Fabricants d'aimants permanents
Certainement ! Les aimants permanents sont des matériaux qui produisent un champ magnétique de manière continue. Contrairement aux électro-aimants, qui ont besoin d'un courant électrique pour générer un champ magnétique, les aimants permanents conservent leur magnétisme sans avoir besoin d'une source d'énergie externe.
Comme son nom l'indique, le NdFeB fritté est un matériau d'alliage composé de Nd2Fe14B, un composé de trois éléments : le néodyme Nd, le fer Fe et le bore B. Cependant, le NdFeB fritté n'est pas une phase unique. Il se compose d'une phase Nd2Fe14B et d'une phase riche en B (également connue sous le nom de phase Nd1 .1Fe4B4) et d'une phase riche en Nd (également connue sous le nom de phase riche en terres rares), dont la phase Nd2Fe14B est la phase principale ou le terme de base des fabricants d'aimants permanents.
La plupart des éléments des terres rares (RE) forment le composé RE 2Fe14B, qui est la phase de base des aimants permanents frittés en fer-bore et représente 96%-98% des aimants permanents frittés en fer-bore. Tous les composés RE 2Fe14B ont la même structure cristalline, mais leurs propriétés magnétiques sont très différentes, ce qui signifie que l'ajout d'autres éléments de terres rares à la place du néodyme dans le NdFeB fritté peut modifier certaines propriétés de l'aimant.
Le rôle du métal lourd de terre rare Dy dans le remplacement du Nd
1. Améliorer considérablement la force coercitive des aimants
Le champ anisotrope HA du composé Dy 2Fe14B est environ 2,14 fois plus élevé que celui du Nd2Fe14B. Par conséquent, le remplacement du Nd par une petite quantité de Dy peut augmenter de manière significative la force coercitive Hcj de l'aimant. En théorie, chaque fois que 1% (fraction atomique) Dy est utilisé à la place des fabricants d'aimants permanents Nd, la force coercitive Hcj de l'aimant peut être augmentée de 11,4kA/m. Toutefois, dans les applications pratiques, l'augmentation de la force coercitive Hcj est liée à la présence d'autres composants fabricants d'aimants permanents.
2. Réduire l'intensité de la polarisation magnétique Js de l'aimant, réduisant ainsi le magnétisme résiduel Br et le produit d'énergie magnétique maximal (BH) m
Théoriquement, chaque fois que 1% (fraction atomique) de Dy est utilisé pour remplacer Nd, l'intensité de polarisation magnétique Js de l'aimant diminue de 90mT.
3. Réduire le coefficient de température du magnétisme résiduel de l'aimant Br et le produit maximal d'énergie magnétique (BH) m
Il convient de noter que l'ajout de l'élément de terre rare lourd Dy augmentera considérablement le coût des matières premières des aimants permanents frittés en NdFeB, de sorte que la relation entre le coût et la performance de l'aimant doit être examinée de manière approfondie.
Le rôle du métal lourd de terre rare Tb dans le remplacement du Nd
L'ajout de Tb pour remplacer partiellement le Nd dans les aimants NdFeB frittés a le même effet que le remplacement du Nd par le Dy ci-dessus, mais le champ anisotrope HA du Tb 2Fe14B est plus élevé, de sorte qu'il peut augmenter plus efficacement la force coercitive de l'aimant permanent. Cependant, le Tb dispose de moins de réserves de minéraux de terres rares que le Dy, et son prix est plus élevé.
Le rôle des métaux Gd et Ho dans le remplacement du Nd
Le Gd possède les réserves les plus importantes parmi les métaux lourds de terres rares. Le Gd peut également former le composé Gd2Fe14B. L'intensité de polarisation magnétique Js et le champ anisotrope HA de ce composé sont évidemment faibles, mais sa température de Curie Tc est la plus élevée. En raison des réserves importantes et du faible prix du Gd, certains fabricants ajoutent du Gd sous la forme d'un alliage de gadolinium et de fer pour remplacer partiellement le Nd et produire des aimants permanents NdFeB frittés à faible coût. Mais en fait, l'utilisation du Gd pour remplacer le Nd est un gaspillage. Lorsqu'on découvrira que le Gd a des utilisations plus importantes à l'avenir, on s'apercevra qu'il s'agit d'une perte irréparable. Le remplacement du Nd par le Ho a le même effet et pose le même problème aux fabricants d'aimants permanents.
Le rôle des terres rares légères La, Ce et Pr dans le remplacement du Nd
Les éléments légers de terre rare sont abondants dans les réserves et relativement bon marché. Le développement de métaux légers à base de terres rares pour la fabrication de matériaux frittés en NdFeB mérite d'être encouragé.
Il est relativement difficile pour les métaux La, Fe et B de former du La2Fe14B, et la température est très étroite, mais une fois formé, il est stable en dessous de 860°C. Le Nd représente 65%-75% du coût du NdFeB fritté, et le coût actuel du La est d'environ un dixième du Nd.
Le remplacement du Nd par le La peut réduire les coûts et promouvoir l'utilisation complète des ressources en terres rares. Lorsque la teneur en La augmente, la polarisation magnétique Js, la rémanence Br, la force coercitive Hcj et le produit d'énergie magnétique maximal (BH) m de l'alliage diminuent. Le La est un atome non magnétique, ce qui entraîne une diminution du (BH)m en raison de la dilution magnétique. Il diminue beaucoup plus rapidement que Br les fabricants d'aimants permanents.
Le Ce2Fe14B est peu stable et plus difficile à former. Lorsque la teneur en Ce augmente, toutes les propriétés magnétiques diminuent. Parallèlement, l'ajout de Ce entraîne une diminution de la température de Curie et de la stabilité thermique de l'aimant.
Le composé Pr2Fe14B présente plusieurs conditions de base qui peuvent être utilisées comme matériau d'aimant permanent fabricants d'aimants permanents, et de bonnes propriétés magnétiques peuvent être obtenues par frittage à environ 1060°C fabricants d'aimants permanents. Les aimants permanents NdFeB frittés ayant de bonnes propriétés magnétiques peuvent être produits en utilisant le métal (PrNd)-Fe comme matière première. Il convient de noter que le Pr s'oxyde plus facilement que le Nd et que la quantité de Pr doit être contrôlée de manière appropriée pour certains matériaux nécessitant une grande stabilité.
Le rôle des autres métaux remplaçant le Fe
Le matériau magnétique permanent NdFeB fritté présente des défauts tels qu'une faible coercivité et température de Curie, une mauvaise stabilité thermique, une faible température de fonctionnement (environ 80°C) et une mauvaise résistance à la corrosion. Les effets de divers éléments sur les aimants permanents en NdFeB ont été largement étudiés.
1. L'effet du cobalt Co remplaçant partiellement le Fe sur le NdFeB fritté
Lorsque la teneur en Co augmente, la température de Curie de l'alliage augmente linéairement et le coefficient de température réversible de l'induction magnétique α diminue de manière significative. Lorsque la teneur en Co est inférieure à 5% (fraction atomique), (BH) m et Br diminuent à peine les fabricants d'aimants permanents ; lorsque la teneur en Co est supérieure à 30%, divers paramètres de performance magnétique diminuent de manière significative. La teneur en Co ajoutée inférieure à 10% est très bénéfique. Elle permet non seulement d'augmenter la température de Curie de l'alliage, mais aussi de conserver des propriétés magnétiques élevées. Parallèlement, le coefficient de température de l'induction magnétique est également amélioré.
2. Le rôle de l'Al remplaçant partiellement le Fe
Les résultats des recherches des chercheurs montrent que l'ajout d'une petite quantité d'aluminium peut améliorer de manière significative la force coercitive du matériau Nd-Fe-B ternaire. Les résultats de la recherche soulignent que, sur la base des matériaux des fabricants d'aimants permanents Nd-Fe-Co-B, l'ajout d'Al peut compenser la réduction de la force coercitive causée par l'ajout de Co, de sorte qu'il est possible d'obtenir des Nd-Fe-Co-Al-Nd-Fe-Co-Al- présentant des performances globales plus élevées. Alliage B.
3. Le rôle du Cu remplaçant partiellement la paire Fe
Les recherches ont montré que l'ajout d'une petite quantité de cuivre Cu aux systèmes (Nd,Dy)-Fe-B et (Nd,Dy)-(Fe, Co)-B peut augmenter de manière significative la force coercitive, tandis que Br est presque réduit, ce qui permet de fabriquer des aimants permanents avec un Hcj et un (BH)m élevés.
4. D'autres éléments remplacent partiellement le rôle de la paire Fe
Sur la base de l'alliage ternaire Nd-Fe-B, l'ajout d'une petite quantité de niobium Nb ou de zirconium Zr pour remplacer une partie du fer peut améliorer efficacement le Hcj et l'équerrage Hk de l'alliage des fabricants d'aimants permanents, tandis que le Br diminue très peu. En même temps, il est impossible de réduire le flux magnétique de l'alliage. Les résultats expérimentaux montrent que la teneur maximale en niobium Nb dans l'alliage Nd-Fe-B est de 3% (fraction atomique). L'ajout d'un excès de Nb entraînera une diminution rapide de la force coercitive de l'alliage et rendra le Nd2Fe14B instable.
L'ajout de gallium Ga peut augmenter de manière significative la coercivité de l'alliage et réduire le champ magnétique irréversible hirr. Dans les alliages Nd-Fe-Co-B, lorsque la teneur en Co augmente, le Hcj de l'alliage diminue, mais lorsque Ga est ajouté, la force coercitive augmente. On s'attend à ce que les alliages auxquels on a ajouté du Ga permettent de préparer des matériaux d'aimants permanents de la série Nd-Fe-B avec un point de Curie élevé et un Hcj élevé.
L'ajout combiné de gallium Ga et de niobium Nb peut améliorer de manière significative la stabilité thermique de l'alliage.
Les aimants frittés en néodyme-fer-bore (NdFeB) sont généralement constitués des éléments suivants :
Néodyme (Nd) :
Le néodyme est l'élément clé des terres rares dans les aimants NdFeB, ce qui contribue à leur grande force magnétique. Il constitue la base du matériau de l'aimant.
Fer (Fe) :
Le fer est le principal élément magnétique des aimants NdFeB. Il constitue la majeure partie de la composition de l'aimant et lui confère des propriétés ferromagnétiques.
Bore (B) :
Le bore est ajouté à l'alliage NdFeB pour améliorer ses propriétés magnétiques, en particulier la coercivité et la rémanence. Le bore contribue à stabiliser l'aimantation.
Dysprosium (Dy) :
Le dysprosium est couramment ajouté en petites quantités pour améliorer la coercivité et la stabilité thermique des aimants NdFeB, en particulier dans les applications à haute température.
Terbium (Tb) :
Le terbium est un autre élément de terre rare souvent ajouté aux aimants NdFeB pour améliorer leur coercivité, en particulier à haute température.
Autres oligo-éléments :
De petites quantités d'autres éléments tels que le praséodyme (Pr), le samarium (Sm), le gadolinium (Gd) et l'holmium (Ho) peuvent également être incluses pour affiner encore les propriétés magnétiques de l'aimant NdFeB.
La composition précise et le rapport de ces éléments peuvent varier en fonction des exigences spécifiques de l'application de l'aimant. Toutefois, le néodyme, le fer et le bore sont les principaux constituants, tandis que le dysprosium et le terbium sont ajoutés en plus petites quantités pour adapter les propriétés de l'aimant aux besoins des fabricants d'aimants permanents.
Mesure du magnétisme de surface
Le magnétisme de surface est le paramètre de performance des aimants le plus facile à mesurer dans la vie quotidienne. Il peut être mesuré directement à l'aide d'un gaussmètre, ce qui est très pratique. Lorsque la forme et la taille de l'aimant sont certaines, les gens jugent et comparent souvent les performances de l'aimant en comparant le magnétisme de surface (dans le cas d'une magnétisation non multipolaire, etc.) des fabricants d'aimants permanents. Pour certains aimants de taille particulièrement grande ou petite et de forme spéciale, il est difficile de mesurer le flux magnétique. La mesure du flux magnétique du compteur devient alors très importante.
Pour mesurer le magnétisme de surface d'un aimant permanent, les fabricants utilisent généralement un gaussmètre, également appelé teslamètre. Les éléments de détection de Hall des gaussmètres des différents fabricants sont différents, et le magnétisme de surface mesuré pour un même aimant n'est pas exactement le même. En outre, il convient de noter que les normes de mesure des gaussmètres utilisés dans les différents pays sont différentes.
La mesure du magnétisme de surface n'est pas objective et n'est pas un paramètre qui peut refléter entièrement la performance de l'aimant. Il n'est donc pas recommandé de l'utiliser comme indice d'évaluation lors de la vente de produits.
La relation entre le magnétisme de surface et la performance de l'aimant (rémanence)
Le magnétisme résiduel désigne l'intensité de l'induction magnétique conservée dans le ferromagnétique lorsque le champ magnétique externe est utilisé pour magnétiser le ferromagnétique jusqu'à un état saturé, puis réduit progressivement le champ magnétique externe jusqu'à zéro fabricants d'aimants permanents. Son nom complet est intensité d'induction magnétique résiduelle (Br), et l'unité est le tesla ou gaussien fabricants d'aimants permanents. La rémanence est déterminée par les caractéristiques de l'aimant lui-même. La rémanence d'un même aimant est inchangée dans des conditions spécifiques et a une valeur unique.
Le magnétisme résiduel détermine dans une certaine mesure le magnétisme de surface d'un aimant, mais les aimants ayant le même magnétisme résiduel n'ont pas le même magnétisme de surface. Le magnétisme de surface est également influencé par la forme, la taille et la méthode de magnétisation de l'aimant.
Deux aimants de même forme et de même taille, celui qui a un magnétisme résiduel plus élevé a également un magnétisme de surface plus élevé.
Pour deux aimants de formes et de tailles différentes, le magnétisme résiduel ne peut pas être déterminé simplement par le magnétisme de surface.
Le magnétisme résiduel est testé en circuit fermé, tandis que le magnétisme de surface est testé en circuit ouvert à l'aide d'un compteur de Gauss. Dans le même temps, l'aimant lui-même possède un champ démagnétisant, de sorte que les fabricants d'aimants permanents le magnétisme de surface maximal d'un seul aimant est beaucoup plus petit que son magnétisme rémanent. Actuellement, le magnétisme résiduel maximal des aimants NdFeB frittés est d'environ 14 000 g. Nous pouvons donc affirmer avec certitude que le magnétisme de surface maximal d'un seul aimant NdFeB ne peut pas dépasser 14 000 g, selon les fabricants d'aimants permanents. (Il convient de noter qu'il s'agit d'un "aimant unique". Dans certains assemblages magnétiques et réseaux d'aimants, le magnétisme de surface de l'aimant peut être amélioré grâce à une conception spéciale du circuit magnétique).
Calcul du magnétisme de surface de l'aimant NdFeB
Étant donné que les aimants permanents frittés ont un champ d'anisotropie magnétique extrêmement élevé et que les vecteurs d'aimantation sont disposés dans la direction de l'aimantation facile, nous pouvons les considérer comme un corps uniformément magnétisé. De cette manière, le modèle de la coquille actuelle peut être appliqué pour calculer le champ magnétique généré par l'aimant dans l'espace. champ magnétique. Actuellement, de nombreux modèles de calcul du magnétisme de surface sur Internet se basent sur ce principe pour dériver la formule de calcul.
Cependant, elle repose sur deux hypothèses. L'une est que l'aimant est un corps magnétisé complètement uniforme, et l'autre est que la courbe de démagnétisation est complètement rectiligne. La situation réelle n'est pas tout à fait vraie. C'est pourquoi il existe une certaine différence entre les résultats calculés et les résultats réels mesurés. Outre le magnétisme résiduel, le magnétisme de surface des aimants est fortement influencé par leur forme et leur taille. Les formules de calcul du magnétisme de surface applicables aux aimants de différentes formes sont différentes.
