Az állandó mágnes kemény mágneses anyagból készült termék, nagy maradék mágneses indukcióval , amely hosszú ideig fenntartja a mágnesezettségi állapotot. Az állandó mágnesek különféle formákban készülnek, és a mágneses mező autonóm (nem energiafogyasztó) forrásaiként használják őket .
A magnetitből készült állandó mágneseket ősidők óta használják az orvostudományban . Kleopátra egyiptomi királynő mágneses amulettet viselt. Az ókori Kínában a Császári Belgyógyászati Könyv foglalkozott a mágneses kövek felhasználásának kérdésével a Qi energia korrigálása érdekében a testben - „élő erő”. A későbbi időkben nagy orvosok és filozófusok beszéltek a mágnesek jótékony hatásáról: Arisztotelész , Avicenna , Hippokratész . A középkorban Gilbert udvari orvos, aki az On the Magnetet publikálta, I. Erzsébet királynőt állandó mágnessel kezelte az ízületi gyulladás miatt. Az orosz orvos , Botkin a mágnesterápia módszereihez folyamodott .
Az első mesterséges mágneses anyag a martenzit szerkezetre edzett szénacél volt, amely körülbelül 1,2-1,5% szenet tartalmazott. Az ilyen acélok mágneses tulajdonságai érzékenyek a mechanikai és termikus hatásokra. Az erre épülő állandó mágnesek működése során az acél mágneses tulajdonságainak "öregedésének" jelenségét figyelték meg.
Az ilyen acél ötvözése volfrámmal és krómmal 3%-ig, később pedig kobalttal 6%-ig, krómmal együtt 6%-ig lehetővé tette Dr. Honda számára a Tohoki Egyetemről, hogy új típusú acélt - KS - hozzon létre, magas mágnesezettséggel és jelentős kényszerítő erő. A magas mágneses tulajdonságok elérése érdekében az acélt bizonyos hőkezelésnek vetettük alá. A KS acélmágnesek nagy maradék indukcióját a lemágnesezési tényező csökkentésével érték el. Ehhez gyakran hosszúkás, patkó alakú mágneseket gyártottak.
Az ötvözetek mágneses tulajdonságainak vizsgálatai kimutatták, hogy ezek elsősorban az anyag mikroszerkezetétől függenek. 1930-ban minőségi ugrást értek el a keményedő ötvözetek új mikroszerkezetének kialakításában, 1932-ben pedig a KS acél nikkellel , alumíniummal és rézzel való ötvözésével Dr. T. Miskima MK acélt kapott.
Ez jelentős lépés számos ötvözet fejlesztésében, amelyek később az Alnico általános nevet kapták (az UNDK orosz szabványok szerint).
Jelentős áttörést értek el ezen a területen az 1930-as években japán tudósok, Dr. Yogoro Kato és Dr. Takeshi Takei, a Tokiói Technológiai Intézet munkatársai . A ferrit kerámiatechnológiás szintézise során a magnetitben lévő vas-oxid egy részének kobalt-oxiddal történő helyettesítése a kobalt- és vas-ferrit szilárd oldatát eredményezte. Ennek a ferrittípusnak a kényszerítő ereje elérte a 48-72 kA/m (600-900 Oe). Japánban 1955 körül, Oroszországban az 1960-as évek közepén jelentek meg a kereskedelmi ferritmágnesek. A bárium -ferriteket fokozatosan stronciumosra alakították át, mivel az utóbbiak technológiailag fejlettebbnek bizonyultak (nem igényelték a szinterezési hőmérséklet túl pontos beállítását, és környezetbarátabbak is voltak). A ferritmágnesek összetétele 85-90% vas-oxidot tartalmaz, ami a kohászati ipar hulladéka (a Rutner pácoló kloridoldat-regeneráló üzemből), ami jelentősen csökkentette az előállítási költséget.
A következő jelentős technológiai áttörés az amerikai légierő anyagkutató laboratóriumában következett be, ahol a szamárium és kobalt ( SmCo 5 ) intermetallikus vegyületét találták nagy magnetokristályos anizotrópiai állandóval. Egy ilyen anyagból készült állandó mágnes lehetővé tette a max = 16-24 mega Gauss - Oerstedach ( MGSE ) tulajdonságok elérését, az Sm 2 Co 17 - 32 MGSE keveréken pedig a kényszerítő erőt 560-ra növelték. 1000 kA/m. Az SmCo mágneseket az 1970-es évek óta gyártják kereskedelmi forgalomban. Ezzel egyidőben fedezték fel az Nd 2 Fe 14 B vegyületet, amelyből készült mágnesek a 80-as évek közepén egyszerre jelentek meg Japánban és az USA-ban is, de az előállítás technológiája eltérő volt. Japánban az SmCo mágnesek mentén szervezték meg a gyártást: öntött ötvözetpor gyártása, majd mágneses térben történő sajtolás és szinterezés. Az USA-ban az olvadékfonási eljárást alkalmazzák : először amorf ötvözetet állítanak elő, majd összetörik, és kompozit anyagot készítenek. A mágneses port gumival, vinillal, nejlonnal vagy más műanyaggal kompozit masszává kötik, amelyet sajtolnak (injektálnak) vagy kalandereznek a termékekbe. A szinterezett mágnesekhez képest a kompozit mágnesek valamivel gyengébb tulajdonságokkal rendelkeznek, de nem igényelnek galvanikus bevonatot, könnyen mechanikusan megmunkálhatók, és gyakran gyönyörű megjelenésűek, különféle színekre festve. Az Nd 2 Fe 14 B mágnesek az 1990-es években jelentek meg az állandó mágnesek piacán, és nagyon gyorsan elérték az 50 Mgse (400 kJ/m 3 ) energiát szinterezett mintákon. Ez az anyag gyorsan kiszorított másokat, elsősorban a miniatűr elektronikában.
A mágnes tulajdonságait a mágnesanyag mágneses hiszterézis hurok demagnetizáló szakaszának jellemzői határozzák meg : minél nagyobb a B r maradék indukció és a H c koercitív erő , annál nagyobb a mágnes mágnesezettsége és stabilitása.
A B d állandó mágnes indukciója nem haladhatja meg a B r értéket: a B d \ u003d B r egyenlőség csak akkor lehetséges, ha a mágnes zárt mágneses kör, azaz nincs légrés, de az állandó mágnesek általában levegőben (vagy más közeggel megtöltött) résben mágneses tér létrehozására használt, jelen esetben B d < Br , a különbség nagysága a mágnes alakjától és a közeg tulajdonságaitól függ.
Különféle alakú mágnesek mágneses erővonalainak sematikus ábrázolása:
hengeres vagy téglalap alakú mágnes
patkómágnes
gyűrűs mágnes
korong alakú mágnes
A mágneses erővonalak sematikus ábrázolása két mágnes kölcsönhatása során, a pólusuk elhelyezkedésétől függően (ugyanazok a pólusok taszítják, különbözőek vonzzák):
Az állandó mágnesek gyártásához általában a következő anyagokat használják: [1]
Vas-oxidok porának más fémek oxidjaival préselésével és (vagy) szinterezésével nyerik, és kerámia .
bárium és stroncium kemény mágneses ferritekBa / SrO 6 Fe 2 O 3 összetételűek , és a lemágnesezéssel szembeni nagy ellenállás és a jó korrózióállóság jellemzi. A többi osztályhoz képest alacsony mágneses paraméterek és nagy ridegség ellenére alacsony költségük miatt a kemény mágneses ferriteket használják legszélesebb körben az iparban.
neodímium mágnesek NdFeB ( neodímium - vas - bór )Nd 2 Fe 14 B intermetallikus vegyületből préseléssel vagy öntéssel készült ritkaföldfém mágnesek A neodímium mágnesek előnyei a magas mágneses tulajdonságok ( Br , H c és (BH) max ), valamint az alacsony költség. A rossz korrózióállóság miatt általában rézzel, nikkellel vagy cinkkel vannak bevonva.
szamárium mágnesek SmCo ( szamárium - kobalt )Porkohászattal készülnek SmCo 5 / Sm 2 Co 17 kompozit ötvözetből , és magas mágneses tulajdonságokkal, kiváló korrózióállósággal és 350 °C-ig terjedő hőmérsékleten jó paraméter-stabilitással jellemezhetők, ami magas hőmérsékleten előnyöket biztosít az NdFeB mágnesekkel szemben. . A mágneses komponens szerint erősebb, mint a ferrit, de gyengébb a neodímium mágneseknél. Egyes márkájú szamáriummágnesek összetétele a fő elemeken - szamáriumon és kobalton - kívül más adalékanyagokat is tartalmazhat: vas, réz , erbium , gadolínium , cirkónium , cérium mischmetal .
Különböző mechanikai szilárdságban. A márkától és a gyártási technológiától függően lehetnek oszlopos, egyenlőtengelyű és egykristályos szerkezetűek.
Alnico ötvözet mágnesek ( orosz nevén YUNDK)Az 1930-as években fejlesztették ki. Al-Ni-Co-Fe ötvözet alapján készülnek. Előnyük a magas hőmérsékleti stabilitás 550 °C-ig terjedő hőmérséklet-tartományban, a paraméterek nagy időbeli stabilitása nagy kényszerítő erővel kombinálva, a jó korrózióállóság . Fontos tényező választásuk mellett a lényegesen alacsonyabb költség az Sm-Co mágnesekhez képest.
Alni ötvözet mágnesek FeCoCr ötvözet mágnesek nemesfém ötvözet mágnesekA kobalt -platina, vas-platina, vas- palládium ötvözetek nagy mágneses tulajdonságokkal és deformálódási képességgel rendelkeznek [2] .
Mágneses por és kötőanyag polimer komponens (például gumi , vinil ) keverékéből készülnek . A magnetoplasztok előnye, hogy nagy méretpontossággal, alacsony ridegséggel és nagy korrózióállósággal rendelkező, összetett formájú termékeket lehet előállítani, nagy fajlagos ellenállással és kis tömeggel kombinálva.
A normál hőmérsékleten történő alkalmazásokhoz a legerősebb állandó mágnesek neodímiumot tartalmazó ötvözetekből készülnek . Olyan területeken használják őket, mint a mágneses rezonancia képalkotás , a merevlemez- szervo meghajtók és a kiváló minőségű hangszórók készítése , valamint a repülőgép-modellek hajtóműve.
Az állandó mágneseket széles körben használják a magnetoelektromos rendszer elektromos mérőműszereiben.
A fizika órán az állandó mágneseket általában patkóként ábrázolják , amelynek pólusai kék és piros színűek.
A különálló, erős mágneses tulajdonságokkal rendelkező golyókat és hengereket csúcstechnológiás ékszerként / játékként használják - láncokba vannak összeszerelve további rögzítőelemek nélkül, amelyeket karkötőként lehet viselni. Eladók is vannak tervezők, amelyek hengeres mágneses rudakból és acélgolyókból állnak. Számos szerkezet összeállítható belőlük, főleg farm jellegű .
Ezenkívül vannak rugalmas lapos polimer alapú mágnesek mágneses adalékokkal, amelyeket például dekoratív hűtőmágnesek gyártására , dekorációra és egyéb munkákra használnak. Szalagok és lapok formájában készülnek, általában felvitt ragasztóréteggel és azt védő fóliával. Egy ilyen lapos mágnes mágneses tere csíkos - körülbelül két milliméteres lépéssel, az északi és a déli pólus váltakozik a teljes felületen. A polimer mágnesszalag a háztartási hűtőszekrények gumi ajtótömítésén belül is található, ezzel egyidejűleg egyenletesen tömíti és zárt helyzetben tartja az ajtókat [3] .