Používáte neodymové či jiné silné magnety? Víte, jak a z čeho jsou vlastně vyrobené? Tentokrát se podíváme do zákulisí výroby magnetů. Začneme u neodymových magnetů, které dnes patří mezi nejsilnější běžně dostupné permanentní magnety. V továrně je vyrábějí z jemného prášku vzniklého rozemletím speciální slitiny. Následně lisují a spékají – sintrují. Čtěte dál.
Přestože na první pohled vypadají jako kovové součástky, svými vlastnostmi připomínají spíše keramiku. Magnety jsou docela tvrdé, ale zároveň křehké.
Pokud vám neodymový magnet spadne na beton nebo prudce narazí do jiného magnetu, může prasknout nebo se odštípnout. Totéž se pravděpodobně stane, když začnete zkoušet, jak řezat nebo vrtat magnety.
Důvod souvisí s technologií výroby. Neodymové magnety totiž nevznikají obráběním z masivního kusu kovu, ale spékáním velmi jemného kovového prášku.
Výrobci taví kovy a vytvářejí slitinu
Přeskočíme-li těžbu rud a získávání surovin v dolech nebo třeba recyklací, začíná výroba tavením kovů ve speciálních pecích. Pro výrobu neodymových magnetů se používá především neodym (Nd), železo (Fe) a bor (B). Právě z počátečních písmen těchto prvků vznikla zkratka NdFeB, se kterou se můžete u neodymových magnetů setkat.
Do slitiny často přidávají i další prvky v malém množství. Jejich úkolem bývá zvýšení teplotní odolnosti nebo zlepšení některých magnetických vlastností.
Roztavená slitina se následně odlévá do forem a po ochlazení vzniká takzvaný ingot – hutní polotovar určený k dalšímu zpracování.
Ingot rozemelou na jemný prášek
Samotný ingot ještě magnet nepřipomíná. Výrobci jej nejprve drtí a následně melou na velmi jemný prášek. Velikost částic bývá pouze několik mikrometrů.
Práce s tímto práškem není jednoduchá. Materiál obsahující neodym je velmi reaktivní a při kontaktu se vzduchem by mohl oxidovat. Výroba proto často probíhá v ochranné atmosféře inertních plynů.
Právě kvalita a homogenita vzniklého prášku má zásadní vliv na výsledné vlastnosti budoucího magnetu.
Lisování a sintrování budoucích magnetů
Jemný prášek v továrně plní do forem a pod vysokým tlakem lisují do požadovaného tvaru. V této fázi ještě nevzniká hotový magnet, ale pouze slisovaný polotovar.
Následuje proces nazývaný sintrování neboli spékání. Během něj materiál ýrobci zahřívají na vysokou teplotu těsně pod bodem tavení. Jednotlivé částice prášku se začnou spojovat a vytvoří pevný celek.
Právě tato část technologie výroby je důvodem, proč mají neodymové magnety vlastnosti podobné keramice. Materiál je velmi tvrdý, ale zároveň méně odolný vůči nárazům než běžné konstrukční kovy.
U některých výrobních postupů už během lisování pracovníci používají silné magnetické pole, které pomáhá orientovat budoucí magnetické domény požadovaným směrem. Díky tomu lze později dosáhnout vyšší magnetické síly.
Lisování a sintrování je v průmyslu standardně označované jako metoda práškové metalurgie.
Podívejte se na videu, jak může výroba magnetů v malovýrobě vypadat v praxi. Ve větších továrnách je to odlišné.
Řezání a broušení polotovaru magnetů na finální rozměr
Během sintrování vznikají větší bloky spečeného materiálu. Ty při výrobě pomocí diamantových nástrojů řežou, brousí a opracovávají na požadované rozměry.
Právě v této fázi vznikají známé magnetické kotouče, kvádry, válce, kroužky nebo speciální technické tvary určené pro průmyslové použití.
Protože materiál je křehký, probíhá obrábění velmi opatrně a často za soušasného chlazení.
Povrchová úprava chrání magnet před korozí
Neodymové magnety nejsou odolné vůči vlhkosti. Bez ochranné vrstvy by jejich povrch magnetů poměrně rychle korodoval.
Proto mají neodymové magnety povrchovou úpravu, nejčastěji niklováním nebo zinkováním.
Výrobci však používají i další formy ochrany proti vlhkosti a vnějším vlivům. K dispozici tak máte například magnety poplastované a voděodolné, magnety s teflonovou vrstvou, pogumované magnety nebo třeba kancelářské magnety s barevnou povrchovou úpravou.
Povrchovou vrstvu výrobci obvykle nanášejí ještě před finální magnetizací.
Kdy se ze spečeného kousku stane skutečný magnet?
Možná vás překvapí, že ani po sintrování, opracování a nanesení povrchové vrstvy ještě nejde o plně zmagnetovaný magnet.
Vzniklé magnetické kotouče, kvádry, magnetické kostky, koule, kužely nebo tyče mají sice už správný tvar a složení, ale teprve čekají na závěrečný krok.
Skutečnou magnetickou sílu získávají až během finální magnetizace ve speciálních zařízeních nazývaných magnetizéry. Právě zde vzniknou severní a jižní magnetické póly a z polotovaru se stane silný permanentní magnet.
Jak magnetizéry fungují a jak dokáží vytvořit magnetické pole o obrovské intenzitě, si ukážeme v příštím dílu tohoto mini seriálu o výrobě magnetů.
Existují i jiné způsoby výroby neodymových magnetů
Popsaný postup lisování a sintrování jemného prášku je nejrozšířenější metodou výroby magneticky silných neodymových magnetů. Existují však i další technologie.
V některých aplikacích ve výrobě používají takzvané lepené (bonded) NdFeB magnety, kde je magnetický prášek smíchaný s plastovým pojivem a následně lisovaný nebo vstřikovaný do forem. Výhodou je možnost výroby složitějších tvarů a vyšší mechanická odolnost, nevýhodou bývá nižší magnetická síla.
Na rozdíl od některých typů AlNiCo magnetů se neodymové magnety běžně nevyrábějí přímým odléváním do finálního tvaru. Odlévání se používá pouze v počáteční fázi výroby slitiny, ze které následně po rozemletí vzniká prášek pro sintrování.
Právě technologie spékání umožňuje dosáhnout velmi vysokých magnetických vlastností, díky nimž dnes neodymové magnety patří mezi nejsilnější permanentní magnety na světě.
Vyzkoušejte si také nějaké pokusy s magnety.
