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燒結(jié)釹鐵硼的物理性能

Sep,27,2023 << Return list

燒結(jié)釹鐵硼永磁體作為核心功能部件,廣泛應用在電機、電聲、磁吸和傳感器等儀器設備中。磁體在服役過程中,會受到機械力、冷熱變化、交變電磁場等環(huán)境因素,如果發(fā)生環(huán)境失效,將會嚴重影響設備的功用,造成巨大的損失。因此,除磁性能指標外,我們也需要關注磁體的力學、熱學和電學性能,這將有助于我們更好的設計和使用磁鋼,同時對于改善其服役的穩(wěn)定性、可靠性具有重要意義。

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力學性能

磁鋼的力學性能指標包括硬度、抗壓強度、抗彎強度、抗拉強度、沖擊韌性、楊氏模量等。釹鐵硼是典型的脆性材料,磁鋼的硬度和抗壓強度較高,但抗彎強度、抗拉強度和沖擊韌性差。這就造成磁鋼在加工、充磁和裝配過程中容易出現(xiàn)掉角甚至開裂的情況。磁鋼在組件及設備中通常需要用卡槽或粘膠方式固定,同時做好減震和緩沖保護。

燒結(jié)釹鐵硼的斷裂面為典型的沿晶斷裂,其力學特性主要由其復雜的多相結(jié)構決定的,同時與配方成分、工藝參數(shù)和結(jié)構缺陷(孔洞、大晶粒、位錯等)有關。一般來說,稀土總量越低,材料力學性能越差。通過適量添加Cu、Ga等低熔點金屬,改善晶界相分布可以增強磁鋼韌性。添加Zr、Nb、Ti等高熔點金屬,可以在晶界形成沉淀相,細化晶粒的同時可以抑制裂紋延伸,有助于改善強度和韌性;但過量添加高熔點金屬,會造成磁材硬度過高,嚴重影響加工效率。實際生產(chǎn)過程中,磁材的磁性能與力學性能難以兼顧,受成本和性能需求限制,往往需要犧牲其易加工和裝配性。

熱學性能

釹鐵硼磁鋼主要的熱學性能指標包括導熱系數(shù)、比熱容和熱膨脹系數(shù)。

電機運行下磁鋼狀態(tài)仿真

磁鋼性能隨溫度升高而逐漸下降,因此永磁電機的溫升成為電機能否長時間負載運行的關鍵影響因素,良好的導熱散熱能力才能避免超溫,維持設備的正常運行。因此我們希望磁鋼具有較高的導熱系數(shù)和比熱容,一方面熱量能快速傳導散發(fā),同時相同熱量下引發(fā)更低的溫升。

釹鐵硼磁鋼在特定方向(∥C軸)易于充磁,在這個方向上磁鋼受熱會膨脹;但在難充磁的兩個方向(⊥C軸)存在負膨脹現(xiàn)象,即受熱收縮。熱膨脹各向異性的存在造成輻射環(huán)磁鋼燒結(jié)過程中易于開裂;并且在永磁電機中,多采用軟磁材料的框架作為磁鋼的支撐,兩種材料不同的熱膨脹特性會影響溫升后的尺寸適配性。

電學性能

在永磁電機旋轉(zhuǎn)的交變電磁場環(huán)境下,磁鋼會產(chǎn)生渦流損耗導致升溫,由于渦流損耗與電阻率成反比,提高釹鐵硼永磁體的電阻率,將能夠有效降低磁體的渦流損耗及磁體溫升。理想的高電阻率磁鋼結(jié)構是通過提升富稀土相的電極電位,形成能阻止電子傳輸?shù)母綦x層,實現(xiàn)高電阻晶界相對主相晶粒的包裹和分隔,從而提高燒結(jié)釹鐵硼磁體的電阻率。但無論是無機材料的摻雜還是分層技術都無法解決磁性能惡化問題,目前仍無有效制備兼具高電阻率與高性能的磁體。


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