Wpływ temperatury na charakterystykę magnesów

Wpływ temperatury na wytrzymałość magnesów neodymowych

Mimo, że magnesy neodymowe dysponują ogromną siłą magnetyczną, to jednak ich odporność na ekstremalne temperatury nie jest zbyt wysoka. Z tego też powodu trzeba bacznie zwracać na to uwagę, gdyż przekroczenie temperatur może spowodować zmianę charakterystyki pracy lub nawet całkowicie zniszczyć magnes. Szkodliwe jest dla nich przede wszystkim ciepło - już w temperaturach około 82°C zaczynają tracić swoje magnetyczne właściwości. Niska jest również ich temperatura Curie, 320°C to w wielu zastosowaniach będzie zbyt mało. Niektórzy producenci specjalne magnesy z neodymu, mogące wytrzymać wyższe temperatury. Za to zdecydowanie lepiej wygląda sytuacja gdy jest zimno, -138°C to wynik który umożliwia ich użycie w wielu różnych urządzeniach.

Podgrzanie magnesu neodymowego zawsze skutkuje zmniejszeniem jego wytrzymałości. Istnieją jednak dwa rodzaje utraty mocy:

• tymczasowy (moc wraca do pierwotnej wartości po ostygnięciu)

• stały

Chwilowa utrata zasilania

Jeśli temperatura magnesu nie przekroczy maksymalnej temperatury roboczej , magnes straci część swojej siły tylko chwilowo. Po schłodzeniu do temperatury pokojowej jego wytrzymałość zostaje ponownie w pełni przywrócona. W przypadku tymczasowej utraty wytrzymałości magnes zazwyczaj traci 5-10% swojej pierwotnej wytrzymałości w wyższych temperaturach. Częstotliwość podgrzewania i chłodzenia magnesu nie ma wpływu na trwałość utraty mocy.

Trwała utrata siły

Po przekroczeniu maksymalnej temperatury pracy magnes pozostanie słabszy nawet po ostygnięciu. Im wyższa temperatura osiąga magnes, tym większa jest trwała utrata jego siły. Po osiągnięciu temperatury Curie (zwykle około 300°C) magnes traci 100% swojej siły. Wielokrotne nagrzewanie do tej samej temperatury nie spowoduje większej utraty wytrzymałości. Nie ma nawet znaczenia, jak długo magnes był podgrzewany.Jednak nawet po trwałej utracie siły magnes nie jest całkowicie utracony i nadal można przywrócić jego siłę poprzez ponowne namagnesowanie, jeśli zostanie umieszczony w silnym polu magnetycznym.

Odporność termiczna magnesów NdFeB

Odporność na ciepło magnesów neodymowych może się różnić w zależności od egzemplarza. Na maksymalną temperaturę roboczą i temperaturę Curie wpływają głównie:

• materiał magnesu

• kształt magnesu

• innych magnesów i metali magnetycznych znajdujących się w pobliżu

Materiał

Materiał magnesu neodymowego jest zwykle oznaczany skrótem (np. N38SH):

• N oznacza magnes neodymowy

• XX to dwucyfrowa liczba od 27 do 55, która wskazuje siłę magnesu. Im wyższa liczba, tym silniejszy magnes. (Mówiąc naukowo, jest to maksymalny produkt energetyczny w jednostkach MGOe)

• na końcu może być 1 lub 2 dwie litery (PP), które wskazują odporność magnesu na temperaturę.

Kształt magnesu

Nawet jeśli magnesy są wykonane z tego samego materiału, różne wymiary mogą powodować różne maksymalne temperatury pracy. Grube magnesy mają zwykle lepszą odporność na temperaturę niż cieńsze. Podobnie zachowują się magnesy w kształcie sześcianu lub koła. Rozmiar samego magnesu nie ma znaczenia dla oporu cieplnego magnesu, liczy się tylko stosunek jego wymiarów. Cylindry walce namagnesowane diametralnie (bieguny po bokach, a nie po płaskich bokach) często mają niską odporność na temperaturę. Jeśli mają być narażone na działanie wysokich temperatur, zalecamy przetestowanie ich przed użyciem.

Wokół magnesu

Wszystkie poprzednie obliczenia zakładają, że w pobliżu magnesu nie ma innych magnesów ani metali magnetycznych.
Jeśli magnes jest wystawiony na działanie przeciwnego pola magnetycznego (jest odpychany przez inny magnes), traci swoją siłę nawet w niższych temperaturach. Jeśli zewnętrzne pole magnetyczne ma taki sam kierunek jak pole magnesu (na przykład jest umieszczony na innym magnesie), jego odporność na temperaturę wzrasta, wręcz przeciwnie.
Jeśli magnes przyklei się do stali lub innego materiału ferromagnetycznego, jego maksymalna temperatura robocza ulegnie nieznacznemu obniżeniu.

Niskie temperatury

Im niższa temperatura, tym silniejszy magnes. Dotyczy to również bardzo niskich temperatur do -130°C. Po schłodzeniu poniżej -130°C magnes zaczyna tracić swoją siłę. Po ogrzaniu do temperatury pokojowej siła wraca do pierwotnej wartości. Jeśli temperatura gwałtownie wzrośnie, magnes może pęknąć z powodu nierównomiernej rozszerzalności cieplnej. Magnesy neodymowe można chłodzić ciekłym azotem bez uszkodzeń. Ponowne podgrzewanie i chłodzenie magnesu nie wpływa na jego siłę.

Magnesy samarowo-kobaltowe

W ekstremalnych temperaturach bardzo dobrze sobie radzą magnesy samarowo-kobaltowe, dotyczy to zarówno niskich jak i wysokich zakresów. Producenci bardzo chętnie sięgają po nie przy projektowaniu silników w branżach motoryzacyjnej i lotniczej, gdyż ich maksymalna temperatura pracy może wynieść nawet 350°C. Temperatura Curie w zależności od rodzaju magnesu będzie się wahać pomiędzy 700°C a 800°C, co czyni ten magnes bardzo odporny na ewentualne przekroczenia warunków pracy. Producenci podają minimalne temperatury robocze na poziomie -60°C, co też jest dobrym wynikiem wśród innych magnesów.

Magnesy ceramiczne

Magnesy ceramiczne są stosunkowo kruche ze względu na zastosowany w nich materiał, z tego też powodu źle znoszą zbyt niskie temperatury, gdyż mogą po prostu popękać, ulegając tym samym zniszczeniu. W odróżnieniu od innych rodzajów magnesów, łatwiej się one rozmagnesowują w niskiej temperaturze, a trudniej w wysokiej. Dzięki tym właściwościom są one chętnie wykorzystywane w miejscach, gdzie inne magnesy sobie nie radzą z uwagi na to, że jest zbyt gorąco. Ich maksymalna temperatura pracy wynosi około 250°C, natomiast temperatura Curie około 450°C. Z kolei utrata właściwości magnetycznych pojawia się, gdy warunki pracy spadną poniżej minus 60°C.