烧结钕铁硼的物理性能

科技   科技   2025-01-05 11:02   北京  

烧结钕铁硼永磁体作为核心功能部件,广泛应用在电机、电声、磁吸和传感器等仪器设备中。磁体在服役过程中,会受到机械力、冷热变化、交变电磁场等环境因素,如果发生环境失效,将会严重影响设备的功用,造成巨大的损失。因此,除磁性能指标外,我们也需要关注磁体的力学、热学和电学性能,这将有助于我们更好的设计和使用磁钢,同时对于改善其服役的稳定性、可靠性具有重要意义。

力学性能


磁钢的力学性能指标包括硬度、抗压强度、抗弯强度、抗拉强度、冲击韧性、杨氏模量等。钕铁硼是典型的脆性材料,磁钢的硬度和抗压强度较高,但抗弯强度、抗拉强度和冲击韧性差。这就造成磁钢在加工、充磁和装配过程中容易出现掉角甚至开裂的情况。磁钢在组件及设备中通常需要用卡槽或粘胶方式固定,同时做好减震和缓冲保护。

烧结钕铁硼的断裂面为典型的沿晶断裂,其力学特性主要由其复杂的多相结构决定的,同时与配方成分、工艺参数和结构缺陷(孔洞、大晶粒、位错等)有关。一般来说,稀土总量越低,材料力学性能越差。通过适量添加Cu、Ga等低熔点金属,改善晶界相分布可以增强磁钢韧性。添加Zr、Nb、Ti等高熔点金属,可以在晶界形成沉淀相,细化晶粒的同时可以抑制裂纹延伸,有助于改善强度和韧性;但过量添加高熔点金属,会造成磁材硬度过高,严重影响加工效率。

实际生产过程中,磁材的磁性能与力学性能难以兼顾,受成本和性能需求限制,往往需要牺牲其易加工和装配性。


热学性能


钕铁硼磁钢主要的热学性能指标包括导热系数、比热容和热膨胀系数。


电机运行下磁钢状态仿真


磁钢性能随温度升高而逐渐下降,因此永磁电机的温升成为电机能否长时间负载运行的关键影响因素,良好的导热散热能力才能避免超温,维持设备的正常运行。因此我们希望磁钢具有较高的导热系数和比热容,一方面热量能快速传导散发,同时相同热量下引发更低的温升。

钕铁硼磁钢在特定方向(∥C轴)易于充磁,在这个方向上磁钢受热会膨胀;但在难充磁的两个方向(⊥C轴)存在负膨胀现象,即受热收缩。热膨胀各向异性的存在造成辐射环磁钢烧结过程中易于开裂;并且在永磁电机中,多采用软磁材料的框架作为磁钢的支撑,两种材料不同的热膨胀特性会影响温升后的尺寸适配性。


电学性能

交变场下磁钢涡流


在永磁电机旋转的交变电磁场环境下,磁钢会产生涡流损耗导致升温,由于涡流损耗与电阻率成反比,提高钕铁硼永磁体的电阻率,将能够有效降低磁体的涡流损耗及磁体温升。理想的高电阻率磁钢结构是通过提升富稀土相的电极电位,形成能阻止电子传输的隔离层,实现高电阻晶界相对主相晶粒的包裹和分隔,从而提高烧结钕铁硼磁体的电阻率。但无论是无机材料的掺杂还是分层技术都无法解决磁性能恶化问题,目前仍无有效制备兼具高电阻率与高性能的磁体。


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Part 1.  烧结钕铁硼永磁体

1 烧结钕铁硼永磁体是如何生产的?

2 如何清晰地描述一个磁体采购需求

3 烧结钕铁硼永磁体的牌号与性能

4 牌号与性能
5 烧结钕铁硼常见的加工方法
6 居里温度与工作温度
7 取向与充磁
8 取向与充磁2
9 取向与充磁方向
10 钕铁硼磁钢的镀层怎么选?
10.1 电镀
10.2 电泳
10.3 磷化
10.4 派瑞林
10.5 钝化
11 钕铁硼的尺寸与形位公差
12 烧结钕铁硼磁钢的常用检测项目
13 烧结钕铁硼的物理功能
14 力学性能(断裂、抗压、抗弯)
15 磁性能相对检测原理与技术
16 烧结钕铁硼的使用寿命

17 废料与再生钕铁硼永磁体

18 影响钕铁硼磁钢性能的因素及方法

19 烧结钕铁硼的原料成份及其功效
20 表磁与磁体性能的关系与计算
21 烧结钕铁硼的吸力
22 烧结钕铁硼的失重试验(HAST&PCT)
23 烧结钕铁硼的国家标准演进和常用制备方法
24 含铈元素的钕铁硼磁钢
25 常规工艺钕铁硼磁体和含铈磁体的差异
26 钕铁硼晶界扩散技术
27 3C消费电子产品中的钕铁硼磁钢
28 永磁电机中的磁钢
29 空心杯电机与永磁体
30 磁选机与永磁体
31 一文读懂辐射磁环
32 永磁体的温度稳定性:剩磁温度系数、矫顽力温度系数、可逆温度系数
33 钕铁硼的使用寿命—永磁体的长时间稳定性
34 烧结钕铁硼的成型工艺
35 磁钢如何空运?

Part 2. 磁学名词与概念

1 表磁和磁通量
2 磁滞回曲线
3 通过磁滞回线详解剩磁、矫顽力、内禀矫顽力和最大磁能积
4 表磁和磁通量
5 磁学单位SI制和CGS制的转换
6 15个磁材相关的基本概念
7 15个磁材相关的进阶概念
8 霍尔元件的工作原理
9 退磁的原理与方法
10 海尔贝克阵列 Halbach Array
11 环形海尔贝克阵列Halbach磁体阵列
12 磁性与磁矩
13 什么是磁钢的工作点和Pc值?如何计算Pc值?
14 磁矩与剩磁
15 退磁曲线方形度Q与膝点Hk
16 剩磁温度系数、矫顽力温度系数、可逆温度系数
17 磁场强度H和磁感应强度B,磁化强度M和磁极化强度J

18 磁畴

19 永磁材料的涡流损耗

20 永磁体的形状各向异性和退磁场与退磁因子

21 常见的磁路结构

22 相同性能和体积的磁体,吸力是一样的吗?

23 表磁的计算

24 永磁体磁场的有限元模拟(FEA仿真)

25 如何使用高斯计测量表磁

26 磁铁的吸力与磁吸组件


Part 3.  磁性材料

1 磁性与磁性材料的分类
2 永磁材料大赏
3 粘结钕铁硼
4 热压钕铁硼
4.1 热压和热变形钕铁硼磁体的性能
5 钐钴永磁体
6 SmFeN钐铁氮稀土永磁材料
7 AINiCo铝镍钴永磁材料

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