자석 등급은 무엇이며 성능에 어떤 영향을 줍니까?

자석 등급은 자석의 강도, 온도 저항 및 보자력을 설명하는 표준화된 숫자 및 문자 코드입니다. 잘못된 등급을 선택하면 장비 고장, 에너지 손실 또는 안전 위험이 발생할 수 있습니다. 전기 모터, 의료 기기, 산업용 센서 또는 DIY 프로젝트용 자석을 선택하는 경우 자석 등급 선택 과정에서 가장 중요한 단계입니다. 이 가이드는 모든 주요 등급 시스템을 설명하고 주요 성능 지표를 비교하며 정확한 응용 분야에 적합한 자석을 선택하는 데 도움을 줍니다.

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자석 등급은 실제로 무엇을 의미합니까?

자석 등급은 최대 에너지 곱(BHmax), 잔류 자속 밀도(Br) 및 보자력(Hc)이라는 세 가지 중요한 자기 특성을 인코딩하는 약어 코드입니다. 이 모두는 주어진 환경에서 자석이 얼마나 강력하고 안정적으로 작동할지를 결정합니다.

각 자석 유형에는 자체 등급 시스템이 있습니다. 네오디뮴(NdFeB) 자석은 "N" 접두사 뒤에 숫자(예: N35, N52)를 사용하는 반면, 사마륨 코발트 자석은 SmCo18 또는 SMCo26과 같은 명칭을 사용합니다. 알니코 자석은 1~9등급을 사용하며 페라이트(세라믹) 자석은 중국 표준에서 C1~C8 또는 Y 시리즈로 분류됩니다.

숫자와 문자 이해하기 자석 등급 코드는 자석이 어떻게 작동하는지에 대한 모든 것을 보여줍니다.

• 번호 네오디뮴 등급에서 MGOe(Mega-Gauss-Oersteds)의 최대 에너지 곱을 나타냅니다. N52의 BHmax는 약 52 MGOe로, 이는 시중에서 가장 높은 등급입니다.
• 문자 접미사 (M, H, SH, UH, EH, AH)는 자석의 최대 작동 온도와 고유 보자력 등급을 나타냅니다.
• 접미사 없음 (예: N35, N42)은 최대 약 80°C(176°F)의 표준 온도 저항을 의미합니다.

모든 자석 등급의 3가지 핵심 자기 특성

모든 자석 등급은 실제 성능을 함께 결정하는 세 가지 측정 가능한 특성, 즉 잔류 자속 밀도(Br), 보자력(Hc) 및 최대 에너지 곱(BHmax)으로 정의됩니다.

1. 잔류 자속 밀도(Br)

Br은 자화장이 제거된 후 자석이 생성하는 자기장의 강도를 측정합니다. 이는 테슬라(T) 또는 가우스(G)로 표시되며, 여기서 1테슬라 = 10,000가우스입니다. 등급 N52 네오디뮴 자석의 Br은 약 1.44~1.52T인 반면, N35 자석의 크기는 약 1.17~1.22T입니다. Br이 높을수록 특정 자석 크기에 대한 인장력이 더 강하다는 의미입니다.

2. 강제력(Hc)

Hc는 감자에 대한 자석의 저항입니다. 즉, 반대 자기력이나 높은 온도를 사용하여 자석의 자기장을 제거하는 것이 얼마나 어려운지입니다. 에르스테드(Oe) 또는 kA/m 단위로 측정됩니다. 더 높은 등급의 온도 지정(H, SH, UH, EH)은 Br을 약간 줄이면서 더 높은 보자력을 얻습니다. 자석이 강한 반대 자기장에 직면하는 모터 및 발전기의 경우 보자력은 원래 인장 강도보다 더 중요한 경우가 많습니다.

3. 최대에너지곱(BHmax)

BHmax는 모든 분야에서 가장 중요한 단일 숫자입니다. 자석 등급 . MGOe(Mega-Gauss-Oersteds) 또는 kJ/m3로 표현되며 물질에 저장된 자기 에너지의 밀도를 나타냅니다. BHmax가 높다는 것은 물리적으로 더 작은 자석을 사용하여 동일한 유지력 또는 리프팅 힘을 얻을 수 있다는 것을 의미합니다. 이는 전기 자동차 모터, 항공우주 부품 및 소형 전자 장치와 같이 공간과 무게가 제한된 응용 분야에서 매우 중요합니다.

네오디뮴 자석 등급 설명: N35부터 N52 및 그 이상까지

네오디뮴 자석은 상업적으로 이용 가능한 가장 강력한 영구 자석이며 N35에서 N52까지의 등급 시스템은 오늘날 엔지니어링 및 제조 분야에서 가장 널리 참조되는 자석 등급 분류입니다.

"N" 접두사는 네오디뮴 철 붕소(NdFeB)를 나타냅니다. 다음 숫자는 MGOe의 BHmax 값을 나타냅니다. 선택적 문자 접미사는 최대 작동 온도 및 보자력 등급을 나타냅니다.

• 접미사 없음 (standard): 최대 작동 온도 ~80°C
• M(중간): 최대 작동 온도 ~100°C
• H(높음): 최대 작동 온도 ~120°C
• SH(슈퍼하이): 최대 작동 온도 ~150°C
• UH(초고도): 최대 작동 온도 ~180°C
• EH(매우 높음): 최대 작동 온도 ~200°C
• AH(항공우주 고등학교): 최대 작동 온도 ~230°C

표: BHmax, 잔류 자속 밀도, 온도 등급 및 일반적인 응용 분야별 네오디뮴 자석 등급 비교.

한 가지 중요한 절충안은 등급 번호가 높아질수록(BHmax가 강해짐) 자석이 더 부서지기 쉽고 부식되기 쉽다는 점입니다. N52 자석은 기계적으로 취약하며 대부분의 응용 분야에서 보호 코팅(니켈, 에폭시 또는 금 도금)이 필요합니다. N35 자석은 비교적 내구성이 뛰어나고 안전하게 취급하기가 더 쉽습니다.

사마륨 코발트 자석 등급: 고온 대안

사마륨 코발트(SmCo) 자석은 최대 350°C의 온도를 견딜 수 있는 자석 등급을 제공하므로 네오디뮴 등급이 치명적으로 실패할 수 있는 항공우주, 국방 및 고열 산업 응용 분야에서 선호되는 선택입니다.

SmCo 자석은 각각 고유한 등급 특성을 지닌 두 가지 주요 시리즈로 제공됩니다.

SmCo 시리즈 1:5(SmCo5)

이러한 등급(SmCo14~SMCo20)은 14~20 MGOe 범위의 BHmax 값을 갖습니다. SmCo5 등급은 네오디뮴보다 절대 에너지 제품이 낮지만 매우 높은 보자력(일반적으로 700~900kA/m)을 나타내므로 사실상 감자에 면역이 됩니다. 이 제품은 최대 250°C까지 안정적으로 작동하며 정밀 기기, 마이크로파 장치 및 진행파관에 사용됩니다.

SmCo 시리즈 2:17 (Sm²Co₁₇)

이러한 등급(SmCo22 ~ SmCo32)은 22~32 MGOe의 BHmax 값을 달성하며, 최대 350°C까지 전체 온도 저항을 유지하면서 하위 등급 네오디뮴 등급에 근접합니다. Sm²Co₁₇ 등급의 고유 보자력은 상업용 영구 자석 재료 중 가장 높은 1,600kA/m 이상에 이릅니다. 응용 분야에는 제트 엔진 센서, 위성 구성 요소 및 시추공 석유 시추 도구가 포함됩니다.

표: 에너지 제품, 최대 온도 및 보자력에 따른 사마륨 코발트 자석 등급.

알니코 자석 등급: 고온 안정성을 위한 고전적인 성능

알니코 자석 등급(1~9)은 상업용 영구 자석 중 가장 높은 작동 온도(최대 540°C)를 제공하지만 희토류 등급보다 보자력이 현저히 낮기 때문에 감자 위험이 낮은 응용 분야에만 적합합니다.

알니코는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 코발트(Co)의 합금입니다. 따라서 알니코라는 이름이 붙었습니다. 등급 번호는 합금 구성 및 제조 방법(주조 및 소결)을 반영합니다. 주조 알니코 등급(알니코 1-9)은 등방성 또는 이방성이며 BHmax 값 범위는 1.4 MGOe(Alnico 1) ~ 10.5 MGOe(Alnico 9)입니다. 소결 알니코 등급은 자기 성능은 약간 낮지만 치수 일관성은 더 높습니다.

알니코 등급의 주요 응용 분야에는 일렉트릭 기타 픽업, 아날로그 센서, 계전기, 스피커 및 마그네트론 튜브가 포함됩니다. 낮은 보자력(일반적으로 50~160kA/m)에도 불구하고 알니코 자석은 네오디뮴 및 SmCo 등급이 저하되거나 산화되는 극한 온도의 안정적이고 역전되지 않는 환경에서 자화를 안정적으로 유지합니다.

페라이트(세라믹) 자석 등급: 비용 효율적인 주력 제품

북미 표준에서는 C1~C8, 중국/ISO 시스템에서는 Y10~Y40으로 분류되는 페라이트 자석 등급은 영구 자석 재료의 킬로그램당 최저 비용으로 적당한 자기 성능을 제공하므로 세계에서 가장 널리 제조되는 자석 유형입니다.

페라이트(세라믹) 자석은 산화철과 스트론튬 또는 탄산바륨을 결합하여 만들어집니다. 단단하고 부서지기 쉬우며 부식에 강하고 저렴합니다. 10파운드 페라이트 자석 재료 봉지는 동등한 네오디뮴 재료보다 훨씬 저렴합니다. 페라이트 등급의 BHmax 값 범위는 1.0 MGOe(C1)에서 4.0 MGOe(C8)이며, 이는 최상위 네오디뮴 등급보다 약 10~12배 낮습니다.

표: 주요 자기 특성을 갖춘 미국 및 ISO/중국 표준의 페라이트(세라믹) 자석 등급.

페라이트 자석은 코팅 없이 내부식성이 있고 최대 250°C의 온도를 견딜 수 있으며 냉장고 도어 씰, 가전제품의 소형 DC 모터 및 자기 분리 시스템과 같이 대용량, 저비용 및 적당한 강도가 우선시되는 응용 분야에 선호되는 선택입니다.

유형별 자석 등급: 일대일 성능 비교

다양한 재료 유형에 걸쳐 자석 등급을 비교할 때, 네오디뮴은 원시 자기 강도를, 사마륨 코발트는 온도 저항을, 알니코는 열 안정성을, 페라이트는 비용 효율성을 리드합니다. 각 등급 제품군에는 탁월한 영역이 있습니다.

표: 주요 성능 및 물리적 특성에 따른 자석 등급의 재료 간 비교.

귀하의 응용 분야에 적합한 자석 등급을 선택하는 방법

올바른 자석 등급을 선택하려면 네 가지 질문에 답해야 합니다. 어떤 강도가 필요합니까? 자석은 어떤 온도에 도달합니까? 반대 자기장에 직면하게 될까요? 그리고 규모와 예산 제약은 무엇입니까?

1단계: 필요한 유지력 또는 리프팅 힘 정의

파운드 또는 뉴턴 단위의 힘 요구 사항부터 시작하십시오. 고급 네오디뮴 자석은 직경이 3인치에 불과한 디스크에서 600lbs를 초과하는 인장력을 전달할 수 있습니다. 예를 들어 N52 등급 2"×1"×½" 블록 자석은 강철 표면에 대해 약 110lbs(490N)의 인장력을 전달합니다. 이는 고정 장치, 클램핑 또는 리프팅 용도에 대한 등급을 선택할 때 유용한 데이터입니다.

2단계: 작동 온도 평가

이는 우리가 흔히 간과하는 요소이다. 자석 등급 선택. 표준 N42 자석은 80°C 이상에서 영구적으로 자화를 잃기 시작합니다. 응용 분야에 모터 열, 엔진실 또는 산업용 오븐이 포함된 경우 N42H, N42SH 또는 N42UH 등급으로 업그레이드하거나 가장 높은 열 환경을 위해 사마륨 코발트 또는 알니코 등급으로 완전히 전환해야 합니다.

3단계: 감자 위험 평가

모터, 발전기 또는 MRI 차폐와 같이 자석이 반대 필드로 둘러싸인 응용 분야에는 보자력이 높은 등급이 필요합니다. 이러한 시나리오에서 표준 등급 대신 SH 또는 UH 접미사가 붙은 등급을 선택하면 10년 동안 안정적인 성능을 유지하고 몇 달 내에 완전한 자기소거가 가능하다는 차이를 의미할 수 있습니다.

4단계: 물리적, 환경적 제약 고려

자석이 습기, 염수 또는 화학 물질에 노출되면 내식성이 우선시됩니다. 페라이트 및 SmCo 등급은 자연적으로 부식에 강합니다. 네오디뮴 등급에는 보호 코팅이 필요합니다. 니켈-구리-니켈 3중 도금이 표준이지만 해양 또는 고습 환경에서는 에폭시 또는 파릴렌 코팅이 필요합니다. 기계적 충격도 고려하십시오. 알니코 및 페라이트 등급은 부서지기 쉬운 네오디뮴 또는 SmCo 등급보다 충격을 받거나 부서질 가능성이 적습니다.

실제 응용 분야: 어떤 자석 등급이 어디에 사용됩니까?

다양한 업계에서는 성능 요구 사항, 환경 조건 및 비용 민감도의 고유한 조합을 기반으로 특정 자석 등급을 지속적으로 선호합니다.

• 전기 자동차(EV 모터): N38UH~N45SH 네오디뮴 등급이 표준입니다. 이 등급은 견인 모터 내부의 150°C 작동 온도와 높은 BHmax의 균형을 유지합니다. 단일 EV 드라이브 장치에는 2~4kg의 등급 네오디뮴 자석이 포함될 수 있습니다.
• 풍력 터빈: 대형 직접 구동 터빈은 다중 세그먼트 로터 어레이에 N35SH 또는 N38SH 등급 네오디뮴 자석을 사용합니다. 단일 3MW 직접 구동 터빈은 600~700kg의 네오디뮴 자석 재료를 사용할 수 있습니다.
• 의료기기(MRI): 고자장 MRI 시스템은 초전도 전자석을 사용하지만 영구 자석 MRI 스캐너는 0.2~0.7 Tesla의 자기장을 생성하는 N50 또는 N52 등급 네오디뮴 어레이를 사용합니다.
• 가전제품: 스마트폰 스피커, 헤드폰, 진동 모터에는 작은 크기와 높은 힘 밀도로 인해 N35~N42 등급 네오디뮴 자석이 주로 사용됩니다.
• 항공우주 및 방위: SmCo26 및 SmCo30 등급은 -180°C에서 300°C까지 온도 변동이 일상적인 자이로스코프, 레이더 시스템 및 위성 자세 제어 분야에서 주로 사용됩니다.
• 기타 픽업: Alnico 2(따뜻하고 압축된 톤), Alnico 5(밝고 깨끗한 톤) 및 Alnico 8(고출력 현대 톤) 등급은 일렉트릭 기타 픽업 사운드를 결정하는 요소입니다. 이는 음악가와 현악기 제작자 간의 알니코 등급 차이를 잘 이해한 응용 프로그램입니다.
• 냉장고 씰 및 DC 모터: 페라이트 C5 및 C8 등급은 내식성, 치수 안정성 및 극도로 낮은 단위당 비용으로 인해 지배적입니다. 이러한 등급은 전 세계적으로 매일 수천만 개가 제조됩니다.

자석 등급에 대해 자주 묻는 질문

Q: 자석 등급 번호가 높을수록 항상 더 좋은가요?

반드시 그런 것은 아닙니다. 네오디뮴 등급(예: N52 대 N35)에서 숫자가 높을수록 자기 에너지 생성이 더 크고 인장력이 더 강하다는 의미입니다. 그러나 취성이 더 크고 온도 안정성이 약간 감소하며 비용이 더 높다는 의미이기도 합니다. 최대 전계 강도가 필요하지 않은 응용 분야의 경우 N42와 같은 중간 등급이 성능, 내구성 및 가격의 최상의 균형을 제공하는 경우가 많습니다. 항상 최고 등급을 기본값으로 설정하기보다는 해당 등급을 애플리케이션의 실제 요구 사항에 맞추십시오.

Q: 자석은 시간이 지남에 따라 등급이 떨어질 수 있나요?

예. 모든 영구 자석은 시간이 지남에 따라 어느 정도 감자가 사라지지만 그 비율은 등급과 조건에 따라 다릅니다. 반대 자기장과 열로부터 멀리 떨어진 실온에 보관된 고급 네오디뮴 자석은 100년 동안 자화의 1% 미만을 잃습니다. 그러나 자석을 정격 최대 온도보다 짧은 시간이라도 노출되면 재자화 프로세스로 완전히 복구할 수 없는 즉각적이고 되돌릴 수 없는 부분 감자기가 발생할 수 있습니다.

Q: N42와 N42H 자석 등급의 차이점은 무엇입니까?

두 등급 모두 동일한 BHmax 값(~40~43 MGOe)과 잔류 자속 밀도(Br ~1.29~1.35 T)를 갖습니다. 주요 차이점은 최대 작동 온도입니다. N42의 정격은 80°C이고 N42H의 정격은 120°C입니다. "H" 접미사는 표준 N42에 비해 약 10~20% 더 높은 비용으로 수정된 합금 구성 또는 가공을 통해 달성된 더 높은 고유 보자력을 나타냅니다.

Q: 자석 등급은 전 세계적으로 표준화되어 있나요?

희토류 자석 등급 지정에 대한 광범위한 국제적 합의가 있지만 완전한 표준화는 아닙니다. NdFeB에 대한 IEC 60404-8-1 표준과 중국 GB/T 표준을 널리 따르고 있지만 일부 제조업체는 직접 매핑되지 않는 독점 등급 지정을 사용합니다. 정확한 성능을 확인하기 위해 등급 번호에만 의존하기보다는 중요한 엔지니어링 응용 분야의 경우 공급업체에 항상 전체 소자 곡선(B-H 곡선)을 요청하십시오.

Q: 실외 또는 해양 응용 분야에는 어떤 자석 등급을 사용해야 합니까?

실외 또는 해양 환경의 경우 중간 강도 요구 사항에는 페라이트(C5–C8), 고강도 요구 사항에는 사마륨 코발트(SmCo26–SmCo30)가 가장 적합합니다. 둘 다 추가 코팅 없이도 본질적으로 부식 방지 기능이 있습니다. 강도를 위해 네오디뮴 등급이 필요한 경우 시간이 지남에 따라 염수 환경에서 박리될 수 있는 표준 니켈 도금 대신 에폭시 또는 파릴렌-C 코팅을 지정하십시오. 예방 조치로 해상 서비스에서 네오디뮴 자석을 정기적으로 검사하고 교체하십시오.

Q: 이미 가지고 있는 자석을 다시 자화하여 등급을 업그레이드할 수 있나요?

재자화는 부분적으로 감자된 자석을 원래 등급 사양으로 복원할 수 있지만 재료 고유의 BHmax 한도 이상으로 자석을 업그레이드할 수는 없습니다. 자기 등급은 적용된 자화장의 강도가 아니라 제조 과정에서 확립된 합금 구성 및 미세 구조에 따라 결정됩니다. 더 높은 등급을 얻으려면 자석을 더 높은 등급의 재질로 만들어진 자석으로 교체해야 합니다.

Q: 자석 등급이 가격에 어떤 영향을 미치나요?

네오디뮴 제품군 내에서 등급이 올라갈 때마다(예: N35 → N42 → N48 → N52) 일반적으로 동일한 형상의 단위당 가격이 5~15% 추가됩니다. 온도 등급 접미사는 추가 비용을 추가합니다. N42UH는 동일한 치수의 표준 N42보다 25~40% 더 비쌀 수 있습니다. 사마륨 코발트 등급은 주로 코발트 비용과 더 복잡한 소결 공정으로 인해 동급 네오디뮴 등급보다 중량 기준으로 3~5배 더 비쌉니다.

결론: 귀하의 필요에 맞는 자석 등급 선택

자석 등급을 이해하는 것은 단지 기술적인 연습이 아닙니다. 이는 영구 자석을 사용하는 모든 응용 분야에서 신뢰할 수 있고 안전하며 비용 효율적인 설계의 기초입니다.

핵심 내용: 단일 없음 자석 등급 보편적으로 우수합니다. N52 네오디뮴은 비교할 수 없는 원시 자기 에너지를 제공하지만 80°C 이상에서는 손상되고 보호 없이 빠르게 부식됩니다. SmCo30은 뛰어난 보자력으로 350°C 환경을 견디지만 비용은 5배 더 비쌉니다. Alnico 5는 오디오 애플리케이션을 위한 고유한 음색 특성으로 고온 안정성이 뛰어나지만 반대 필드에서는 쉽게 자기를 소거합니다. Ferrite C8은 대용량, 중간 강도 응용 분야를 위한 경제적이고 내후성이 뛰어난 선택입니다.

등급을 선택할 때 항상 자력을 최적화하기 전에 온도, 화학 물질 노출, 반대 전계 강도 등 작동 환경부터 시작하십시오. 올바른 등급의 자석은 수십 년 동안 안정적으로 작동합니다. 과소 지정되면 몇 주 안에 실패할 수 있습니다. 중요 엔지니어링에 사용되는 모든 자석 등급에 대한 전체 B-H 감자 곡선을 참조하고 공칭 사양에만 의존하기보다는 항상 공급업체의 인증된 테스트 데이터를 사용하여 등급을 확인하세요.