Aplikácia sintrovaných permanentných magnetov NdFeB závisí hlavne od ich magnetických vlastností. Avšak v dôsledku rôznych prostredí a podmienok používania existujú okrem požiadaviek na magnetický výkon aj požiadavky na mechanický a chemický výkon magnetov. Napríklad niektoré permanentné magnety sa používajú vo vysokorýchlostných rotačných strojoch a musia odolávať veľkým odstredivým silám, používajú sa vo vibračných prostrediach, odolávajú extrémne vysokému zrýchleniu (3g~5g) alebo sú vystavené namáhaniu pri inštalácii magnetov. Môže sa odlupovať, odpadávať, rohy alebo praskať atď., preto je prirodzené mať požiadavky na mechanické vlastnosti magnetu.
Aké sú mechanické vlastnosti materiálov?
Mechanické vlastnosti materiálov vo všeobecnosti zahŕňajú pevnosť, tvrdosť, plasticitu a húževnatosť. Tieto parametre mechanických vlastností majú rôzne fyzikálne významy.
Pevnosť sa vzťahuje na maximálnu schopnosť materiálu odolávať škodlivým účinkom vonkajších síl. Intenzita je rozdelená do rôznych typov podľa rôznych foriem vonkajšej sily:
- Pevnosť v ťahu (pevnosť v ťahu) sa vzťahuje na hranicu pevnosti, keď je vonkajšia sila ťahová sila
- Pevnosť v tlaku sa vzťahuje na hranicu pevnosti, keď je vonkajšou silou tlak
- Pevnosť v ohybe sa vzťahuje na medzu pevnosti, keď je vonkajšia sila kolmá na os materiálu a spôsobuje ohyb materiálu.
Tvrdosť sa vzťahuje na schopnosť materiálu lokálne odolávať tvrdým predmetom pred vtlačením do jeho povrchu. Je to ukazovateľ na porovnanie mäkkosti a tvrdosti rôznych materiálov. Čím vyššia je tvrdosť, tým silnejšia je schopnosť kovu odolávať plastickej deformácii.
Plasticita sa vzťahuje na schopnosť pevného materiálu odolávať deformácii pri určitej vonkajšej sile. Materiál sa môže trvalo deformovať bez toho, aby bol zničený pôsobením vonkajšej sily.
Húževnatosť predstavuje schopnosť materiálu absorbovať energiu počas plastickej deformácie a pretrhnutia. Čím lepšia je húževnatosť, tým je menej pravdepodobné, že dôjde ku krehkému lomu. Vo vede o materiáloch a metalurgii sa húževnatosť týka odolnosti materiálu voči rozbitiu, keď je vystavený sile, ktorá spôsobuje jeho deformáciu. Je to pomer energie, ktorú môže materiál absorbovať pred rozbitím, k svojmu objemu.
Mechanické vlastnosti spekaného NdFeB
Spekaný NdFeB je krehký materiál. Jeho mechanické vlastnosti sú tvrdé a krehké, to znamená vysoká pevnosť a nízka húževnatosť. Pred lomom nedochádza takmer k žiadnej plastickej deformácii, to znamená, že sa láme v štádiu elastickej deformácie.
Na obrázku nižšie je porovnanie produktu magnetickej energie (BH)m a lomovej húževnatosti rôznych materiálov permanentných magnetov. Môžeme zistiť, že spekaný NdFeB má najvyšší súčin magnetickej energie (BH)m a lomová húževnatosť je stále porovnateľná s Sm2Tm17, SmCo5 a feritovými permanentnými magnetmi, pretože všetky sú to materiály s permanentnými magnetmi na báze intermetalických zlúčenín a patria medzi krehké materiály. . Lepené materiály s permanentnými magnetmi zo vzácnych zemín, Fe-Cr-Co a magnetická oceľ majú najlepšiu lomovú húževnatosť, ale ich produkt magnetickej energie (BH)m je oveľa nižší ako u spekaných NdFeB.
Krehké materiály bežne používajú tri indikátory na popis mechanických vlastností materiálu:
1. Lomová húževnatosť zvyčajne odráža pevnosť pri rozširovaní trhlín v materiáli. Jednotkou je MPa·m1/2. Skúška lomovej húževnatosti materiálov vyžaduje stroj na skúšanie ťahom, snímač napätia, extenzometer, dynamický tenzometer na zosilnenie signálu atď. Okrem toho musí byť vzorka vyrobená do tenkého plechu.
2. Rázová húževnatosť (rázová lomová húževnatosť) odráža energiu absorbovanú materiálom počas procesu lomu pri pôsobení rázového napätia. Jednotka je J/m2. Nameraná hodnota rázovej húževnatosti je príliš citlivá na veľkosť, tvar, presnosť spracovania a testovacie prostredie vzorky a rozptyl nameranej hodnoty bude relatívne veľký.
3. Pevnosť v ohybe sa meria metódou trojbodového ohybu. Pretože sa vzorka ľahko spracováva a meranie je jednoduché, najčastejšie sa používa na popis mechanických vlastností spekaných NdFeB magnetov.
Charakteristiky vysokej pevnosti a nízkej húževnatosti spekaných materiálov s permanentnými magnetmi NdFeB sú určené ich kryštálovou štruktúrou. Okrem toho nasledujúce dva faktory ovplyvnia pevnosť v ohybe sintrovaných permanentných magnetov NdFeB a sú tiež spôsobmi, ako zlepšiť ich pevnosť.
1. Obsah Nd má určitý vplyv na pevnosť spekaného NdFeB. Experimentálne výsledky ukazujú, že za určitých podmienok platí, že čím vyšší je obsah Nd, tým vyššia je pevnosť materiálu.
2. Pridanie ďalších kovových prvkov má určitý vplyv na pevnosť spekaného NdFeB. Keď sa pridá určité množstvo Ti, Nb alebo Cu, zlepší sa rázová lomová húževnatosť permanentného magnetu; keď sa pridá malé množstvo Co, zlepší sa pevnosť permanentného magnetu v ohybe.
Komplexné mechanické vlastnosti spekaného NdFeB nie sú dostatočne vysoké, čo je jedným z dôležitých dôvodov obmedzujúcich jeho uplatnenie v širších oblastiach. Ak je možné zlepšiť húževnatosť produktu a zároveň zabezpečiť, že sa magnetické vlastnosti zlepšia alebo nezmenia, spekaný NdFeB vo vojenskom, leteckom a kozmickom priemysle a iných oblastiach bude hrať väčšiu úlohu a vstúpi do nového obdobia vývoja.