烧结钕铁硼的物理性能

2023-09-08
来源：

烧结钕铁硼永磁体作为核心功能部件，广泛应用在电机、电声、磁吸和传感器等仪器设备中。磁体在服役过程中，会受到机械力、冷热变化、交变电磁场等环境因素，如果发生环境失效，将会严重影响设备的功用，造成巨大的损失。因此，除磁性能指标外，我们也需要关注磁体的力学、热学和电学性能，这将有助于我们更好的设计和使用磁钢，同时对于改善其服役的稳定性、可靠性具有重要意义。

图片
力学性能


磁钢的力学性能指标包括硬度、抗压强度、抗弯强度、抗拉强度、冲击韧性、杨氏模量等。钕铁硼是典型的脆性材料，磁钢的硬度和抗压强度较高，但抗弯强度、抗拉强度和冲击韧性差。这就造成磁钢在加工、充磁和装配过程中容易出现掉角甚至开裂的情况。磁钢在组件及设备中通常需要用卡槽或粘胶方式固定，同时做好减震和缓冲保护。

烧结钕铁硼的断裂面为典型的沿晶断裂，其力学特性主要由其复杂的多相结构决定的，同时与配方成分、工艺参数和结构缺陷（孔洞、大晶粒、位错等）有关。一般来说，稀土总量越低，材料力学性能越差。通过适量添加Cu、Ga等低熔点金属，改善晶界相分布可以增强磁钢韧性。添加Zr、Nb、Ti等高熔点金属，可以在晶界形成沉淀相，细化晶粒的同时可以抑制裂纹延伸，有助于改善强度和韧性；但过量添加高熔点金属，会造成磁材硬度过高，严重影响加工效率。

实际生产过程中，磁材的磁性能与力学性能难以兼顾，受成本和性能需求限制，往往需要牺牲其易加工和装配性。



图片
热学性能


钕铁硼磁钢主要的热学性能指标包括导热系数、比热容和热膨胀系数。


图片

电机运行下磁钢状态仿真


磁钢性能随温度升高而逐渐下降，因此永磁电机的温升成为电机能否长时间负载运行的关键影响因素，良好的导热散热能力才能避免超温，维持设备的正常运行。因此我们希望磁钢具有较高的导热系数和比热容，一方面热量能快速传导散发，同时相同热量下引发更低的温升。

钕铁硼磁钢在特定方向（∥C轴）易于充磁，在这个方向上磁钢受热会膨胀；但在难充磁的两个方向（⊥C轴）存在负膨胀现象，即受热收缩。热膨胀各向异性的存在造成辐射环磁钢烧结过程中易于开裂；并且在永磁电机中，多采用软磁材料的框架作为磁钢的支撑，两种材料不同的热膨胀特性会影响温升后的尺寸适配性。



图片
电学性能

图片

交变场下磁钢涡流


在永磁电机旋转的交变电磁场环境下，磁钢会产生涡流损耗导致升温，由于涡流损耗与电阻率成反比，提高钕铁硼永磁体的电阻率，将能够有效降低磁体的涡流损耗及磁体温升。理想的高电阻率磁钢结构是通过提升富稀土相的电极电位，形成能阻止电子传输的隔离层，实现高电阻晶界相对主相晶粒的包裹和分隔，从而提高烧结钕铁硼磁体的电阻率。但无论是无机材料的掺杂还是分层技术都无法解决磁性能恶化问题，目前仍无有效制备兼具高电阻率与高性能的磁体。



磁体知识
阅读原文
分享
下一篇：这是最后一篇
上一篇：这是第一篇