네오디뮴 자석의 수명

Nd-magnet / https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Nd-magnet.jpg

영구자석은 자극의 방향이 고정되어 자력을 계속 발생하는 자석입니다. 그 중 하나인 네오디뮴 자석은 특히 강력한 자력을 가지고 있는 것으로 알려져 있습니다.

네오디뮴 자석에 한정되지 않고, 영구자석은 사용하고 있는 동안에 약간이지만 자력이 줄어 갑니다. 이 현상을 감자라고 합니다.

네오디뮴 자석의 감자는 다른 자석에 비해 적고 연간 -0.1~0.3% 정도입니다. 100년 경과해도 자석의 성능에 관련된 감자는 일어나기 어렵습니다. 개체 차이는 있지만 반영구적으로 사용할 수 있다고 보아도 과언이 아닙니다. 따라서 PC와 휴대전화, 자동차 엔진 등에 이용되고 있습니다.

그러나 자석의 사용상황이나 보존하는 환경이 나쁘면 다릅니다. 고온상태에서의 사용이나 충격을 받기 쉬운 환경에서의 사용했을 경우 열화의 스피드는 빨라집니다. 이러한 사용방법은 감자하기 쉬워지기 때문에 네오디뮴 자석에서도 수명이 짧아집니다.

자석은 내부의 자성분자가 같은 방향을 향하고 있기 때문에 자력을 유지하고 있습니다. 그러나 어떤 원인으로 인해 분자열이 흐트러져 방향이 바뀔 수 있습니다. 그렇게 되면 자력은 약해져 버립니다.

▣ 자기감자
자력은 보통 N극을 빠져나와서 외계를 지나 S극으로 향합니다. 그러나 외계에 나가는 것보다 자석의 내부를 통해 S극으로 향하는 것이 지름길이 되기 때문에 그 자석이 가지는 자속과는 반대 방향으로 자기장이 발생해 버립니다. 이 자기장은 감자장이라고 불리며 자력의 저하의 원인이 되는 작용이 있습니다.

감자계의 크기는 자석의 치수나 형상에 따라 다르지만 얇은 자석만큼 강하게 자기감자하기 때문에 자력이 약해지기 쉽다고 합니다.

▣ 외부 자기장의 영향
외부 자기장은 외부에서 자석에 간섭하는 자기장입니다. 예를 들어 가까이에 전자기력이 큰 기계나 부품이 있는 경우에는 자기장의 영향을 받아 감자가 발생할 수 있습니다. 또 복수의 자석끼리를 반발시키는 것만으로도 영향은 일어납니다.

왜냐하면 자화방향과 역방향의 외부 자계가 가해지면 자속밀도가 변화하여 자력이 약해집니다. 특히 보자력이 작은 페라이트 자석 등에서 일어나기 쉬운 현상입니다.

▣ 녹을 포함한 물리적 손상
파손은 물론 녹에 의한 조성변화에 인해서도 감자합니다. 네오디뮴 자석은 녹슬기 쉬운 자석 재질이므로 방청으로서 니켈 도금을 하고 있습니다. 단 경년열화나 온도 및 습도 환경에 의해 녹이 발생하여 감자로 이어질 우려가 있습니다.

▣ 고온에 의한 감자
네오디뮴 자석은 상대적으로 열에 약한 자석입니다. 기본적으로 강자성 금속은 온도가 올라가면 열에너지에 의해 자속의 밀도나 보자력 등의 특성이 변화하여 자력을 잃습니다. 고온에서 자석의 자력이 감소하는 사건을 고온감자라고 하며 자력이 제로가 되는 온도를 퀴리온도라고 합니다.

퀴리온도의 수치는 자석의 종류에 따라 다릅니다. 페라이트 자석은 약 500℃, 사마륨 코발트 자석은 약 700~800℃인데 비해 네오디뮴 자석은 약 330℃로 낮습니다.

고온감자에는 식히면 자력이 원래로 돌아오는 가역감자와 식어도 자력이 원래대로 돌아오지 않는 불가역감자가 있습니다. 네오디뮴 자석은 불가역감자를 일으키는 온도도 다른 자석 재질에 비해 낮습니다. 그 때문에 고온환경에서의 사용에는 적합하지 않습니다.

참고로 네오디뮴 자석은 저온환경에서는 자력이 증가합니다. 저온에 의해 감자하는 자석도 있습니다. 페라이트 자석은 고온뿐만 아니라 저온상태에서도 감자가 발생합니다. 왜냐하면 페라이트는 다른 자석과 달리 온도가 내려갈수록 보자력이 저하한다는 특성을 가지고 있기 때문입니다. 따라서 페라이트 자석을 -20~-40℃ 정도의 저온까지 냉각하면 상온으로 되돌려도 원래의 자력으로 돌아가지 않게 됩니다.

네오디뮴 자석을 오래 사용하는 방법

조금이라도 네오디뮴 자석의 수명을 길게하고 정상적으로 사용하기 위해서는 일상적인 취급방법이 중요합니다.

▣ 비나 수증기에 닿지 않는 곳에 보관
네오디뮴 자석은 녹이 생기기 쉬운 성질이 있습니다. 녹슬면 감자하므로 습기 차단을 위해 비닐봉투 등으로 밀봉하여 비나 물이 닿지 않는 장소나 수증기에 닿지 않는 장소에 보관합시다.

▣ 고온이나 특수한 환경을 피한다
네오디뮴 자석은 다른 자석에 비해 열에 약하기 때문에 가능하면 50℃ 이하의 환경에서 사용하거나 보관하고 부식성 가스나 산성, 알칼리성이 강한 곳, 유기용제를 사용하는 특수한 환경도 피합시다.

▣ 자석의 방향에 주의한다
여러 자석을 보관할 때는 상하좌우에 관계없이 넣으면 서로 반응하여 자석의 방향이 바뀔 가능성이 있습니다. 또한 파손의 원인이 되기 때문에 자석의 방향을 맞추어 보관합시다.

▣ 충격이 가해지지 않도록 주의한다
충격을 받으면 균열이나 부서짐이 발생할 뿐만 아니라 자석 내의 자성분자가 흐트러져 감자하는 경우도 있습니다. 보관할 때는 낙하할 가능성이 있는 장소를 피하고 지면에 둘 때도 천천히 진행합시다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- ネオジム磁石の寿命ってどれぐらい？
https://www.neomag.jp/mag_navi/column/column014.html