стойкого полимерного материала или обработанные фосфатами.
Для особо агрессивного окружения рекомендуется использовать комбинацию различных видов защитных покрытий.
 

Магнитные покрытия: никель и цинк.

Магнитные покрытия: фосфат.

Магнитные покрытия: эпоксид.

Магнитные покрытия: парилен.

Ниже приведена таблица с основными параметрами защитных покрытий. Конечно, можно, кроме всего прочего, просто покрывать магниты различными видами лаков и красок для эксплуатации в нормальных условиях.
 

Поверхность

Покрытие

Толщина (мкм)

Цвет

Защитные
свойства

Травление

1

Серебристо серый

Нормальные условия эксплуатации

Никель

Ni+Ni Ni+Cu+Ni

10-20

Блестяще серебристый

Высокая степень защиты от влажности

Цинк

Zn

8-20

Блестяще голубой

Хорошая защита
от соляных растворов

Олово

Ni+Cu+Sn

15-20

Серебристый

Хорошая защита от влажности

Золото

Ni+Cu+Au

10-20

Золотистый

Хорошая защита от влажности

Медь

Ni+Cu

10-20

Золотистый

Нормальные условия эксплуатации

Эпоксид

Epoxy Ni+Cu+Epoxy Zn+Epoxy

15-25

Черный, красный, серый

Высокая степень защиты
от влажности и соляных растворов

Парилен

Parylene