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烧结钕铁硼的物理性能
来源: | 作者:尚晖磁电 | 发布时间: 194天前 | 240 次浏览 | 分享到:

     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。







     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。




     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。



                                                                                                                                                                                



     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。