Câteva cunoștințe despre maglev care v-ar putea interesa
Te deranjează timpul de navetă pe distanțe lungi? Deși putem ajunge la destinație luând metroul, conducând și zburând, totuși pare că durează mult timp. Cu toate acestea, există o tehnologie care poate face un salt calitativ în timpul nostru de navetă, și aceasta este levitația magnetică. Poate că simți că levitația magnetică există doar în filme sau drame TV. Dar în iulie 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) și alții de la Institutul Coreean de Știință și Tehnologie au format mai întâi o echipă pentru a studia materialul. Apatita de plumb pură este un izolator, dar potrivit lui Sukbae Lee și alții, apatita de plumb dopată cu cupru care formează LK-99 este un supraconductor sau un metal la temperaturi mai ridicate. Deși nu există un material supraconductor confirmat la temperatura camerei la presiune normală, ne dă și speranță! Să vedem cum se comportă acest LK-99 magic pe magnet!
Cred că ați văzut, de asemenea, că atunci când magnetul se apropie de material de jos, materialul se ridică din cauza respingerii. După schimbarea polilor magnetici, materialul încă se ridică din cauza repulsiei la apropierea materialului.
Acest "mic punct negru" continuă să cadă sau să se ridice pe măsură ce magnetul NdFeB se apropie și se îndepărtează. Atât polul S, cât și polul N sunt eficiente, adică repulsia nu are nimic de-a face cu polul magnetic, arătând antimagnetism.
Să nu vorbim dacă LK-99 este într-adevăr supraconductor. Magnetul permanent NdFeB îl poate face să leviteze.
Apropo de magneți permanenți NdFeB, trebuie să discutăm despre Tesla Model S.
Elon Musk este atât de îndrăzneț încât atunci când Tesla a organizat evenimentul de lansare pentru primul său sedan, Model S, nici măcar nu l-au asamblat. Șasiul a fost bazat pe Mercedes-Benz CLS, iar panourile din aluminiu ale caroseriei și capacul motorului au fost lipite de cadrul de oțel cu magneți de bor de fier neodim.
Când Tesla a fabricat primele două modele de mașini de dimensiuni mari, au folosit motoare cu inducție pentru a alimenta vehiculele. Aceste motoare s-au bazat pe designul original al motorului lui Nikola Tesla, care a fost un design genial care a precedat inventarea magneților de pământuri rare cu aproape 100 de ani.
Motoarele cu inducție își generează propriul magnetism și acționează rotorul prin electricitate și funcționează fără niciun tip de magneți permanenți.
Designul motorului cu inducție este bun, dar Tesla a trecut la motoare cu magnet permanent pentru Model 3 în 2017 din motive întemeiate: Model 3 este o mașină mai mică și are nevoie de un motor mai mic, dar are totuși multă putere.
Deci, începând cu Model 3, Tesla a folosit motoare cu neodim fier bor, deoarece economisesc mai mult spațiu, sunt mai ușoare și pot genera mai multă forță.
Utilizarea magneților în mașini: cum ar fi aerul condiționat, sistemele de frânare, motoarele de acționare, pompele de ulei etc.
De fapt, pe lângă faptul că sunt utilizați în automobile, magneții sunt utilizați pe scară largă și în difuzoarele telefoanelor mobile, căști, motoare de vibrații, electromagneți, uscătoare de păr, ventilatoare, frigidere, mașini de spălat etc.
(Proporția utilizării magnetului)
Deci, în afară de magneți permanenți precum NdFeB, care sunt celelalte trei tipuri majore de magneți? Care este procesul de producție?
Să aruncăm o privire mai atentă!
În primul rând, să înțelegem produsul energetic magnetic maxim al magneților
În prezent, există trei tipuri de magneți: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.
Magneții permanenți produc un câmp magnetic care este menținut chiar și în prezența unui câmp magnetic opus. Motoarele electrice care folosesc magneți permanenți sunt mai eficiente decât cele care nu o fac. În prezent, toți magneții puternici cunoscuți conțin elemente de pământuri rare, care sunt componente cheie pentru vehiculele electrice și turbinele eoliene. Elemente precum neodimul și toriul au devenit materiale cheie din cauza cererii în creștere și a ofertei limitate.
Magneții permanenți sunt unici prin faptul că, odată produși, oferă flux magnetic fărăenergy input, rezultând costuri de exploatare zero. În schimb, magneții electromagnetici necesită un curent continuu pentru a genera un câmp magnetic.
O proprietate importantă a magneților permanenți este că își mențin câmpul magnetic chiar și în prezența unui câmp magnetic extern opus. Cu toate acestea, dacă puterea câmpului magnetic opus este suficient de mare, nucleele magnetice interne ale magnetului permanent se vor alinia cu câmpul magnetic opus, ducând la demagnetizare.
Magneții permanenți acționează în esență ca dispozitive de stocare a energiei. Energia este injectată în timpul procesului inițial de magnetizare și, dacă este fabricată și manipulată corespunzător, va rămâne în magnet pe termen nelimitat. Spre deosebire de o baterie, energia dintr-un magnet nu se epuizează niciodată și rămâne disponibilă pentru utilizare. Acest lucru se datorează faptului că magneții nu au niciun efect net asupra mediului înconjurător. În schimb, își folosesc energia pentru a atrage sau respinge alte obiecte magnetice, ajutând la conversia dintre energia electrică și cea mecanică.
Energia unui câmp magnetic este proporțională cu produsul B și H. Când produsul BH este maximizat (notat ca (BH)max), volumul minim de magnet este necesar pentru a produce un câmp magnetic dat într-un spațiu dat. Cu cât este mai mare (BH)max, cu atât volumul de magnet este mai mic necesar pentru a produce o anumită densitate de flux. (BH)max poate fi gândit ca energia magnetică statică pe unitatea de volum a materialului magnetului. BH se măsoară înMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.
În industria magneților permanenți, produsul de energie magnetică maximă reprezintă densitatea energiei magnetice a magnetului permanent și este cel mai frecvent utilizat parametru pentru a caracteriza performanța magneților permanenți.
Clasificarea magneților permanenți
Magneții permanenți pot fi împărțiți în patru tipuri:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)șiceramic or ferrite magnets.
Să începem cu cei mai rentabili magneți:Neodymium Iron Boron Magnets
Magneții de neodiu (NdFeB) sunt unul dintre cele mai utilizate materiale cu magnet permanent în aplicații comerciale, cunoscut pentruhigh magnetic energy productșimagnetic strength.
Magneții de neodiu suntstrongestși majoritateacontroversialMagneţi. Aparțin categoriei magneților de pământuri rare, deoarece sunt compuși din elemente de neodim, fier și bor.
Datorită conținutului de fier, magneții cu neodim fier bor sunt ușor oxidați și au o rezistență slabă la coroziune și necesită adesea acoperiri precum nichelare, acoperire epoxidică sau zincare.
Cu toate acestea, acestea sunt produse cu densitate energetică ridicată (până la55 MGOe) cu duritate ridicată, iar utilizarea lor permite hard disk-uri, motoare și echipamente audio de dimensiuni mai mici.
Intervalul de temperatură de funcționare al magneților de neodim este80°C to 200°C. Cu toate acestea, materialele din neodim de înaltă calitate care pot funcționa deasupra120°Cpoate deveni destul de scump.
Având în vedere rentabilitatea, magneții de neodim sunt cu siguranță prima alegere.
Poate vă gândiți că temperatura de lucru a magnetului meu va depăși 200°C, deci este imposibil să folosesc magnetul în acest mediu? Această problemă poate fi rezolvată de magneți sanitari de cobalt.
Salmiu Cobalt (SmCo) is a premium permanent magnet material primarily made from cobalt and samarium, making it the most costly magnetic material to produce. Its high cost is mainly due to the significant cobalt content and the brittleness of the samarium alloy.
Acești magneți permanenți sunt foarte rezistenți la coroziune și pot suporta temperaturi de până la350°Cși, uneori, chiar până la500 degrees. Această rezistență la temperatură le oferă un avantaj distinct față de alte tipuri de magneți permanenți care sunt mai puțin toleranți la căldură. La fel ca magneții de neodim, magneții cu samariu și cobalt au nevoie de acoperiri pentru a preveni coroziunea.
Cu toate acestea, dezavantajul acestui soi de magnet este rezistența sa mecanică scăzută. Magneții de cobalt de salinitate pot deveni cu ușurință fragili și pot dezvolta fisuri. Cu toate acestea, în cazurile în care temperaturile ridicate și rezistența la coroziune sunt esențiale, magneții cu samariu cobalt ar putea fi cea mai potrivită opțiune.
Magneții de neodim excelează la temperaturi mai scăzute, în timp ce magneții de samoniu cobalt au cele mai bune performanțe lahigher temperatures. Magneții de neodim sunt cunoscuți pentru că sunt cei mai puternici magneți permanenți la temperatura camerei și până la aproximativ 180 de grade Celsius pe baza magnetizării remanente (Br). Cu toate acestea, puterea lor scade semnificativ pe măsură ce temperatura crește. Pe măsură ce temperaturile se apropie de 180 de grade Celsius, magneții de sacogiu-cobalt încep săsurpassMagneții de neodim în performanță.
Cobaltul de samoniu se clasează ca second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Este utilizat în mod obișnuit în industria aerospațială și în alte sectoare, acordând prioritate performanței în detrimentul costurilor.
Magneții cu samariu cobalt, dezvoltați în anii 1970, prezintă o rezistență magnetică mai mare în comparație cu magneții ceramici și aluminiu-nichel-cobalt, deși nu se ridică la magnetismul oferit de magneții de neodim. Acești magneți sunt clasificați în principal în două grupe în funcție de nivelurile lor de energie. Primul grup, cunoscut sub numele deSm1Co5 (1-5), se mândrește cu o gamă de produse energetice care se întinde de la15 to 22 MGOe. Pe de altă parte, al doilea grup, Sm2Co17 (2-17), cuprinde un interval de energie de22-32 MGOe.
Atât magneții de samariu cobalt, cât și cei de neodim sunt fabricați din metale sub formă de pulbere. Acestea sunt comprimate sub influența unui câmp magnetic puternic înainte de a fi supuse unui proces de sinterizare.
Magneții de neodim sunt foarte sensibili la factorii de mediu, în timp ce magneții de pământuri rare cu samariu cobalt prezintă o rezistență excelentă la coroziune. Magneții de pământuri rare cu samariu cobalt pot rezista la temperaturi ridicate fără a-și pierde magnetismul, în timp ce magneții cu neodim trebuie folosiți cu precauție peste temperatura camerei. Magneții de neodim sunt mai durabili în comparație cu magneții cu samariu și cobalt și pot fi ușor prelucrați și încorporați în ansambluri magnetice. Ambele materiale necesită utilizarea uneltelor diamantate, EDM sau șlefuire în timpul procesului de prelucrare.
În continuare, să aflăm despre magneții Alnico
Magneți din aluminiu nichel cobalt (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of aluminiu, nichel și cobalt.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mishimain Japan during the early 20th century.
În ciuda remanenței lor notabile, duritatea lor relativ modestă duce la un produs de energie magnetică (BH)max redus în comparație cu alte tipuri de magneți. AlNiCo turnat posedă capacitatea de a fi format în forme complicate, în timp ce AlNiCo sinterizat prezintă proprietăți magnetice puțin mai mici, dar proprietăți mecanice superioare datorită structurii sale cu granulație fină, rezultând o distribuție uniformă a fluxului și o rezistență mecanică sporită.
Sinterizarea AlNiCo cuprinde topirea prin inducție, măcinarea în particule fine, presarea, sinterizarea, testarea, acoperirea și magnetizarea. Diverse metode de fabricație au impact asupra proprietăților magnetului, sinterizarea îmbunătățind atributele mecanice și turnarea crescând densitatea de energie.
Magneții AlNiCo sinterizați vin în clase variind de la1.5 to 5.25 MGOe, în timp ce magneții turnați variază de la5.0 to 9.0 MGOe. Magneții anizotropi AlNiCo oferă opțiuni personalizate de direcție de magnetizare, oferind o versatilitate valoroasă.
Aliajele de aluminiu nichel cobalt prezintă temperaturi maxime ridicate de funcționare și rezistență excepțională la coroziune. Unele clase de aluminiu nichel cobalt pot funcționa la temperaturi care depășesc500°C. Acești magneți sunt utilizați pe scară largă în microfoane, difuzoare, pickup-uri de chitară electrică, motoare, tuburi de undă de călătorie, senzori Hall și diverse alte aplicații.
În cele din urmă, să înțelegem magnetul cu cel mai mare avantaj de preț, care este magnetul de ferită.
Magneții de ferită, also known asmagneți ceramici, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their prețuri economice, rezistență eficientă la coroziune și capacitatea de a menține stabilitatea la temperaturi ridicate până la250°C.
În timp ce caracteristicile lor magnetice suntnot as strong as those of NdFeB magnets, rentabilitatea magneților de ferită îi face potriviți pentrularge-scalefabricare. Acest avantaj de cost provine din utilizarea unor materiale ieftine, ușor disponibile, care sunt de natură non-strategică.
Magneții ceramici pot fi izotropi, prezentând proprietăți magnetice uniforme în toate direcțiile, sau anizotropi, afișând magnetizarea în aliniere cu direcția tensiunii. Cei mai puternici magneți ceramici pot obține o energie magnetică de 3.8 MGOe, făcându-le cel mai slab tip de magnet permanent. În ciuda proprietăților lor magnetice modeste, acestea oferă o rezistență superioară la demagnetizare în comparație cu alte tipuri de magneți.
Magneții ceramici prezintă olow magnetic energy produs și posedăexcellent corrosion resistance,utilizat în mod obișnuit alături de componente din oțel cu conținut scăzut de carbon și potrivit pentru utilizare în medii cu temperaturi moderate.
Procesul de fabricație a magneților ceramici implică presarea și sinterizarea, cu utilizarea recomandată a discurilor de abraziv diamantate datorită naturii lor fragile.
În general, magneții ceramici oferă un echilibru între rezistența magnetică și eficiența costurilor, fragilitatea lor fiind contracarată de o rezistență superbă la coroziune. Sunt durabile, rezistente la demagnetizare și o opțiune rentabilă pentru diverse aplicații, cum ar fi jucării, meșteșuguri și motoare.
Magneții de pământuri rare îmbunătățesc semnificativ considerentele de greutate sau dimensiune, în timp ce feritele sunt de preferat pentru aplicații care nu necesită o densitate mare de energie, cum ar fi geamurile electrice, scaunele, întrerupătoarele, ventilatoarele, suflantele din aparate, unele unelte electrice și echipamentele audio.
