Haruldaste muldmetallide magnetid: omadused, tüübid ja kasutusalad
Avasta haruldaste muldmetallide magnetide omadused, tüübid (neodüüm, samarium-kobalt) ja kasutusalad — äärmiselt tugevad, ent rabedad ning korrosioonitundlikud püsimagnetid.
Haruldaste muldmetallide magnetid on tugevad püsimagnetid, mis on valmistatud haruldaste muldmetallide sulamitest. Need magnetid eristuvad teistest püsimagnetitest eriti kõrge magnetilise jõudluse ja töövõime poolest ning on tänu sellele laialdaselt kasutusel nii tarbeelektroonikas kui ka tööstuslikes rakendustes.
Peamised omadused
- Suure magnetjõuga: haruldaste muldmetallide magnetid (eriti neodüüm- ehk NdFeB-magnetid) annavad väga tugeva magnetvälja väikese ruumalaga.
- Magnetiline energiatihedus (BHmax): NdFeB-magnetite BHmax võib ulatuda kuni ~52 MGOe, samas kui samarium-kobalti (SmCo) magnetid jäävad tavaliselt madalamale, kuid on siiski väga tugevad.
- Temperatuuritundlikkus: NdFeB-magnetid kaotavad osa magnetismist kõrgemal temperatuuril ja nende maksimaalne töösuhe võib jääda vahemikku ~80–200 °C sõltuvalt klassist. SmCo-magnetid taluvad kõrgemaid tööläved (kuni ~300–350 °C) ja omavad paremat temperatuuristabiilsust.
- Brittlus ja korrosioonitundlikkus: need materjalid on rabedad ja NdFeB eriti vastuvõtlik korrosioonile, mistõttu magnetid tavaliselt kaetakse või tihendatakse kaitseks.
- Formaadid: valmistatakse erinevatest vormidest — plaadid, ketaste, rõngad, kaared, võllid ning ka painduvad või täppismaskeeritud (bonded) variandid.
Tüübid ja nende eripärad
- Neodüüm-raud-boor (NdFeB): maailma kõige tugevamad tavakasutatavad püsimagnetid. Omavad kõrget BHmax’i ja head hinna-tulemus suhet, kuid on korrosioonile ja temperatuurile tundlikumad. Tavabrändid ja klassid on näiteks N35–N52, mis tähistavad magneti energiatihedust ja jõudlust.
- Samarium-kobalt (SmCo): veidi nõrgem energiatihedus kui NdFeB, aga palju paremad kõrge temperatuuri omadused ja parema korrosioonikindlusega. Kasutatakse kohtades, kus on vaja stabiilset jõudlust kõrgematel temperatuuridel või agressiivses keskkonnas.
- Magnetostriktiivsed sulamid (näiteks Terfenol-D): mõned haruldaste muldmetallide sulamid, nagu Terfenol‑D (TbDyFe), omavad magnetostriktiivset käitumist — muutuvad mõõtmetelt magnetvälja toimel. Neid kasutatakse täpse juhtimisega aktuatsioonis, sonarides ja transducerites. (Terfenol-D ei ole tavaline püsimagnet, vaid aktiivne tööpõhimõte põhineb magnetostriktsioonil.)
- Maetud ja pressitud (sintered vs bonded): sinterdatud magnetid saavutavad kõrgema magnetilise jõudluse; bonded-magnetid (vahel plastiga siduvate segudena) võimaldavad keerukamaid kujundeid ja painduvust, kuid madalamat energiatihedust.
Kasutusalad
Haruldaste muldmetallide magnetid leiavad kasutust paljudes valdkondades tänu nende kompaktsusele ja suurele jõule:
- elektrimootorid ja generaatorid (sh elektriautodes ja hübriidides),
- tuulegeneraatorite rottorites, eriti kõrge efektiivsusega rakendustes,
- andurid ja täppismehaanika (positsiooni- ja kiiruseandurid),
- andmekandjate ajamid ja kõvakettad, kõlarid ja kõlarisüsteemid (kõlarites),
- miniatuursed meditsiiniseadmed ning diagnostika (sealhulgas väiksemad magnetilised sensorid — mitte suur-MRI pooled, mis kasutavad tavaliselt superjuhtivaid magneteid),
- aktuaatorid, seadmeajamid, magnetlügmid ja magnetkinnitused tööstuses,
- magnetostriktiivsed rakendused (Terfenol‑D) nagu sonarid, ultraheli generaatorid ja vibratsiooni juhtimissüsteemid.
Katmine, kaitse ja hooldus
- NdFeB-magnetid on peaaegu alati pinnalt töötlemata ebasobivad — levinud pinnatöödeldused on Ni–Cu–Ni elektroplekkimine, tsinkimine, epoxy kate, kuld- või parylen-katetused. Need kaitsevad korrosioonile ja füüsilise kulumise eest.
- Kuna magnetid on äärmiselt rabedad, tuleb neid käsitleda ettevaatlikult — löögid või teravad kokkupõrked võivad põhjustada pragunemist või purunemist.
- kuumus, mehaaniline šokk ja tugev demagnetiseeriv magnetväli võivad vähendada magneti jõudlust; alati tuleks kontrollida magneti nimiparameetreid ja maksimaalset töötemperatuuri.
Ohutus ja käsitsemine
- Suured tugevad magnetid võivad põhjustada tõsiseid näpistushaavu ja vigastusi — hoidke sõrmedest eemale, kui kaks magnetit kokku tõmbuvad.
- Tuletage meelde, et tugevad magnetväljad võivad segada elektroonikat ja meditsiiniseadmeid (nt südamepatareid). Hoida eemal elektroonikatest ja inimeste meditsiiniseadmetest.
- väikesed magnetid on ohtlikud neelamisel — kaks või enam kraanitud magnetit võivad vastastikku kinnituda seedetraktis ja põhjustada tõsiseid vigastusi; hoida lastele kättesaamatus kohas.
Keskkond ja ringlus
Haruldased muldmetallid on strateegiliselt olulised ja nende kaevandamine ning töötlemine on keskkonna- ning regionaalselt tundlik (paljud varud ja tootmisvõimsus on koondunud teatud piirkondades). Seetõttu on järjest olulisem magneetide taaskasutus ja materjalide ringlus. Taaskasutus vähendab sõltuvust impordist ning aitab vähendada keskkonnamõju — selle jaoks arendatakse eri tehnoloogiaid neodüümist ja teistest haruldastest muldmetallidest eraldamiseks vanadest magnetitest.
Kokkuvõte
Haruldaste muldmetallide magnetid — eeskätt NdFeB ja SmCo — pakuvad unikaalset kombinatsiooni kõrgest magnetilisest jõust ja kompaktsest mõõtmetest, võimaldades tõhusamaid mootorite, generaatorite, sensorite ja täppisaktuaatorite lahendusi. Samas tuleb arvestada nende rabeduse, korrosioonitundlikkuse ja temperatuuri piirangutega ning järgida nõuetekohaseid katmismeetodeid, ohutustavasid ja ringlust, et tagada töökindlus ning vähendada keskkonnamõju.


Ferrofluid klaasil, mille all on haruldaste maade magnet.
Küsimused ja vastused
K: Mis on haruldaste muldmetallide magnetid?
V: Haruldaste muldmetallide magnetid on tugevad püsimagnetid, mis on valmistatud haruldaste muldmetallide elementide sulamitest.
K: Millal haruldaste muldmetallide magnetid välja töötati?
V: Haruldaste muldmetallide magnetid töötati välja 1970ndatel ja 80ndatel aastatel.
K: Kui tugevad on haruldaste muldmetallide magnetid võrreldes teist tüüpi püsimagnetitega?
V: Haruldaste muldmetallide magnetitel on palju tugevamad magnetväljad kui teist tüüpi magnetitel, näiteks ferriit- või alnikomagnetitel.
K: Millised on haruldaste muldmetallide magnetite kaks tüüpi?
V: Haruldaste muldmetallide magnetite kaks tüüpi on neodüüm magnetid ja samarium-kobalt magnetid.
K: Millised on haruldaste muldmetallide magnetite kasutusalad?
V: Haruldaste muldmetallide magnetid leiavad kasutust kõlarites ja muudes rakendustes, mis nõuavad tugevaid magnetvälju.
K: Miks on haruldased muldmagneteid tavaliselt pinnatud või kaetud?
V: Haruldased muldmagnetid on äärmiselt rabedad ja korrosioonile vastuvõtlikud, mistõttu neid tavaliselt pinnatakse või kaetakse, et kaitsta neid purunemise, purunemise või pulbriks purunemise eest.
K: Kas kõik haruldaste muldmetallide magnetid on magnetostriktiivsed?
V: Ei, kõik haruldaste muldmetallide magnetid ei ole magnetostriktiivsed. Mõned, näiteks Terfenol-D, on magnetostriktiivsed.
Otsige