Jak czas i temperatura wpływają na stabilność magnesów trwałych

Zdolność magnesu trwałego do podtrzymywania zewnętrznego pola magnetycznego wynika z anizotropii kryształów w materiale magnetycznym, która „blokuje” na miejscu małe domeny magnetyczne.Po ustaleniu początkowego namagnesowania pozycje te pozostają takie same, aż do przyłożenia siły przekraczającej zablokowaną domenę magnetyczną, a energia wymagana do zakłócenia pola magnetycznego wytwarzanego przez magnes trwały jest różna dla każdego materiału.Magnesy trwałe mogą generować niezwykle wysoką koercję (Hcj), utrzymując wyrównanie domeny w obecności silnych zewnętrznych pól magnetycznych.

Stabilność można opisać jako powtarzające się właściwości magnetyczne materiału w określonych warunkach przez cały okres użytkowania magnesu.Czynniki wpływające na stabilność magnesu obejmują czas, temperaturę, zmiany niechęci, niekorzystne pola magnetyczne, promieniowanie, wstrząsy, naprężenia i wibracje.

Czas ma niewielki wpływ na współczesne magnesy trwałe, których badania wykazały zmianę natychmiast po namagnesowaniu.Zmiany te, zwane „pełzaniem magnetycznym”, zachodzą, gdy na mniej stabilne domeny magnetyczne wpływają wahania energii termicznej lub magnetycznej, nawet w środowiskach stabilnych termicznie.Zmienność ta maleje wraz ze zmniejszaniem się liczby regionów niestabilnych.

Jest mało prawdopodobne, aby magnesy ziem rzadkich odczuły ten efekt ze względu na ich niezwykle wysoką koercję.Badanie porównawcze dłuższego czasu w funkcji strumienia magnetycznego pokazuje, że nowo namagnesowane magnesy trwałe tracą z czasem niewielką ilość strumienia magnetycznego.Przez ponad 100 000 godzin utrata materiału samarowo-kobaltowego jest w zasadzie zerowa, podczas gdy utrata materiału Alnico o niskiej przepuszczalności jest mniejsza niż 3%.

Skutki temperatury można podzielić na trzy kategorie: straty odwracalne, straty nieodwracalne, ale możliwe do odzyskania oraz straty nieodwracalne i nieodwracalne.

Straty odwracalne: Są to straty, które znikają, gdy magnes powraca do swojej pierwotnej temperatury. Stabilizacja magnesem trwałym nie jest w stanie usunąć strat odwracalnych.Straty odwracalne opisuje odwracalny współczynnik temperaturowy (Tc), jak pokazano w poniższej tabeli.Tc wyraża się jako procent na stopień Celsjusza. Liczby te różnią się w zależności od konkretnego gatunku każdego materiału, ale są reprezentatywne dla klasy materiału jako całości.Dzieje się tak, ponieważ współczynniki temperaturowe Br i Hcj znacznie się różnią, więc krzywa rozmagnesowania będzie miała „punkt przegięcia” w wysokiej temperaturze.

Straty nieodwracalne, ale możliwe do odzyskania: Straty te definiuje się jako częściowe rozmagnesowanie magnesu w wyniku wystawienia na działanie wysokich lub niskich temperatur. Straty te można odzyskać jedynie poprzez ponowne namagnesowanie. Magnetyzm nie może się odzyskać, gdy temperatura powróci do pierwotnej wartości.Straty te powstają, gdy punkt pracy magnesu znajduje się poniżej punktu przegięcia krzywej rozmagnesowania.Skuteczna konstrukcja magnesu trwałego powinna mieć obwód magnetyczny, w którym magnes działa z przepuszczalnością wyższą niż punkt przegięcia krzywej rozmagnesowania w oczekiwanej wysokiej temperaturze, co zapobiegnie zmianom wydajności w wysokiej temperaturze.

Nieodwracalna, nieodwracalna strata: Magnesy wystawione na działanie ekstremalnie wysokich temperatur ulegają zmianom metalurgicznym, których nie można odzyskać poprzez ponowne namagnesowanie.Poniższa tabela przedstawia temperaturę krytyczną dla różnych materiałów, gdzie: Tcurie jest temperaturą Curie, w której podstawowy moment magnetyczny jest losowany i materiał ulega rozmagnesowaniu;Tmax to maksymalna praktyczna temperatura robocza materiału pierwotnego w kategorii ogólnej.

Magnesy są stabilne temperaturowo poprzez częściowe rozmagnesowanie magnesów poprzez wystawienie ich na działanie wysokich temperatur w kontrolowany sposób.Niewielki spadek gęstości strumienia poprawia stabilność magnesu, ponieważ mniej zorientowane domeny jako pierwsze tracą swoją orientację.Takie stabilne magnesy będą wykazywały stały strumień magnetyczny pod wpływem równych lub niższych temperatur.Dodatkowo stabilna partia magnesów będzie wykazywała mniejszą zmienność strumienia w porównaniu ze sobą, ponieważ górna część krzywej dzwonowej o normalnej charakterystyce zmienności będzie bliższa wartości strumienia partii.


Czas publikacji: 7 lipca 2022 r