Anvendelsen af sintrede NdFeB permanente magneter afhænger hovedsageligt af deres magnetiske egenskaber. Men på grund af forskellige brugsmiljøer og -forhold er der udover krav til magnetisk ydeevne også krav til mekanisk og kemisk ydeevne til magneterne. For eksempel bruges nogle permanente magneter i højhastighedsroterende maskiner og skal modstå store centrifugalkræfter, bruges i vibrationsmiljøer, modstå ekstrem høj acceleration (3g~5g) eller udsættes for belastning ved installation af magneterne. Den kan skalle, falde af, hjørner eller revne osv., så det er naturligt at stille krav til magnetens mekaniske egenskaber.
Hvad er de mekaniske egenskaber ved materialer?
Materialernes mekaniske egenskaber omfatter generelt styrke, hårdhed, plasticitet og sejhed. Disse mekaniske egenskabsparametre har forskellige fysiske betydninger.
Styrke refererer til et materiales maksimale evne til at modstå de skadelige virkninger af eksterne kræfter. Intensitet er opdelt i forskellige typer i henhold til de forskellige former for ydre kraft:
- Trækstyrke (trækstyrke) refererer til styrkegrænsen, når den ydre kraft er trækkraft
- Trykstyrke refererer til styrkegrænsen, når en ekstern kraft er tryk
- Bøjningsstyrke refererer til styrkegrænsen, når en ekstern kraft er vinkelret på materialets akse og får materialet til at bøje.
Hårdhed refererer til et materiales evne til lokalt at modstå hårde genstande fra at blive presset ind i dets overflade. Det er en indikator til at sammenligne blødheden og hårdheden af forskellige materialer. Jo højere hårdhed, jo stærkere er metallets evne til at modstå plastisk deformation.
Plasticitet refererer til et fast materiales evne til at modstå deformation under en vis ydre kraft. Et materiale kan permanent deformeres uden at blive ødelagt under påvirkning af ydre kraft.
Sejhed repræsenterer et materiales evne til at absorbere energi under plastisk deformation og brud. Jo bedre sejhed, jo mindre sandsynlighed vil der opstå et sprødt brud. I materialevidenskab og metallurgi refererer sejhed til et materiales modstand mod at gå i stykker, når det udsættes for en kraft, der får det til at deformeres. Det er forholdet mellem den energi, som materialet kan absorbere, før det går i stykker til dets volumen.
Mekaniske egenskaber af sintrede NdFeB
Sintret NdFeB er et skørt materiale. Dens mekaniske egenskaber er hårde og skøre, det vil sige høj styrke og lav sejhed. Der er næsten ingen plastisk deformation før brud, det vil sige, at den bryder under det elastiske deformationsstadium.
Nedenstående figur er en sammenligning af det magnetiske energiprodukt (BH)m og brudsejhed af forskellige permanentmagnetmaterialer. Vi kan konstatere, at sintret NdFeB har det højeste magnetiske energiprodukt (BH)m, og brudsejheden er stadig sammenlignelig med Sm2Tm17, SmCo5 og ferrit permanente magneter, fordi de alle er permanentmagnetmaterialer baseret på intermetalliske forbindelser og tilhører skøre materialer . Bondede sjældne jordarters permanentmagnetmaterialer, Fe-Cr-Co og magnetisk stål har den bedste brudsejhed, men deres magnetiske energiprodukt (BH)m er meget lavere end sintrede NdFeB.
Skøre materialer bruger almindeligvis tre indikatorer til at beskrive materialets mekaniske egenskaber:
1. Brudsejhed afspejler normalt styrken, når revner udvider sig i materialet. Enheden er MPa·m1/2. Brudsejhedstesten af materialer kræver en trækprøvemaskine, spændingssensor, ekstensometer, signalforstærkning dynamisk strain gauge osv. Derudover skal prøven laves til en tynd plade.
2. Slagstyrke (slagbrudsejhed) afspejler den energi, der absorberes af materialet under brudprocessen under påvirkning af slagspænding. Enheden er J/m2. Den målte værdi af slagstyrke er for følsom over for prøvens størrelse, form, behandlingsnøjagtighed og testmiljø, og spredningen af den målte værdi vil være relativt stor.
3. Bøjningsstyrken måles ved trepunktsbøjningsmetoden. Fordi prøven er nem at behandle, og målingen er enkel, bruges den mest til at beskrive de mekaniske egenskaber af sintrede NdFeB-magneter.
De høje styrke og lave sejhedsegenskaber af sintrede NdFeB permanentmagnetmaterialer bestemmes af deres krystalstruktur. Derudover vil følgende to faktorer påvirke bøjningsstyrken af sintrede NdFeB permanente magneter og er også måder at forbedre deres styrke på.
1. Nd-indholdet har en vis indflydelse på styrken af sintret NdFeB. Eksperimentelle resultater viser, at jo højere Nd-indholdet er, jo højere er materialets styrke under visse forhold.
2. Tilføjelse af andre metalelementer har en vis indflydelse på styrken af sintret NdFeB. Når en vis mængde Ti, Nb eller Cu tilsættes, forbedres den permanente magnets stødbrudssejhed; når en lille mængde Co tilsættes, forbedres bøjningsstyrken af permanentmagneten.
De omfattende mekaniske egenskaber af sintret NdFeB er ikke høje nok, hvilket er en af de vigtige grunde til at begrænse dets anvendelse i bredere områder. Hvis produktets sejhed kan forbedres, samtidig med at det sikres, at de magnetiske egenskaber er forbedrede eller uændrede, vil det få sintrede NdFeB inden for militær, rumfart og andre områder til at spille en større rolle og gå ind i en ny udviklingsperiode.