磁鐵的磁性來自於其內部電子的自旋排列,產生穩定的磁場。磁性物質的原子內部電子會自發形成磁矩,當這些磁矩整齊排列時,物質就表現出磁性。不同種類的磁鐵(如釹鐵硼、鐵氧體、鋁鎳鈷等)具有不同的磁性強度與應用特性。
磁鐵的成分因類型不同而有所差異,常見磁鐵種類及其主要成分包括:
釹鐵硼磁鐵(NdFeB):釹(Nd)、鐵(Fe)、硼(B)
鐵氧體磁鐵(Ferrite):氧化鐵(Fe2O3)、鋇(Ba)、鍶(Sr)
鋁鎳鈷磁鐵(AlNiCo):鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)
釤鈷磁鐵(SmCo):釤(Sm)、鈷(Co)
磁鐵的磁極指的是磁鐵的 北極(N 極)和南極(S 極),磁場從北極流向南極,形成磁力線。
同極相斥,異極相吸,這是磁鐵的基本特性。
磁極的方向可透過 指南針、磁場探測儀 或 另一塊已知磁極的磁鐵來判別。
磁極的排列方式會影響磁場分布,許多應用(如電機、感測器、磁力吸附裝置)都需要精確設計磁極方向,以達到最佳效果。
磁鐵含有鐵但不是純鐵,而是經過特別配方與製造的磁性材料,是由多種金屬或化合物組成。不同類型的磁鐵成分如下:
釹鐵硼磁鐵(NdFeB):主要由釹(Nd)、鐵(Fe)、硼(B)組成,磁力強但易氧化。
釤鈷磁鐵(SmCo):含有釤(Sm)和鈷(Co),耐高溫且抗腐蝕。
鐵氧體磁鐵(Ferrite):由氧化鐵(Fe2O3)和其他金屬氧化物燒結而成,價格低廉,抗腐蝕性佳。
磁鐵主要能吸引含有鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)等鐵磁性材料的物質,例如鐵釘、鐵片、鐵粉、不銹鋼(僅限特定類型,如400系不銹鋼)。鋁、銅、黃銅、塑膠、玻璃等材質則不受磁鐵影響。
許多人誤以為高斯值與吸力成正比,但事實上並非如此。以下以N35釹鐵硼磁鐵為例,厚度均為1mm,吸附物均為10mm厚的鐵片:
直徑5mm / 厚度1mm / 中心表磁1700高斯 / 最高表磁2140高斯 / 吸力0.28kg
直徑6mm / 厚度1mm / 中心表磁1490高斯 / 最高表磁1970高斯 / 吸力0.36kg
直徑8mm / 厚度1mm / 中心表磁1170高斯 / 最高表磁1710高斯 / 吸力0.54kg
直徑10mm / 厚度1mm / 中心表磁970高斯 / 最高表磁1560高斯 / 吸力0.74kg
直徑12mm / 厚度1mm / 中心表磁830高斯 / 最高表磁1330高斯 / 吸力0.91kg
直徑15mm / 厚度1mm / 中心表磁670高斯 / 最高表磁1070高斯 / 吸力1.14kg
從上述數據可以看出,磁鐵的高斯值越高並不代表吸力就越強。實際上,吸力更多取決於磁鐵的體積和與接觸物的面積,而非單一的高斯值。
釹鐵硼磁鐵是一種強力的永磁材料,通常能夠保持其磁性長達數十年。然而,釹鐵硼磁鐵確實可能隨著時間和環境的變化而逐漸失去一部分磁性。這種現象通常與幾個因素有關,包括長時間處於高溫、強外部磁場、或機械衝擊等環境下。高溫對釹鐵硼磁鐵的影響尤其顯著,當溫度超過其最大工作溫度時,磁性會急劇衰退。另一個影響因素是暴露在氧氣或濕氣中,這會導致磁鐵表面氧化,從而影響其磁性能。儘管如此,在正常條件下,釹鐵硼磁鐵可以長時間保持其磁性,因此只要避免極端環境,大多數釹鐵硼磁鐵都能夠保持其磁力穩定。
磁鐵的使用壽命取決於材質、環境條件和鍍層等因素。不同類型的磁鐵其耐用性和穩定性也有所不同。
釹鐵硼磁鐵:磁性強,但對環境敏感,尤其是濕氣和高溫會加速其磁性衰退。未經鍍層的釹鐵硼磁鐵在室外使用或經常暴露在潮濕環境中會快速失效,鍍層(如鎳鍍層)通常會在幾年內剝落,導致磁鐵失去保護並加速腐蝕。因此,釹鐵硼磁鐵不適合長期在極端環境中使用,其壽命通常在幾年到十年之間,視使用情況而定。
鐵氧體磁鐵:比釹鐵硼更耐高溫和腐蝕,能在高溫(可達250°C)和潮濕環境中長期穩定工作。其壽命可達數十年,適用於工業和低成本應用。
釤鈷磁鐵:具有優越的高溫穩定性,能在-60°C到300°C的範圍內持續工作。它的抗腐蝕性也非常強,適用於極端條件,因此使用壽命較長,可達數十年。
磁鐵的使用壽命受到鍍層、材質和環境因素的影響。釹鐵硼磁鐵在露天或潮濕環境中使用壽命較短,因為其鍍層(如鎳、鋅)雖能有效提高抗腐蝕能力,但隨時間磨損,尤其在極端環境下會加速磨損,進而影響磁鐵的長期穩定性。相比之下,鐵氧體和釤鈷磁鐵在這些條件下表現更好,具備更長的使用壽命。鍍層對磁鐵的防腐蝕和耐用性至關重要,因此選擇適合的材質和鍍層能顯著延長磁鐵的使用壽命。
同一塊磁鐵的表磁高斯會因測量位置不同而有所變化。表磁高斯指的是在磁鐵表面某一點測得的磁場強度,由於磁鐵的磁場分布並不均勻,每次測量時的位置、角度甚至測量儀器的距離都可能影響讀數。因此,即使是同一塊磁鐵,每次測量的高斯值也可能有所不同。通常,廠商提供的數據是最大表磁高斯值,而非磁鐵中心或其他特定位置的數值,因此在選購時建議確認測量條件與參數,以確保與實際應用需求相符。
磁鐵的高斯值並不是判斷其是否合格的唯一標準。磁鐵的實際性能受多種因素影響,包括磁性等級、體積、形狀、充磁方式以及與吸附物的接觸面積等。例如,一顆小型磁鐵即使表磁高達5000高斯,可能僅能吸附1.5公斤,而一顆較大但表磁僅1000高斯的磁鐵卻能承受超過100公斤的重量。因此,單憑高斯數值無法直接反映磁鐵的吸力與應用效果。
許多人誤以為磁鐵天生就具備磁性,實際上,磁鐵在加工過程中並不具有磁性。它必須經過切片、倒角和電鍍等工藝後,才會進行充磁。充磁過程需要施加足夠強度的外部磁場,通常充磁的磁場強度需達到磁鐵矯頑力的5到7倍。如果磁場強度不足,無法達到飽和充磁,則磁鐵的磁力將遠低於飽和充磁狀態下的磁力。
此外,經過飽和充磁後,磁鐵將達到其材質的最大磁能積。然而,這一磁能積是固定的,若不更換磁鐵材質,即便提供更強的磁場強度,也無法進一步提高磁鐵的磁力。
鐵氧體磁鐵(Ferrite
Magnet)因其優異的耐高溫、抗腐蝕性和低成本特性,廣泛應用於多個領域。在揚聲器與音響設備中,鐵氧體磁鐵提供穩定的磁場,提升音效表現。它還被應用於直流馬達與發電機中,作為關鍵驅動元件,確保設備高效運行。
此外,鐵氧體磁鐵常見於外接式天線底座,提供穩定支撐。在逆滲透系統中,鐵氧體磁鐵有助於過濾水中的雜質,提升過濾效率。
喇叭磁鐵是用於揚聲器(喇叭)中的磁鐵,主要功能是產生穩定的磁場,驅動音圈振動發聲。常見的喇叭磁鐵材質包括釹鐵硼(NdFeB)和鐵氧體(Ferrite),其中釹鐵硼磁鐵磁力更強,能提供更好的音質與效率,而鐵氧體磁鐵則因成本較低,常用於一般音響設備。
高性能釹鐵硼是指其內部矯頑力(Hcj)和最大磁能積(BH)max合大於60的燒結釹鐵硼磁鐵。這類磁鐵主要應用於多種高端領域,包括傳統汽車和新能源汽車的驅動電機、風力發電、變頻空調、節能電梯、工業機器人、消費性產品、磁浮列車以及太陽能發電等。
無刷電機的功率與磁鐵的性能密切相關,釹鐵硼磁鐵的磁場強度和體積直接決定了電機的最大功率。由於鐵氧體磁鐵的磁力相對較弱,因此很少應用於無刷電機中。常見的無刷電機磁鐵是燒結釹鐵硼磁瓦(瓦片形)或粘結釹鐵硼(環形)。
伺服馬達分為交流永磁同步伺服和交流異步伺服。如果是交流永磁同步伺服,那麼就會用到磁鐵,並且使用的磁鐵種類也很多,最常見的就是釹鐵硼磁鐵。至於是否可以用電磁鐵來替代永磁鐵,這取決於伺服電機的類型。電磁鐵需要消耗電力,而且在有限的電流和空間下,是否能夠產生比永磁鐵更強的磁場也是一個重要的考量因素。
釹鐵硼磁鐵中加入金屬鏑的主要目的是提升其耐高溫性能與矯頑力Hcb。鏑元素能有效增強磁鐵的抗退磁能力,使其在高溫環境下仍能維持穩定的磁性,特別是在高等級磁鐵(如UH、EH牌號)中更為關鍵。缺少鏑會使磁鐵的矯頑力降低,並在高溫環境下引起磁性衰減,最終導致磁性能下降或完全失磁。
釹鐵硼各牌號中含金屬鏑的比例?
M牌號: 0-1%
H牌號: 0-2%
SH牌號: 1-4.5%
UH牌號: 3-6%
EH牌號: 4-10%
耐高溫磁鐵主要包括釹鐵硼(高溫等級)、釤鈷(SmCo)和鐵氧體(Ferrite)
釹鐵硼(NdFeB) 的標準耐溫約 80°C,但高溫等級(如 NxxH、NxxSH、NxxEH..等)最高可達220°C。
釤鈷磁鐵(SmCo) 具有出色的耐高溫性能,最高可承受250-350°C,且不易退磁,適用於極端環境。
鐵氧體磁鐵(Ferrite) 可耐溫約 250°C,雖然磁力較弱,但價格低廉,適合一般應用。
若應用環境涉及高溫,應選擇合適的耐溫磁鐵,以確保磁力穩定性。
無刷馬達使用電子換向技術,通常磁鐵的耐溫範圍會有不同的級別。H牌號的磁鐵最大耐溫為120°C,SH牌號為150°C,UH牌號為180°C,EH牌號為200°C,AH牌號則可以達到220°C。大多數無刷電機中使用的磁鐵耐溫一般會落在120°C到180°C之間,具體的耐溫能力會根據實際應用條件有所不同。
釤鈷磁鐵雖然在市場上的應用相對於釹鐵硼磁鐵較少,但它具備良好的機械加工性能,可以進行精加工。由於釤鈷磁鐵的材料特性,其耐高溫能力優異,最高可承受超過300°C的高溫,因此特別適用於高溫環境中的應用。此外,釤鈷磁鐵的鐵含量較低,因此對生鏽的抵抗力也遠優於釹鐵硼磁鐵,即便表面出現局部鏽點,也不會影響其磁性能,使其在一些特殊應用領域中成為不可替代的選擇。
不過,由於釤鈷磁鐵的材質較為脆硬,加工時需要使用金剛石刀具或專門的磨削工藝,以確保加工精度並避免磁鐵碎裂。此外,雖然釤鈷磁鐵的抗腐蝕能力較強,但在特定環境中仍可能因氧化或化學反應產生輕微腐蝕,因此在某些應用中仍可能需要額外的表面處理,如鍍層或塗層保護。
鎳(Ni) / 三層鎳(Ni-Cu-Ni)
鎳鍍層是釹鐵硼磁鐵最常見的防護處理,呈現銀白色金屬光澤,標準厚度約
10-20μm。單層鎳能提供基本的耐潮濕性能,而三層鎳(Ni-Cu-Ni)則在此基礎上進一步提升抗蝕能力,適合一般環境及中等濕度條件下的應用。
鋅(Zn) / 彩鋅
鋅鍍層能有效提升磁鐵的防鏽與抗鹽霧能力,厚度範圍為
8-20μm。標準鋅鍍層呈藍白色,適用於一般環境,而彩鋅則提供更高的耐腐蝕性,在惡劣環境下能發揮更佳的保護效果。
金(Au)
金鍍層由鎳+銅+金(Ni-Cu-Au)組成,厚度約
10-20μm,表面呈現金色光澤。除了極佳的抗潮濕與抗氧化能力外,金鍍層還具有優異的導電性,因此廣泛應用於高端電子產品及精密元件。
銅(Cu)
銅鍍層的結構為鎳+銅(Ni-Cu),標準厚度約
10-20μm,外觀呈金色。此鍍層主要用於臨時防護,能提供短期的防鏽效果,但由於銅容易氧化,因此通常需要與其他保護層搭配使用,以提升長期耐蝕性。
環氧樹脂(Epoxy)
環氧樹脂鍍層可單獨使用,也可與鎳或鋅搭配形成複合鍍層。其厚度約
15-25μm,常見顏色包括黑色、紅色與灰色。這種塗層提供卓越的抗潮濕與抗鹽霧能力,特別適合需要長期防護的應用環境。當搭配鎳或鋅底層時,其耐蝕效果將進一步增強,使磁鐵在極端環境下仍能維持穩定性能。
磁鐵常見的電鍍種類包括鎳(Ni)、鋅(Zn)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、環氧樹脂(Epoxy)等,主要目的是增強耐蝕性、提升美觀或滿足特定應用需求。
鎳(Ni) / 三層鎳(Ni-Cu-Ni):最常見的鍍層,銀白色,具有良好的抗潮濕與耐蝕性
鋅(Zn) / 彩鋅:鍍層較薄,提供基礎防鏽能力,適合一般環境
金(Au) / 銀(Ag):具有優良的導電性與抗氧化能力,多用於電子元件或高端應用
銅(Cu):主要用於臨時保護,易氧化,需搭配其他鍍層使用
環氧樹脂(Epoxy):黑色、紅色或灰色塗層,能提供極佳的耐腐蝕與耐鹽霧性能,適用於潮濕或戶外環境
防水磁鐵是指經過特殊設計或處理,能在水濕環境中保持穩定性能的磁鐵。根據使用環境的不同,防水磁鐵主要可分為防潑水和防泡水兩種情況:
防潑水磁鐵:適用於一般潮濕環境,能抵抗水滴影響。這類磁鐵通常會使用鍍鎳、鍍鋅或環氧樹脂鍍層等保護層,能有效防止水氣或偶爾水滴引起氧化或腐蝕。防潑水磁鐵常見於戶外設備、水族裝置等場景。
防泡水磁鐵:適合長時間浸泡在水中的環境,通常由釤鈷(SmCo)或鐵氧體(Ferrite)製成,這些材料本身具有優異的抗腐蝕性,特別適合於海水或長期水下使用。這類磁鐵能在極端潮濕環境下保持穩定性能。
注意:釹鐵硼磁鐵(NdFeB)以其強大的磁力著稱,但對水分較為敏感。因此,需要使用鍍層來防止腐蝕。根據鍍層的種類(如三層鎳鍍層、環氧樹脂鍍層等),它們可以提供不同等級的防水保護,適用於潑水環境或潮濕環境。
噴漆和烤漆都可以應用於鐵氧體磁鐵的表面處理,但從效果來看,烤漆的表面較為光滑平整,稜角順滑,且耐用性更高。相比之下,噴漆的表面較為粗糙,附著力較弱,在長時間使用或摩擦下可能較容易剝落。如果磁鐵需要較高的耐久性,建議選擇烤漆處理。
尺寸:圓片磁鐵的標準尺寸通常由直徑(D)和厚度(H)來表示;環形磁鐵的標準尺寸則包括外徑(OD)、內徑(ID)和厚度(H)。
價格:由於環形磁鐵需要額外的鑽孔加工步驟,所以價格會相對較高。
磁力:從高斯值來看,環形磁鐵的最大高斯值一般會較高,但在實際吸力方面,圓片磁鐵會較強,因為圓片擁有更大的受磁面積。
釹鐵硼方塊磁鐵通常比圓片磁鐵價格更高,主要是因為其製造工藝較為複雜,切割與加工成本較高。
方塊磁鐵需要進行三次切割,確保每個面達到精確尺寸,而圓片磁鐵通常只需單次切割即可完成。此外,方塊磁鐵的加工過程會產生更多邊角廢料,導致原材料利用率較低,進一步增加成本。由於多了額外的加工步驟,方塊磁鐵的交貨時間通常也比圓片磁鐵長。
由於鐵氧體磁鐵不具導電性,無法使用傳統的線切割加工方法。通常,鐵氧體磁鐵的外徑和厚度會通過水磨工藝來進行加工,特殊情況下則可使用砂輪機研磨。需要注意的是,切割過程可能會改變鐵氧體的磁性,過度加工可能導致磁力降低,甚至造成磁鐵破損。
由於鐵氧體的生產過程比釹鐵硼磁鐵更複雜,且交期較長,因此大多數鐵氧體磁鐵(即便是普通圓片)都需要模具生產。由於工廠生產量大且規格常規,因此一般不會額外向客戶收取模具費用。但若是一些不常見的尺寸,客戶則需要支付開模具的費用。
以燒結釹鐵硼磁鐵為例,大多數情況下不需要開模具,可以使用成形塊料進行加工。即使是特殊形狀的磁鐵,也可通過加工完成。相較之下,鐵氧體磁鐵通常需要開模具,除非工廠已有符合需求的標準模具,否則需要收取模具費。鐵氧體模具的費用通常在數萬元至20萬元之間,具體費用依模具大小與製作難度而定。模具製作的時間大約需要30至60天,具體時間根據客戶需求進行評估。
釹磁鐵的價格受磁鐵規格(大小、形狀)、磁能等級(如 N35、N52)、表面鍍層及市場原材料價格影響。一般來說,小型釹磁鐵的價格從幾元到數十元不等。若有大量採購需求或特殊規格要求,建議直接與專業的磁鐵廠商禾程企業聯繫。
釹鐵硼磁鐵的價格主要受磁性等級、原材料成本及生產工藝影響。N45、N52等級的磁力強度明顯高於N35,其剩磁Br、矯頑力Hcb和最大磁能積BHmax皆優於N35,在高性能應用中更具優勢。
此外,N45、N52需使用更高比例的稀土元素,如釹Nd和鏑Dy,以提升磁性與抗退磁能力,而這些元素價格昂貴,導致生產成本上升。例如,以每公斤價格計算,N45約750元,N35則約600元,顯示等級越高,價格也相對較高。
電商平台:透過電商平台,您可以輕鬆線上下單,找到各種形狀的強力磁鐵,尤其是釹鐵硼磁鐵。但大多數產品的價格較高,且磁力與耐久度無法確定。
量販店:在量販店中,您可以找到一些磁吸家用品,但選擇較為有限,且價格固定,無法針對磁鐵的具體需求做出調整。
五金雜貨店:雖然五金店有時能提供磁鐵,但若店家未妥善保存,磁鐵的使用壽命通常僅為1-2年,並且價格可能比電商平台更高。
磁鐵工廠:若需要定制強力磁鐵,您可以直接聯繫磁鐵工廠禾程企業進行訂購。無論是尺寸、材質、外觀、用途還是磁力等方面,都能根據您的需求進行客製化生產。訂購量從500個到10000個以上皆可提供,並且通常是其他購買途徑的上游供應商。
選擇磁鐵時需要考慮多個因素,包括應用需求、磁鐵的材質、形狀、尺寸以及工作環境。首先,應根據磁鐵的磁性需求來選擇適合的材料。例如,釹鐵硼磁鐵具有較高的磁能產品,適用於需要強磁場的小型設備或高性能應用;而鐵氧體磁鐵則比較耐高溫,且成本較低,適合於一般的消費品或低成本應用。其次,磁鐵的形狀和尺寸也需要根據具體應用來選擇,確保其能夠適當地安裝並提供所需的磁力。此外,工作環境的條件對選擇磁鐵的影響也非常大。若磁鐵將會暴露在高溫、高濕或強腐蝕環境中,則需要選擇耐高溫或具有抗腐蝕性能的磁鐵材料,並且可能需要進行額外的防護處理。最後,選擇磁鐵時還應考慮成本、壽命以及是否需要特殊的鍍層或其他處理方法來提高磁鐵的耐用性。
強力磁鐵因為磁力強大,若直接用力拉開,可能會導致破裂或夾傷手指。建議使用滑動方式來分開磁鐵,將磁鐵沿著側面 平移滑出或推出,而不是垂直拉拔。此外,較厚的磁鐵可利用槓桿原理,如使用木片或木板來協助分開磁鐵。
磁鐵本身可以加工出沉頭孔,讓它能夠透過螺絲鎖固在工件上,實現穩定的安裝效果。這類磁鐵在工業和機械設備中應用廣泛,特別適用於需要牢固固定且便於快速拆卸的場景。
此外,部分磁鐵會搭配鐵殼設計,鐵殼內部帶有沉頭孔,進一步提升磁鐵的耐用性與固定強度。這種結構不僅能有效保護磁鐵,還能使安裝更為穩固,適用於機械設備、夾具、磁力吸附裝置等多種應用。
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