Pequenos ímanes de neodímio NdFeB sinterizados
Os pequenos ímanes de neodímio NdFeB sinterizados são fabricados a partir de uma combinação de várias matérias-primas para obter as suas propriedades magnéticas. Os elementos primários na composição dos ímanes NdFeB sinterizados incluem o neodímio (Nd), o ferro (Fe) e o boro (B). Além disso, podem ser adicionados outros elementos, como o disprósio (Dy) ou o praseodímio (Pr), para melhorar o desempenho dos ímanes, especialmente em aplicações a alta temperatura ou para aumentar a resistência à desmagnetização.
Todos sabemos que as principais matérias-primas dos pequenos ímanes de neodímio permanentes NdFeB sinterizados são o neodímio, o ferro e o boro, mas, além disso, muitos outros elementos são adicionados às matérias-primas e estes elementos desempenham diferentes papéis nos ímanes. Os fabricantes concebem frequentemente fórmulas de produtos com base nas necessidades dos utilizadores. Pode dizer-se que a fórmula da matéria-prima é a informação ultra-secreta de cada fabricante.
Os mais de dez elementos do NdFeB sinterizado são como os vários condimentos que temos de adicionar para fazer uma iguaria. É precisamente devido à combinação científica e regular destes elementos com diferentes propriedades e funções intrínsecas que o nosso NdFeB é fabricado. O boro apresenta-se numa variedade de graus e propriedades diferentes. Compreender o significado de cada elemento é de grande importância para entendermos melhor o desempenho e os custos de fabricação dos diferentes graus. A seguir, apresentamos brevemente o valor desses elementos.
Para facilitar a compreensão, podemos dividir os elementos constituintes do NdFeB em três categorias:
Um deles são os elementos principais RE (Ce, Gd, Nd, Dy, etc.), Fe, B, que são os principais responsáveis pela formação dos grãos da fase principal RE2Fe14B.
O segundo são os elementos pequenos, como Al, Co, Ga e Zr, que são principalmente responsáveis pela otimização do revestimento dos limites de grão em relação aos grãos da fase principal.
Em terceiro lugar, os elementos de impureza, como o carbono, o oxigénio, etc., são inevitavelmente introduzidos nas matérias-primas e na produção.
A figura seguinte apresenta um diagrama esquemático dos tipos de elementos NdFeB.
Os fabricantes de matérias-primas reais têm frequentemente certos desvios devido a diferentes rotas de processo utilizadas no processo de produção. Por exemplo, a proporção de PrNd mudará de 20:80 para 25:75, GdFe aparecerá menos de 75% e B em diferentes lotes de BFe O conteúdo irá flutuar muito, o que nos obriga a usá-lo em proporção ao conteúdo real de cada lote de documentos de inspeção de qualidade durante o uso.
Cada elemento contido nos pequenos ímanes de neodímio NdFeB tem as suas próprias caraterísticas únicas, tais como
A introdução de elementos La e Ce reduzirá a remanência Br e a força coerciva Hcj do íman, mas o seu preço é muito barato e pode reduzir os custos;
REFeB composto de elemento Nd puro substituindo PrNd tem magnetização de saturação muito alta e pode ser usado para preparar ímãs de remanência ultra-alta;
A introdução do elemento Tb pode melhorar muito o Hcj do íman, mas o seu custo é extremamente elevado;
O elemento Gd é relativamente barato. O REFeB formado por ele tem a temperatura Curie mais elevada e pode preparar ímanes resistentes a altas temperaturas, mas reduzirá significativamente o Br.
Para descobrir como combinar para produzir um íman com o desempenho necessário ao menor custo, precisamos de compreender as caraterísticas de cada elemento nos pequenos ímanes de neodímio NdFeB.
Mais de 80%-90% do custo do material é composto principalmente pela parte "alta e baixa" da nota, onde a parte "-" indica que a quantidade de adição é muito pequena ou o preço é barato, o que tem pouco impacto no custo global dos pequenos ímanes de neodímio. Entre eles, La e Ce são adicionados principalmente para reduzir os custos. Nos últimos anos, com o avanço contínuo da tecnologia, os ímanes Ce têm sido utilizados cada vez mais em graus mais elevados.
Ao compreender profundamente as caraterísticas dos elementos acima referidos e ao compreender o impacto dos vários elementos no processo de sinterização, na densidade de sinterização, no processo de envelhecimento e no desempenho do produto, podemos orientar-nos para produzir produtos de pequenos ímanes de neodímio NdFeB com um desempenho de custo mais elevado.
O campo magnético é invisível e intangível, por isso, como desenhar a forma do campo magnético e descrever a direção do campo magnético? A simulação de elementos finitos é uma óptima maneira de o fazer.
A simulação de elementos finitos, também designada por simulação FEA (Finite Element Analysis), utiliza computadores para simular sistemas físicos reais através de equações, modelos e fórmulas matemáticas complexas.
Utilizando elementos simples e interactivos (ou seja, unidades), um número limitado de A quantidade desconhecida é utilizada para aproximar o sistema real com uma quantidade desconhecida infinita. Tem sido amplamente utilizado nos domínios do campo de temperatura, campo elétrico, pequenos ímanes de neodímio, campo magnético, campo de forças, campo de infiltração, campo de ondas acústicas e outros domínios. Os softwares de simulação de campo magnético mais utilizados incluem ANSYS, ABAQUS, Comsol Multiphysics, JMAG-Designer e EasiMotor.
É relativamente difícil começar a utilizar o software de simulação. Para além de ultrapassar os problemas de utilização do novo software, também é necessário compreender os parâmetros magnéticos de diferentes materiais na biblioteca de materiais. E porque a simulação do campo magnético é relativamente nicho de pequenos ímanes de neodímio, quase todos os materiais magnéticos permanentes e materiais macios na biblioteca de materiais do software Os materiais magnéticos não estão completos, e também envolve a possibilidade de estabelecer novos materiais.
Como estabelecer os parâmetros magnéticos e as curvas de desmagnetização de novos materiais. Tudo isto tem de se basear num conhecimento profundo do próprio material e nos conhecimentos básicos do magnetismo.
Diferentes softwares de FEA podem ter diferentes técnicas de utilização de pequenos ímanes de neodímio. Este artigo utiliza o software ANSYS como exemplo para introduzir os passos comuns para a simulação de elementos finitos de campos magnéticos de ímanes permanentes:
1. Selecionar o tipo de desenho. O software ANSYS possui muitos módulos de projeto. Mesmo o módulo de projeto de campo eletromagnético especializado também inclui módulos de projeto para alta frequência, campo elétrico, circuito e campo magnético estático. O módulo de campo magnético estático é normalmente selecionado para a simulação magnética de superfície de pequenos ímanes de neodímio.
2. Modelação. Semelhante à modelação 2D 3D, desenhe a forma, a posição e os pontos de teste dos ímanes que precisam de ser simulados. Os modelos também podem ser importados através de software de desenho 2D e 3D.
3. Adicionar materiais. Todos os materiais têm de ter propriedades de material definidas, caso contrário, serão definidos por defeito como vácuo ou ocorrerão erros de execução. É de notar que os ímanes permanentes necessitam de definir a direção de magnetização e que a direção de magnetização é geralmente definida com base no sistema de coordenadas.
4. Definir o domínio de cálculo. É fundamental definir um domínio de cálculo adequado. Se não definir um domínio de cálculo, todo o espaço será considerado por defeito como domínio de cálculo para pequenos ímanes de neodímio. Embora isto seja consistente com a situação real, porque pode não haver outras substâncias interferentes à volta do íman, isto conduzirá a um grande erro nos resultados do cálculo. Além disso, a operação é morosa.
5. Definir as condições de fronteira. A definição das condições de fronteira tem como objetivo fazer corresponder as definições do domínio de cálculo e reduzir a complexidade do problema. A definição de limites razoáveis pode ajudar-nos a poupar muito tempo nos cálculos. As diferentes fronteiras têm significados diferentes. Normalmente, escolhemos fronteiras de balão para simulações de campos magnéticos estáticos. .
6. Definir a fonte de excitação. Quando o material selecionado é um íman permanente, o sistema ajuda-nos automaticamente a selecionar a excitação magnetostática. Se for necessário simular o campo magnético da bobina, é necessário adicionar tensão ou corrente como fonte de excitação.
7. Dividir a grelha. A criação de malhas significa simplesmente ligar estes cálculos de elementos finitos para criar uma estrutura de malha. O software é fornecido com a malha. Quanto mais densa for a estrutura da malha, mais precisos serão os resultados e mais demorada será a operação.
8. Adicionar definições da solução. Aqui pode definir a taxa de erro e o número de passos de cálculo, e o sistema também vem com definições predefinidas.
9. Adicionar operação de solução. É este o resultado que se pretende obter com esta simulação, quer se trate de observar a direção das linhas do campo magnético ou os dados do campo magnético.
10. Pós-processamento. Depois de concluída a simulação, é possível visualizar o diagrama de linhas do campo magnético (escalar ou vetorial), vários diagramas de nuvens, os dados e parâmetros definidos no início do período a simular, etc.
Um íman permanente cria um campo magnético à sua volta devido ao alinhamento dos seus domínios magnéticos no interior do material dos pequenos ímanes de neodímio. Este campo magnético estende-se do íman em todas as direcções e é caracterizado pela sua força e direção.
A força do campo magnético produzido por um íman permanente depende de factores como a composição do material, a forma e o tamanho do íman e o processo de magnetização a que é submetido.
Perto da superfície de um íman permanente, o campo magnético é tipicamente mais forte, e enfraquece gradualmente à medida que se afasta do íman. A força do campo magnético diminui com a distância, de acordo com a lei do inverso do quadrado dos pequenos ímanes de neodímio, que afirma que a força do campo magnético diminui com o quadrado da distância do íman.
O campo magnético produzido por um íman permanente tem magnitude e direção. A direção das linhas do campo magnético é definida como sendo a direção para onde o pólo norte da agulha de uma bússola apontaria se fosse colocado no campo de pequenos ímanes de neodímio. As linhas de campo estendem-se do pólo norte do íman para o pólo sul, formando laços fechados no exterior do íman.
Os ímanes permanentes são utilizados numa vasta gama de aplicações, incluindo motores eléctricos, geradores, máquinas de ressonância magnética (MRI), separação magnética, sensores e muitas outras pequenos ímanes de neodímio, devido à sua capacidade de produzir um campo magnético estável e persistente sem necessidade de uma fonte de energia externa.
