Blog

Jak długo działa magnes neodymowy? – Żywotność magnesu

Jak długo działa magnes neodymowy

Określenie żywotności magnesu neodymowego przysparza nie lada problemów, gdyż zależy od kilku warunków. Dodatkowym czynnikiem wprowadzającym brak jednoznacznej odpowiedzi na to pytanie jest fakt, że magnes neodymowy został wynaleziony dopiero w 1982 przez trzy niezależne podmioty – General Motors (USA), Sumitomo Special Metals (Japonia) oraz China Academy of Sciences (Chiny). Od daty odkrycia minęło zatem mniej czasu, niż spodziewana żywotność magnesów neodymowych.

 

Jak długo działa magnes neodymowy w warunkach standardowych?

Pozostawiony w standardowych warunkach magnes neodymowy jest długowieczny. Przyjmuje się, że utrata właściwości magnetycznych wynosi niecały 1% rocznie. Oznacza to, że magnes neodymowy, pozostawiony w temperaturze pokojowej, na który nie oddziałują negatywne warunki zewnętrze, będzie działał ponad 100 lat.

Uwaga: wszystkie informacje zawarte w tekście dotyczą stricte magnesów neodymowych wytwarzanych metodą spiekania (polegającą na prasowaniu sproszkowanych metali w polu magnetycznym, a następnie wyżarzaniu ich w piecach próżniowych). Jest to najpopularniejsza metoda wytwarzania magnesów neodymowych (takich jak magnesy neodymowe Sensei), ale nie jedyna. Istnieje także metoda wybuchowego spajania proszków metali, jednak magnesy otrzymywane w ten sposób charakteryzują się kilkukrotnie mniejszą siłą przyciągania. Inne rodzaje magnesów, jak magnesy ferrytowe, charakteryzują się jeszcze innymi właściwościami i żywotnością i występują w tekście jedynie w formie porównania.

Jak długo działa magnes neodymowy w warunkach innych niż neutralne?

Na skrócenie żywotności magnesów neodymowych mają wpływ głównie następujące czynniki:

  • temperatura pracy (temperatura, do której podgrzany zostanie magnes),
  • obecność zewnętrznych pól magnetycznych,
  • degradacja materiałowa.

Temperatura pracy magnesu

Jednym z najważniejszych parametrów, który wpływa na długość działania magnesu neodymowego jest maksymalna temperatura pracy, czyli temperatura, powyżej której magnes zacznie tracić swoje właściwości magnetyczne. Rozkład temperatury pracy w zależności od klasy magnesy neodymowego przedstawia się następująco:

– Magnesy klasy N35, N38, N40: 90°C,
– Magnesy klasy N42, N45: 80°C,
– Magnesy klasy N50, N52: 70°C.

Po przekroczeniu maksymalnej temperatury pracy, magnes neodymowy zaczyna stopniowo tracić swoje właściwości magnetyczne. Przy temperaturze wyższej o 40°C od maksymalnej temperatury pracy, utrata mocy wynosi około 11%. Po ostudzeniu do temperatury pokojowej, magnes nie odzyska samoczynnie swojej mocy.

Straty odwracalne a straty nieodwracalne

Jeśli temperatura magnesu przekroczy maksymalną temperaturę pracy i magnes utraci część swojej mocy, nie odzyska jej samoczynnie po ostygnięciu. Jednak utrata mocy nie jest w tym przypadku nieodwracalna. Można ją odzyskać po ponownym namagnesowaniu magnesu pod wpływem silnego, zewnętrznego pola magnetycznego. Jest to oczywiście proces nieopłacalny ekonomicznie i nie stosowany w praktyce, ale możliwy do wykonania.

Magnesy neodymowe charakteryzują się jeszcze jednym, bardzo istotnym punktem temperaturowym. Tak zwaną temperaturą Curie, którą opisał francuski fizyk Pierre Curie (mąż Marii Skłodowskiej-Curie). Jest to temperatura, powyżej której ferromagnetyk gwałtownie traci swoje właściwości magnetyczne i staje się paramagnetykiem. W przypadku magnesów neodymowych jest to proces nieodwracalny. Oznacza to, że zmiany metalurgiczne powodują nieodwracalną utratę właściwości magnetycznych, a ich odzyskanie nie jest możliwe nawet po ponownym namagnesowaniu. Temperatura Curie dla magnesów nieodymowych wynosi od 310 do 400°C (w zależności od rodzaju magnesu).

Jak przekłada się praca w trudnych temperaturowo warunkach na żywotność magnesu neodymowego?

Do oceny tego zagadnienia posłużmy się przykładem, który został dokładnie zbadany. W przypadku zastosowania magnesów neodymowych w prądnicach wzbudzanych magnesami neodymowymi, mamy do czynienia nie tylko z dość wysokimi temperaturami pracy (jednak niższymi niż maksymalna temperatura pracy), ale także z oddziaływaniem zewnętrznych pól magnetycznych oraz drgań. Producenci badający pracę magnesów neodymowych w takich warunkach podają, że po 30 latach utrata właściwości magnetycznych wynosi 50%. Jest to zatem wynik niewiele odbiegający od nominalnej żywotności magnesów neodymowych w warunkach standardowych.

Wpływ zewnętrznego pola magnetycznego

Magnes neodymowy może zostać rozmagnesowany pod wpływem silnego pola magnetycznego. Aby usunąć trwałe namagnesowanie, należy odwrócić kierunek zewnętrznego pola magnetycznego, jakiemu poddany był magnes podczas magnetyzacji. Wartość zewnętrznego pola magnetycznego, powodująca demagnetyzację danego ferromagnetyka, nazywana jest koercją magnetyczną lub natężeniem powściągającym. W przypadku magnesów neodymowych wartość ta musi przekroczyć od 835 kA/m. Z kolei koercja magnetyczna dla magnesów ferrytowych wynosi około 300 kA/m.

W praktyce sprowadza się to do tego, że magnesy neodymowe są odporne na działanie pola magnetycznego innych magnesów neodymowych. Zatem przechowywanie magnesów neodymowych blisko siebie (w granicach oddziaływania wzajemnego pól magnetycznych) nie wpłynie na ich żywotność. Natomiast przyłożenie magnesu ferrytowego (lub innego magnesu, mniej trwałego na działanie pól magnetycznych niż magnesy ferrytowe) do magnesu neodymowego, może spowodować utratę części lub całości właściwości magnetycznych przez magnes ferrytowy.

Wstrząsy i wibracje

Wstrząsy i wibracje o natężeniu poniżej sił niszczących mają znikomy wpływ na żywotność magnesów neodymowych.

Degradacja materiałowa magnesów neodymowych pod wpływem niekorzystnych warunków środowiskowych

Największy wpływ na żywotność magnesu mają warunki środowiskowe. Spieki, z których powstaje magnes neodymowy, są bardzo wrażliwe na korozję. Z tego powodu magnesy neodymowe pokrywane są powłokami antykorozyjnymi. Niestety pomimo stosowania powłok ochronnych w środowiskach wilgotnych, powłoki te mają stosunkowo niską przyczepność do spieku, co może powodować powstawanie złuszczeń. Mikropęknięcia w ich strukturze powodują penetrację wilgoci do wnętrza struktury magnesu i jego korozję. Zatem w praktyce czynnikiem mającym decydujący wpływ na żywotność magnesu jest degradacja materiałowa spowodowana niekorzystnym środowiskiem zewnętrznym. Dlatego w przypadku stosowania magnesów neodymowych w niekorzystnych warunkach środowiskowych, bardzo istotne są zabiegi pielęgnacyjne i konserwujące przeprowadzane na magnesie. Po skorzystaniu z magnesu w wodzie lub środowisku wilgotnym, należy dokładnie osuszyć całą jego powierzchnię i zakonserwować np. wazeliną techniczną. Pozwoli to znacząco przedłużyć jego żywotność, nawet do kilkunastu lat.

Może Cię zaciekawić

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *