Любой, кто занимается аппаратным обеспечением, вероятно, сталкивался с таким сценарием: вы выбираете магнит с сильной магнитной силой, устанавливаете его и понимаете, что он просто не работает-либо он теряет магнетизм при повышении температуры, либо его стоимость превышает бюджет, и вы получаете нагоняй от начальника.
Магниты могут показаться незначительными компонентами, но выбор неправильного может стать катастрофой.
Сегодня давайте подробно рассмотрим два наиболее распространенных материала для постоянных магнитов:-Неодим-Железо-Бор (NdFeB) и феррит-, чтобы понять их различия, области применения и то, как выбрать правильный материал, не совершая дорогостоящих ошибок.
Что такое неодимовый-железный-борный магнит (NdFeB)?
Магниты NdFeB-или неодим-железо-борные материалы для постоянных магнитов-состоят в основном из трех элементов, названных в их названии: неодима, железа и бора.
В настоящее время они являются самым сильным типом постоянных магнитов на Земле. Кусочек размером с мизинец может оказать достаточное тянущее усилие, чтобы поранить палец, если он зацепится.
Четыре типа обработки поверхности магнитов NdFeB
Причина, по которой эти магниты настолько сильны, кроется в их внутренней структуре. Магниты NdFeB обладают чрезвычайно высоким «произведением магнитной энергии»-, проще говоря, напряженность магнитного поля, генерируемого на единицу объема, намного превосходит таковую у других магнитов. При том же размере их магнитная сила может быть в 2–7 раз сильнее, чем у ферритовых магнитов.
Поскольку магниты NdFeB мощные, но компактные, они широко используются в приложениях, требующих высокой силы в небольшом корпусе. Примеры включают микро-динамики в наушниках, головки чтения/записи в жестких дисках, оборудование МРТ и приводные двигатели для электромобилей.
Если вы разберете аккумуляторную дрель, то увидите, что маленький темный магнит ротора внутри почти наверняка сделан из NdFeB.
Что такое ферритовый магнит?
Ферритовые магниты также широко известны как керамические магниты.
Их основным компонентом является оксид железа, смешанный со стронцием или барием. По сравнению с NdFeB феррит — «надежная рабочая лошадка»-недорогой, долговечный и вполне подходящий для работы.
Параметры производительности ферритового магнита-насколько вы знаете? - Чжиху
Самым большим преимуществом ферритовых магнитов является их низкая стоимость. Сырья имеется в изобилии, производственные процессы отработаны, а затраты легко контролировать при массовом производстве.
Еще одним преимуществом, которое многие упускают из виду, является их сильная устойчивость к размагничиванию. Ферритовые магниты нелегко размагничивать внешними магнитными полями; они сохраняют свои магнитные свойства достаточно стабильно.
Однако у них есть недостаток: сила их магнитного поля сравнительно ниже. По сравнению с магнитами из неодима-железа-бора (NdFeB) ферритовые магниты намного слабее с точки зрения магнитной силы для того же объема.
Вот почему подавляющее большинство магнитов на холодильник, магнитов для досок и магнитных дверных защелок, которые вы видите в повседневной жизни, сделаны из феррита. Их удерживающая способность невелика, но достаточна-и, что немаловажно, они дешевы, поэтому если они сломаются, ничего страшного.
Сравнение сил: силач против обычного человека
Это наиболее интуитивное различие между двумя типами магнитов.
NdFeB — «сильный человек». При том же размере он может поднимать предметы в несколько раз тяжелее, чем может выдержать ферритовый магнит. Это ключевая причина, почему современные электронные устройства становятся меньше, но мощнее: крошечный магнит, помещенный в небольшое пространство, может генерировать огромную силу.
Феррит — «средний человек». Ему не хватает грубой силы, но он отличается стабильностью и доступностью. Для приложений, которые не требуют большой удерживающей способности, феррит вполне подойдет.
Различия между ферритом и магнитными материалами NdFeB
Устойчивость к температуре: хрупкая и прочная
Это та область, где многие люди совершают ошибки.
Феррит более устойчив к высоким температурам. Он имеет относительно высокую температуру Кюри и способен выдерживать температуру до 300 градусов. У феррита также есть интересная особенность: с повышением температуры его коэрцитивная сила фактически увеличивается,-что означает, что его сопротивление размагничиванию становится сильнее.
Конечно, это не означает, что он не терпит потерь при высоких температурах. Напряженность магнитного поля феррита уменьшается с повышением температуры-падая примерно на 0,2 % на каждый градус повышения.
[Изображение]
NdFeB гораздо более чувствителен к температуре. Хотя существуют жаропрочные-марки NdFeB, способные выдерживать температуры выше 200 градусов, они стоят значительно дороже. При использовании стандартного NdFeB магнитная прочность резко падает с повышением температуры, и может даже произойти необратимое размагничивание.
Поэтому, если ваше оборудование работает при высоких температурах,-например, компоненты рядом с электродвигателями или двигателями внутреннего сгорания-вы должны тщательно проверить марку NdFeB и проверить пределы рабочей температуры. Не соблазняйтесь выгодной ценой; установка магнита стандартного-класса в условиях высокой-тепловой среды, скорее всего, испортит его.
Магнитный анализ ВСМ
Сравнение механической обработки: легкость резки и сложность обработки
Это точка зрения, которую многие люди, возможно, не рассматривали. Неодим-Железо-Бор (NdFeB) относительно легко поддается механической обработке. Хотя сам материал достаточно хрупкий, он гораздо более «кооперативен», чем феррит. Он может подвергаться резке, шлифовке и электроэрозионной обработке (EDM); Эффективность обработки особенно высока при изготовлении небольших прецизионных деталей.
Феррит более хрупкий и его трудно обрабатывать. По сути, это керамический материал,-твердый и хрупкий. Во время обработки он склонен к сколам и растрескиванию кромок, что предъявляет более высокие требования к режущим инструментам и оборудованию.
Это приводит к несколько противоречивому явлению: при производстве деталей небольшого-размера стоимость обработки ферритовых компонентов может быть выше, чем стоимость обработки компонентов NdFeB.
Это связано с тем, что основная часть стоимости мелких деталей часто зависит не от самого материала, а от процесса обработки. Поскольку феррит трудно поддается механической обработке,-что приводит к высоким затратам на рабочую силу и низкой производительности-, общая стоимость в конечном итоге оказывается выше.
Поэтому при выборе материалов нельзя просто смотреть на цену единицы сырья; если учесть затраты на обработку, вывод может быть совершенно другим.
Сценарии применения: выбор подходящего варианта
Как только различия, описанные выше, будут поняты, выбор станет ясен.
Сценарии выбора NdFeB:
Ограниченное пространство, но требуется высокая магнитная сила (наушники, микро-двигатели, датчики)
Ограничения по весу-чем легче, тем лучше (дроны, аэрокосмическая промышленность)
Приоритет отдается производительности, относительно гибкий бюджет (высокое-медицинское оборудование, промышленные роботы)
Требуются миниатюризация и высокая производительность (приводные электродвигатели, ветряные турбины)
Сценарии выбора феррита:
Низкие требования к магнитной силе, низкая стоимость-(магниты на холодильник, магниты для досок)
Высокие рабочие температуры (некоторые двигатели, автомобильные детали)
Товары массового-производства с низкой--добавленной стоимостью (магнитные дверные защелки, игрушки)
Среды, требующие высокой магнитной стабильности или подверженные значительным внешним магнитным помехам
Изображение
Часто упускаемый из виду вопрос: как разумно рассчитывать затраты?
Многие люди выбирают магниты, основываясь исключительно на цене за единицу сырья-феррит дешевый, NdFeB дорогой-и принимают свое решение исходя из этого.
Однако реальность такова: общая стоимость=стоимость материала + стоимость обработки + стоимость сборки + стоимость после-продажи.
Ферритовый материал недорог, но если механическая обработка сложна и процент текучести низок, общая стоимость детали на самом деле может быть не низкой. Материалы NdFeB (неодим-железо-бор) дороги, но если они обеспечивают высокую эффективность обработки, простую сборку и длительный срок службы, они могут оказаться более экономичными-эффективными в долгосрочной перспективе.
Вам также необходимо учитывать цену неудачи. Если вы выберете дешевый магнит, который потеряет свою магнетичность после того, как оборудование проработает некоторое время,-что приведет к списанию или отзыву всего продукта-, затраты будут огромными.
Итак, не смотрите только на цену за единицу; учитывайте общую стоимость.
В каком направлении движется отрасль?
Явной тенденцией является расхождение между рынками-высокого и нижнего-рынков.
Высокопроизводительные приложения-все больше полагаются на NdFeB. Такие отрасли, как электромобили, робототехника, ветроэнергетика и аэрокосмическая промышленность, требуют все более-производительности, что приводит к постоянному росту потребления NdFeB.
Для бюджетных-приложений феррит остается доминирующим выбором. Его преимущества:-низкая стоимость, достаточная производительность и стабильность-осложняют замену на-чувствительных к цене рынках.
В то же время появляется золотая середина: гибридное использование обоих материалов. Например, в компоненте может использоваться NdFeB для обеспечения магнитной силы сердечника, а феррит используется для вспомогательных функций или экранирования, тем самым используя сильные стороны каждого материала.
Не существует единственного «правильного» ответа при выборе магнита-только самое подходящее решение.
Какова рабочая температура вашего оборудования? Насколько строгие ограничения по пространству? Каков ваш потолок бюджета? Какова потенциальная цена неудачи?
Как только вы проясните эти вопросы, ответ, естественно, станет очевидным.
