Sintrattujen NdFeB-kestomagneettien käyttö perustuu pääasiassa niiden magneettisiin ominaisuuksiin. Erilaisista käyttöympäristöistä ja olosuhteista johtuen magneeteille on kuitenkin asetettu magneettisten suorituskykyvaatimusten lisäksi myös mekaanisia ja kemiallisia suorituskykyvaatimuksia. Esimerkiksi joitain kestomagneetteja käytetään nopeasti pyörivissä koneissa, ja niiden on kestettävä suuria keskipakoisvoimia, niitä käytetään tärinäympäristöissä, kestettävä erittäin suurta kiihtyvyyttä (3g ~ 5g) tai ne ovat alttiita jännitykselle magneettien asennuksen yhteydessä. Se voi kuoriutua, pudota, kulmia tai halkeilla jne., joten on luonnollista asettaa vaatimuksia magneetin mekaanisille ominaisuuksille.
Mitkä ovat materiaalien mekaaniset ominaisuudet?
Materiaalien mekaanisia ominaisuuksia ovat yleensä lujuus, kovuus, plastisuus ja sitkeys. Näillä mekaanisilla ominaisuuksilla on erilaisia fyysisiä merkityksiä.
Lujuudella tarkoitetaan materiaalin maksimaalista kykyä vastustaa ulkoisten voimien haitallisia vaikutuksia. Intensiteetti on jaettu eri tyyppeihin ulkoisen voiman eri muotojen mukaan:
- Vetolujuus (vetolujuus) viittaa lujuusrajaan, kun ulkoinen voima on vetovoima
- Puristusvoimalla tarkoitetaan voimarajaa, kun ulkoinen voima on painetta
- Taivutuslujuudella tarkoitetaan lujuusrajaa, kun ulkoinen voima on kohtisuorassa materiaalin akseliin nähden ja saa materiaalin taipumaan.
Kovuus viittaa materiaalin kykyyn paikallisesti vastustaa kovien esineiden painautumista sen pintaan. Se on osoitin eri materiaalien pehmeyden ja kovuuden vertailuun. Mitä korkeampi kovuus, sitä vahvempi metallin kyky vastustaa plastista muodonmuutosta.
Plastisuus viittaa kiinteän materiaalin kykyyn vastustaa muodonmuutosta tietyn ulkoisen voiman vaikutuksesta. Materiaali voi muotoutua pysyvästi ilman, että se tuhoutuu ulkoisen voiman vaikutuksesta.
Sitkeys edustaa materiaalin kykyä absorboida energiaa plastisen muodonmuutoksen ja murtuman aikana. Mitä parempi sitkeys, sitä vähemmän todennäköistä on hauraiden murtumien esiintyminen. Materiaalitieteessä ja metallurgiassa sitkeys viittaa materiaalin murtumiskestävyyteen, kun siihen kohdistuu voima, joka saa sen muotoutumaan. Se on energian suhde, jonka materiaali voi absorboida ennen hajoamista, tilavuuteensa.
Sintratun NdFeB:n mekaaniset ominaisuudet
Sintrattu NdFeB on hauras materiaali. Sen mekaaniset ominaisuudet ovat kovia ja hauraita, eli korkea lujuus ja alhainen sitkeys. Muovista muodonmuutosta ennen murtumista ei tapahdu juuri lainkaan, eli se murtuu elastisen muodonmuutosvaiheen aikana.
Alla olevassa kuvassa on vertailu eri kestomagneettimateriaalien magneettisen energiatuotteen (BH)m ja murtumislujuuden välillä. Voimme havaita, että sintratulla NdFeB:llä on korkein magneettinen energiatuote (BH)m, ja murtolujuus on edelleen verrattavissa Sm2Tm17-, SmCo5- ja ferriittisiin kestomagneetteihin, koska ne ovat kaikki metallien välisiin yhdisteisiin perustuvia kestomagneettimateriaaleja ja kuuluvat hauraisiin materiaaleihin. . Sidotuilla harvinaisten maametallien kestomagneettimateriaaleilla, Fe-Cr-Co:lla ja magneettisella teräksellä on paras murtolujuus, mutta niiden magneettinen energiatuote (BH)m on paljon pienempi kuin sintratun NdFeB:n.
Hauraat materiaalit käyttävät yleensä kolmea indikaattoria kuvaamaan materiaalin mekaanisia ominaisuuksia:
1. Murtolujuus heijastaa yleensä lujuutta, kun halkeamat laajenevat materiaalissa. Yksikkö on MPa·m1/2. Materiaalien murtolujuuskoe vaatii vetokoekoneen, jännitysanturin, ekstensometrin, signaalivahvistuksen dynaamisen venymämittarin jne. Lisäksi näyte tulee tehdä ohueksi levyksi.
2. Iskusitkeys (iskumurtolujuus) heijastaa materiaaliin murtumisprosessin aikana iskujännityksen vaikutuksesta absorboimaa energiaa. Yksikkö on J/m2. Iskusilujuuden mitattu arvo on liian herkkä näytteen kokoon, muotoon, käsittelytarkkuuteen ja testiympäristöön nähden, ja mitatun arvon hajonta on suhteellisen suuri.
3. Taivutuslujuus mitataan kolmipistetaivutusmenetelmällä. Koska näyte on helppo käsitellä ja mittaus on yksinkertainen, sitä käytetään yleisimmin kuvaamaan sintrattujen NdFeB-magneettien mekaanisia ominaisuuksia.
Sintrattujen NdFeB-kestomagneettimateriaalien korkea lujuus ja alhainen sitkeys määräytyvät niiden kiderakenteen perusteella. Lisäksi seuraavat kaksi tekijää vaikuttavat sintrattujen NdFeB-kestomagneettien taivutuslujuuteen ja ovat myös tapoja parantaa niiden lujuutta.
1. Nd-pitoisuudella on tietty vaikutus sintratun NdFeB:n lujuuteen. Kokeet osoittavat, että tietyissä olosuhteissa mitä korkeampi Nd-pitoisuus on, sitä suurempi on materiaalin lujuus.
2. Muiden metallielementtien lisäämisellä on tietty vaikutus sintratun NdFeB:n lujuuteen. Kun tietty määrä Ti:tä, Nb:tä tai Cu:ta lisätään, kestomagneetin iskumurtolujuus paranee; kun pieni määrä Co:ta lisätään, kestomagneetin taivutuslujuus paranee.
Sintratun NdFeB:n kattavat mekaaniset ominaisuudet eivät ole riittävän korkeat, mikä on yksi tärkeimmistä syistä, jotka rajoittavat sen käyttöä laajemmilla alueilla. Jos tuotteen sitkeyttä voidaan parantaa ja samalla varmistaa, että magneettiset ominaisuudet paranevat tai pysyvät muuttumattomina, se saa sintratun NdFeB:n sotilas-, ilmailu- ja muilla aloilla näyttelemään suurempaa roolia ja siirtymään uuteen kehitysvaiheeseen.