カスタムマグネット
焼結ネオジム永久磁石の用途は、主にその磁気特性を利用することである。しかし、使用環境や条件が異なるため、磁気特性だけでなく、機械的特性や化学的特性も要求されます。
例えば、カスタム永久磁石の中には、高速回転機械に使用され、大きな遠心力に耐えなければならないものや、振動環境下、あるいは極めて高い加速度（3g〜5g）条件下で使用されるもの、あるいはカスタム磁石を設置する際に応力がかかり、剥離、エッジ、コーナーの欠損、クラック等が発生するものがあり、磁石の機械的特性に対する要求があるのは当然です。
材料の機械的特性とは？
一般に材料の機械的特性には、強度、硬度、塑性、靭性などがあり、これらの機械的特性パラメータはそれぞれ異なる物理的意味を持つ。
強度とは、外力の破壊的影響に抵抗する材料の最大能力を指す。強度は外力の形態によって以下のように分けられる：
引張強度（引張強さ）：外力が引張の場合の強度限界を指す
圧縮強さ：外力が圧縮の場合の強さの限界を指す。
曲げ強さ：外力が材料の軸に垂直で、作用後に材料が曲がるときの強さの限界を指す。
硬度とは、材料の表面に硬い物体が圧力を加えても、その物体が局部的に抵抗する能力のこと。様々な材料の硬さを比較する指標となる。硬度が高いほど、金属が塑性変形に抵抗する力が強いことを意味する。
塑性（そせい）とは、固形物質がある外力下で変形に抵抗する能力のこと。物質が外力を受けても破壊されることなく永久に変形する能力のことである。
靭性とは、材料が塑性変形や破断の際にエネルギーを吸収する能力を指す。靭性が高ければ高いほど、脆性破壊が起こりにくくなる。材料科学と冶金学では、靭性とは、材料が変形する力を受けたときに、材料が破壊に抵抗する能力を指す。材料が破断するまでに吸収できるエネルギーの体積に対する割合である。
焼結NdFeBの機械的性質
焼結ネオジムは脆性材料であり、その機械的特性は硬くて脆い、すなわち高強度で低靭性である。破断前の塑性変形はほとんどなく、弾性変形段階で破断する。
下図は、様々な永久磁石材料の磁気エネルギー積(BH)mと破壊靭性の比較である。焼結NdFeBが最も磁気エネルギー積(BH)mが高いことがわかりますが、破壊靭性はSm2Tm17、SmCo5、フェライト永久磁石に匹敵します。ボンド希土類永久カスタム磁石材料、Fe-Cr-Co、および磁性鋼は、最高の破壊靭性を持っていますが、その磁気エネルギー積（BH）mは焼結NdFeBよりもはるかに低いです。
脆性材料では、材料の機械的特性を表すために3つの指標を用いることが多い：
破壊靱性は、通常、亀裂が拡大したときの材料の強さを表し、単位はMPa・m1/2である。材料の破壊靭性は、引張試験機、応力センサー、伸び計、信号増幅型動ひずみゲージなどを用いて試験する。また、試料は薄板にしておく。
衝撃強度（衝撃破壊靭性）は、衝撃応力下で材料が破壊する際に吸収するエネルギーを反映したもので、単位はJ/m2です。衝撃強さの測定値は、試料の大きさ、特注磁石の形状、加工精度、試験環境などの影響を受けやすく、測定値のばらつきが比較的大きくなります。
曲げ強さは、3点曲げ法により測定した材料の曲げ破壊強さです。試料の加工が容易で測定も簡単なため、焼結ネオジム磁石の機械的性質を表すのに最も一般的に用いられています。
DongMaidiは、焼結NdFeBの機械的性能指標のおおよその変動範囲を与えるために、異なるテストを組み合わせたいくつかの学者を見つけた。脆い材料であるため、試験データのばらつきは比較的大きい。
焼結ネオジム系永久磁石材料の高強度と低靱性は、それ自体の結晶構造によって決まります。また、焼結ネオジム系カスタム磁石の曲げ強さには、次の2つの要因が影響し、強度を向上させる方法でもあります。
Nd含有量は焼結NdFeBカスタム磁石の強度に一定の影響を与える。実験結果は、ある条件下ではNd含有量が多いほど材料強度が高くなることを示している。
他の金属元素の添加は、焼結ネオジム系カスタム磁石の強度に一定の影響を与える。Tiチタン、Nbニオブ、Cu銅を一定量添加すると永久磁石の衝撃破壊靭性が向上し、Coコバルトを少量添加すると永久磁石の曲げ強度が向上する。
焼結 NdFeB の総合的な機械的特性が不十分であることは、より広範な分野への応用を制限する重要な理由の一つである。磁気特性の改善または不変を確保しつつ、製品の靭性を向上させることができれば、焼結ネオジムは軍事、航空宇宙などの分野でより大きな役割を果たし、新たな発展期を迎えることになる。
これらは、特に工学や材料科学において重要な材料の機械的特性です。ここでは、それぞれの簡単な概要を説明します：
1.破壊靭性：材料の亀裂伝播に対する抵抗力を測定します。材料が応力下でどのような挙動を示すかを理解する上で極めて重要であり、航空宇宙や建設など、安全性と信頼性が重要なカスタム磁石の用途では特に重要です。破壊靭性が高いということは、材料が破損することなく、欠陥や亀裂の存在に耐えられることを意味します。
2.衝撃強度：この特性は、強い衝撃や突発的な力が加えられたときにエネルギーを吸収する材料の能力を示します。シャルピー衝撃試験やアイゾット衝撃試験のような試験で測定されます。衝撃強度の高い材料は、突然の衝撃やショックにも壊れることなく耐えることができるため、予期せぬ力を受ける可能性のある用途に適しています。
3.曲げ強度：曲げ強さとは、材料が荷重による変形に抵抗する能力を測定するものです。曲げ試験で評価されることが多く、材料に力を加え、磁石が壊れるまで曲げます。曲げ強度が高いということは、材料が破損することなく、より大きな荷重を支えたり、より大きな曲げに耐えることができることを意味します。
これらの特性は、それぞれ異なる文脈において重要である：
破壊靭性は、重要な構造部品の破壊を予測するために不可欠である。
衝撃強度は、突然の衝撃や衝撃を受けやすい環境で使用される材料にとって重要である。
曲げ強度は、曲げや屈曲の力を受ける部品にとって極めて重要である。
特定の用途のために材料を選択する場合、それが性能要件を満たしていることを確認するために、これらすべての特性を考慮することをお勧めします。
破壊靭性、衝撃強度、曲げ強度を理解することは、様々な用途に適した材料を選択する上で非常に重要です。ここでは、それぞれの特性についてより詳しく説明します：
破壊靭性
定義破壊靭性（Fracture toughness）とは、材料が亀裂の進展に抵抗する能力を表す材料 特性である。これは、既存の欠陥や亀裂が存在する場合の材料の破壊に対する抵抗力の尺度です。
重要性高い破壊靱性は、材料が高い応力に耐え、亀裂の進展に抵抗できることを示し、安全性が最も重要な重要部品に適している。
試験：通常、金属についてはASTM E399、セラミックについてはASTM C1337のような標準化された試験を用いて測定する。材料は、限界応力拡大係数を決定するために、制御された応力下で、あらかじめ割れた試験片を用いて試験される。
衝撃強度
定義衝撃強度は、突然の衝撃や衝撃の際にエネルギーを吸収する材料の能力を測定する。材料の強靭性と弾力性を反映する。
重要性自動車部品、保護具、建設資材など、急激な力や衝撃にさらされる用途に使用される材料には、高い衝撃強度が不可欠です。
試験：一般的な試験にはシャルピー衝撃試験とアイゾット衝撃試験がある。これらは、切り欠きを入れた試験片を振り子ハンマーで叩き、材料が吸収したエネルギーを測定する。
曲げ強度
定義曲げ強度（曲げ強さともいう）は、荷重による変形に耐える材料の能力を測定する。曲げ強さは、材料が曲げられる力に対してどの程度抵抗できるかを示す。
重要性高い曲げ強度は、梁、橋、構造要素など曲げ応力を受ける部品にとって重要である。
試験：通常、3点または4点曲げ試験を用いて評価する。この試験では、材料サンプルを2点以上で支持し、中央に荷重を加える。材料が破断するまでに耐えられる最大応力が記録される。
特性の比較
破壊靭性は、応力集中や欠陥が発生する材料に最も適しています。
衝撃強度は、材料が突発的または動的な荷重に直面する用途において極めて重要です。
曲げ強度は、曲げ応力や曲げ応力に耐える必要がある材料にとって重要である。
特定の用途のために材料を設計または選択する場合、最適な性能と安全性を確保するために、熱安定性、耐食性、コストなどの他の要因とともにこれらの特性を考慮する必要があります。
