Produttori di magneti permanenti
Certamente! I magneti permanenti sono materiali che producono un campo magnetico in modo continuo. A differenza degli elettromagneti, che richiedono una corrente elettrica per generare un campo magnetico, i magneti permanenti mantengono il loro magnetismo senza bisogno di una fonte di energia esterna.
Come suggerisce il nome, l'NdFeB sinterizzato è una lega composta da Nd2Fe14B, un composto di tre elementi: neodimio Nd, ferro Fe e boro B. Tuttavia, l'NdFeB sinterizzato non è una fase singola. È costituito da una fase Nd2Fe14B e da una fase ricca di B (nota anche come fase Nd1 .1Fe4B4) e da una fase ricca di Nd (nota anche come fase ricca di terre rare), di cui la fase Nd2Fe14B è la fase principale o il termine base per i produttori di magneti permanenti.
La maggior parte degli elementi delle terre rare (RE) forma il composto RE 2Fe14B, che è la fase di base dei materiali dei magneti permanenti sinterizzati in terre rare di ferro e boro e rappresenta il 96%-98% dei magneti permanenti sinterizzati in terre rare di ferro e boro. Tutti i composti RE 2Fe14B hanno la stessa struttura cristallina, ma le loro proprietà magnetiche sono molto diverse, il che significa che l'aggiunta di altri elementi di terre rare al posto del neodimio all'NdFeB sinterizzato può modificare alcune proprietà del magnete.
Il ruolo del metallo delle terre rare pesanti Dy nella sostituzione del Nd
1. Miglioramento significativo della forza coercitiva dei magneti
Il campo anisotropo HA del composto Dy 2Fe14B è circa 2,14 volte superiore a quello di Nd2Fe14B. Pertanto, la sostituzione di Nd con una piccola quantità di Dy può aumentare significativamente la forza coercitiva Hcj del magnete. Teoricamente, ogni volta che si utilizza 1% (frazione atomica) di Dy al posto dei produttori di magneti permanenti Nd, la forza coercitiva Hcj del magnete può essere aumentata di 11,4kA/m. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, l'aumento della forza coercitiva Hcj è legato alla presenza di altri componenti produttori di magneti permanenti.
2. Ridurre l'intensità di polarizzazione magnetica Js del magnete, riducendo così il magnetismo residuo Br e il prodotto massimo di energia magnetica (BH) m
In teoria, ogni volta che 1% (frazione atomica) Dy viene utilizzato per sostituire Nd, l'intensità di polarizzazione magnetica Js del magnete diminuisce di 90mT.
3. Ridurre il coefficiente di temperatura del magnetismo residuo Br del magnete e il prodotto massimo di energia magnetica (BH) m
Va notato che l'aggiunta dell'elemento Dy, una terra rara pesante, aumenterà significativamente il costo della materia prima dei magneti permanenti NdFeB sinterizzati, per cui il rapporto tra costo e prestazioni del magnete deve essere considerato in modo completo.
Il ruolo del metallo delle terre rare pesanti Tb nella sostituzione del Nd
L'aggiunta di Tb per sostituire parzialmente l'Nd nei magneti NdFeB sinterizzati ha lo stesso effetto della sostituzione dell'Nd con la Dy, ma il campo anisotropo HA del Tb 2Fe14B è più elevato, quindi può aumentare più efficacemente la forza coercitiva del magnete permanente. Tuttavia, il Tb ha meno riserve di minerali di terre rare rispetto al Dy e il suo prezzo è più alto.
Il ruolo del metallo Gd e del metallo Ho nella sostituzione del Nd
Il Gd ha le riserve più elevate tra i metalli rari pesanti. Il Gd può anche formare il composto Gd2Fe14B. L'intensità di polarizzazione magnetica Js e il campo anisotropo HA di questo composto sono ovviamente bassi, ma la sua temperatura di Curie Tc è la più alta. A causa delle elevate riserve e del basso prezzo del Gd, alcuni produttori aggiungono il Gd sotto forma di lega gadolinio-ferro per sostituire parzialmente il Nd e produrre magneti permanenti NdFeB sinterizzati a basso costo. Ma in realtà l'uso del Gd per sostituire l'Nd è uno spreco. Quando in futuro si scoprirà che il Gd ha usi più importanti, si scoprirà che è una perdita irreparabile. La sostituzione dell'Nd con l'Ho ha lo stesso effetto e lo stesso problema per i produttori di magneti permanenti.
Il ruolo dei metalli leggeri delle terre rare La, Ce e Pr nella sostituzione del Nd
Le riserve di terre rare leggere sono abbondanti e relativamente economiche. Lo sviluppo di metalli leggeri di terre rare da utilizzare nella produzione di materiali NdFeB sinterizzati merita di essere incoraggiato.
È relativamente difficile per i metalli La, Fe e B formare La2Fe14B e la temperatura è molto bassa, ma una volta formatosi, è stabile al di sotto degli 860°C. L'Nd rappresenta 65%-75% del costo dell'NdFeB sinterizzato, mentre il costo attuale del La è circa un decimo dell'Nd.
La sostituzione di Nd con La può ridurre i costi e promuovere l'utilizzo completo delle risorse di terre rare. Con l'aumento del contenuto di La, diminuiscono la polarizzazione magnetica Js, la remanenza Br, la forza coercitiva Hcj e il prodotto massimo di energia magnetica (BH) m della lega. Il La è un atomo non magnetico, che causa una diminuzione del (BH)m a causa della diluizione magnetica. Diminuisce molto più velocemente dei produttori di magneti permanenti Br.
Ce2Fe14B ha una scarsa stabilità ed è più difficile da formare. Con l'aumento del contenuto di Ce, tutte le proprietà magnetiche diminuiscono. Allo stesso tempo, l'aggiunta di Ce provoca una diminuzione della temperatura di Curie e della stabilità termica del magnete.
Il composto Pr2Fe14B presenta diverse condizioni di base che possono essere utilizzate come materiale per magneti permanenti produttori di magneti permanenti e buone proprietà magnetiche possono essere ottenute mediante sinterizzazione a circa 1060°C produttori di magneti permanenti. I magneti permanenti NdFeB sinterizzati con buone proprietà magnetiche possono essere prodotti utilizzando il metallo (PrNd)-Fe come materia prima. Va notato che il Pr si ossida più facilmente dell'Nd e la quantità di Pr deve essere controllata in modo appropriato per alcuni materiali che richiedono un'elevata stabilità.
Il ruolo di altri metalli che sostituiscono il Fe
Il materiale del magnete permanente NdFeB sinterizzato presenta carenze quali bassa coercitività e temperatura di Curie, scarsa stabilità termica, bassa temperatura di esercizio (circa 80°C) e scarsa resistenza alla corrosione. Per questo motivo, gli effetti di vari elementi sui materiali magnetici permanenti NdFeB sono stati ampiamente studiati.
1. L'effetto del cobalto Co in parziale sostituzione del Fe su NdFeB sinterizzato
All'aumentare del contenuto di Co, la temperatura di Curie della lega aumenta linearmente e il coefficiente di temperatura reversibile dell'induzione magnetica α diminuisce significativamente. Quando il contenuto di Co è inferiore a 5% (frazione atomica), (BH) m e Br diminuiscono appena i produttori di magneti permanenti; quando il contenuto di Co è superiore a 30%, vari parametri di prestazione magnetica diminuiscono significativamente. Il contenuto di Co aggiunto inferiore a 10% è molto vantaggioso. Non solo aumenta la temperatura di Curie della lega, ma mantiene anche elevate proprietà magnetiche. Allo stesso tempo, migliora anche il coefficiente di temperatura dell'induzione magnetica.
2. Il ruolo dell'Al che sostituisce parzialmente il Fe
I risultati della ricerca degli studiosi dimostrano che l'aggiunta di una piccola quantità di alluminio può migliorare significativamente la forza coercitiva del materiale ternario Nd-Fe-B. I risultati della ricerca evidenziano che, sulla base dei materiali dei produttori di magneti permanenti Nd-Fe-Co-B, l'aggiunta di Al può compensare la riduzione della forza coercitiva causata dall'aggiunta di Co, in modo da ottenere Nd-Fe-Co-Al-Nd-Fe-Co-Al- con prestazioni globali più elevate. Lega B.
3. Il ruolo del Cu in parziale sostituzione della coppia Fe
La ricerca ha scoperto che l'aggiunta di una piccola quantità di rame Cu ai sistemi (Nd,Dy)-Fe-B e (Nd,Dy)-(Fe, Co)-B può aumentare significativamente la forza coercitiva, mentre la Br è quasi ridotta, in modo da poter produrre magneti permanenti con Hcj e (BH)m elevati.
4. Altri elementi sostituiscono parzialmente il ruolo della coppia Fe
Sulla base della lega ternaria Nd-Fe-B, l'aggiunta di una piccola quantità di niobio Nb o zirconio Zr per sostituire parte del ferro può migliorare efficacemente l'Hcj e la quadratura Hk dei produttori di magneti permanenti della lega, mentre la Br diminuisce molto poco. Allo stesso tempo, è impossibile ridurre il flusso magnetico della lega. perdita. I risultati sperimentali mostrano che il contenuto massimo di niobio Nb nella lega Nd-Fe-B è 3% (frazione atomica). L'aggiunta di Nb in eccesso provoca una rapida diminuzione della forza coercitiva della lega e rende instabile la lega Nd2Fe14B.
L'aggiunta di gallio Ga può aumentare significativamente la coercitività della lega e ridurre il campo magnetico irreversibile hirr. Nelle leghe Nd-Fe-Co-B, all'aumentare del contenuto di Co, l'Hcj della lega diminuisce, ma quando viene aggiunto Ga, la forza coercitiva aumenta. Si prevede che nelle leghe con aggiunta di Ga sarà possibile preparare materiali per magneti permanenti della serie Nd-Fe-B con un elevato punto di Curie e un elevato Hcj.
L'aggiunta combinata di gallio Ga e niobio Nb può migliorare significativamente la stabilità termica della lega.
I magneti sinterizzati al neodimio-ferro-boro (NdFeB) sono generalmente composti dai seguenti elementi:
Neodimio (Nd):
Il neodimio è l'elemento chiave delle terre rare nei magneti NdFeB e contribuisce alla loro elevata forza magnetica. Costituisce la base del materiale del magnete.
Ferro (Fe):
Il ferro è l'elemento magnetico principale dei magneti NdFeB. Costituisce una parte importante della composizione del magnete e fornisce le proprietà ferromagnetiche.
Boro (B):
Il boro viene aggiunto alla lega NdFeB per migliorarne le proprietà magnetiche, in particolare la coercitività e la remanenza. Il boro contribuisce a stabilizzare la magnetizzazione del magnete.
Disprosio (Dy):
Il disprosio viene comunemente aggiunto in piccole quantità per migliorare la coercitività e la stabilità termica dei magneti NdFeB, soprattutto nelle applicazioni ad alta temperatura.
Terbio (Tb):
Il terbio è un altro elemento delle terre rare spesso aggiunto ai magneti NdFeB per migliorarne la coercitività, in particolare alle alte temperature.
Altri oligoelementi:
Per affinare ulteriormente le proprietà magnetiche del magnete NdFeB, si possono includere piccole quantità di altri elementi come il praseodimio (Pr), il samario (Sm), il gadolinio (Gd) e l'olmio (Ho).
L'esatta composizione e il rapporto di questi elementi possono variare in base ai requisiti specifici dell'applicazione del magnete. Tuttavia, il neodimio, il ferro e il boro sono i costituenti principali, mentre il disprosio e il terbio vengono aggiunti in quantità minori per personalizzare le proprietà del magnete.
Misura del magnetismo di superficie
Il magnetismo di superficie è il parametro delle prestazioni del magnete più facilmente misurabile nella vita quotidiana. Può essere misurato direttamente con un misuratore di gauss, il che è molto comodo. Quando la forma e le dimensioni del magnete sono certe, le persone spesso giudicano e confrontano le prestazioni del magnete confrontando il magnetismo superficiale (nel caso di magnetizzazione non multipolare, ecc.) dei produttori di magneti permanenti. Per alcuni magneti di dimensioni particolarmente grandi o piccole e con forme particolari, è difficile misurare il flusso magnetico. A questo punto, la misurazione del flusso magnetico del misuratore diventa molto importante.
Per misurare il magnetismo superficiale dei magneti permanenti dei produttori, si utilizza generalmente un misuratore di Gauss, detto anche misuratore di Tesla. Gli elementi di rilevamento Hall dei Gaussmetri dei diversi produttori sono diversi e il magnetismo superficiale misurato per lo stesso magnete non è esattamente lo stesso. Inoltre, va notato che gli standard di misurazione dei misuratori di Gauss utilizzati nei diversi Paesi sono diversi.
La misurazione del magnetismo superficiale non è oggettiva e non è un parametro in grado di riflettere pienamente le prestazioni del magnete. Pertanto, non è consigliabile utilizzarla come indice di valutazione per il commercio dei prodotti.
La relazione tra magnetismo di superficie e prestazioni del magnete (rimanenza)
Il magnetismo residuo si riferisce all'intensità di induzione magnetica trattenuta nel ferromagnete quando il campo magnetico esterno viene utilizzato per magnetizzare il ferromagnete fino allo stato di saturazione e poi riduce gradualmente il campo magnetico esterno a zero produttori di magneti permanenti. Il suo nome completo è intensità di induzione magnetica residua (Br) e l'unità di misura è il Tesla o il Gaussian permanent magnet manufacturers. La remanenza è determinata dalle caratteristiche del magnete stesso. La remanenza di uno stesso magnete è invariata in condizioni specifiche e ha un unico valore.
Il magnetismo residuo determina in una certa misura il magnetismo superficiale di un magnete, ma magneti con lo stesso magnetismo residuo non hanno lo stesso magnetismo superficiale. Il magnetismo superficiale è influenzato anche dalla forma, dalle dimensioni e dal metodo di magnetizzazione del magnete.
Due magneti della stessa forma e dimensione, quello con un magnetismo residuo più elevato ha anche un magnetismo di superficie più elevato.
Per due magneti di forma e dimensioni diverse, il magnetismo residuo non può essere determinato semplicemente dal magnetismo di superficie.
Il magnetismo residuo viene testato in condizioni di circuito chiuso, mentre il magnetismo superficiale viene testato in condizioni di circuito aperto con un misuratore di Gauss. Allo stesso tempo, il magnete stesso ha un campo smagnetizzante, per cui i produttori di magneti permanenti il magnetismo superficiale massimo di un singolo magnete è molto più piccolo del suo magnetismo remanente. Attualmente, il magnetismo residuo massimo dei magneti NdFeB sinterizzati si aggira intorno ai 14000G, quindi possiamo affermare con certezza che il magnetismo superficiale massimo di un singolo magnete NdFeB non può superare i 14000G produttori di magneti permanenti. (Si noti che si tratta di un "singolo magnete". In alcuni gruppi magnetici e matrici di magneti, il magnetismo di superficie del magnete può essere migliorato attraverso una speciale progettazione del circuito magnetico).
Calcolo del magnetismo di superficie del magnete NdFeB
Poiché i produttori di magneti permanenti sinterizzati presentano un campo di anisotropia magnetica estremamente elevato e i vettori di magnetizzazione sono disposti nella direzione di facile magnetizzazione, possiamo considerarli come un corpo uniformemente magnetizzato. In questo modo, il modello a guscio può essere applicato per calcolare il campo magnetico generato dal magnete nello spazio. campo magnetico. Attualmente, molti modelli di calcolo del magnetismo di superficie presenti su Internet si basano su questo principio per ricavare la formula di calcolo.
Tuttavia, vi sono due presupposti. Una è che il magnete sia un corpo magnetizzato completamente uniforme e l'altra è che la curva di smagnetizzazione sia completamente una linea retta. La situazione reale non è completamente vera. Pertanto, esiste una certa differenza tra i risultati calcolati e quelli effettivamente misurati. Oltre al magnetismo residuo, il magnetismo superficiale dei magneti è fortemente influenzato dalla forma e dalle dimensioni. Le formule di calcolo del magnetismo superficiale applicabili a magneti di forma diversa sono diverse.
