loading

Senz Magnet - Глобален производител на материали за постоянни магнити & Доставчик над 20 години.

Колко значително е влиянието на температурата върху магнитните свойства на неодимовия желязо-бор? Как може да се избегне необратимото размагнитване при високи температури?

1. Влияние на температурата върху магнитните свойства

Неодимовите железно-борови (NdFeB) магнити са известни с изключителната си магнитна сила, но са силно чувствителни към температурни промени. Тази чувствителност произтича от тяхната присъща физическа структура и динамика на магнитния домейн:

  • Разрушаване на магнитния домен На атомно ниво магнетизмът се генерира от подравненото въртене на електрони около ядрата, създавайки микроскопични магнитни домени. С повишаване на температурата, термичното възбуждане се увеличава, което води до неправилно подравняване на тези домейни. Това нарушава локалното магнитно поле, което води до постепенно намаляване на общия магнетизъм.
  • Спад на коерцитивността Коерцитивността, съпротивлението на магнита срещу размагнетизиране, намалява рязко над 100°C. Например, стандартните NdFeB магнити (N-клас) губят коерцитивност бързо след този праг, което увеличава риска от необратимо размагнитване.
  • Намаляване на остатъчния магнетизъм Остатъчната намагнитване (Br), която представлява запазената сила на магнита след отстраняване на външното поле, спада с приблизително 0,11% на °C. Този линеен спад е обратим, ако температурите останат под критичните прагове, но продължителното излагане на висока температура може да причини трайни увреждания.
  • Температурна граница на Кюри Температурата на Кюри (Tc) отбелязва точката, в която магнитът губи целия си магнетизъм поради пълно термично разрушаване на магнитните домени. За NdFeB, Tc варира от 310°C до 400°C, в зависимост от състава. Практическите оперативни ограничения обаче са далеч по-ниски, тъй като значително влошаване на производителността настъпва много преди Tc.

Поддръжка на данни :

  • A 1°Повишаването на C намалява плътността на магнитната енергия (BHmax) с 0,1%, като коерцитивността спада по-драстично над 100°C.
  • Стандартните магнити от клас N имат максимална работна температура от 80°C, докато високопроизводителните класове като AH могат да издържат до 230°C в контролирана среда.

2. Необратимо размагнетизиране: причини и механизми

Необратимото размагнетизиране възниква, когато топлинната енергия трайно разруши магнитната структура, което прави магнита неспособен да възстанови първоначалните си свойства дори след охлаждане. Ключовите механизми включват:

  • Загуба на закрепване на стената на домейна Високите температури намаляват енергийните бариери, които „закрепват“ доменните стени на място, позволявайки им да се движат свободно и да се пренареждат произволно.
  • Фазови преходи Прекомерната топлина може да предизвика структурни промени в кристалната решетка на Nd₂Fe₁₄B, променяйки магнитната анизотропия (предпочитанието за намагнитване по определена ос).
  • Термично бягство В електродвигателите, топлината, генерирана по време на работа, може да създаде обратна връзка, при която повишаващите се температури намаляват коерцитивността, което води до по-нататъшно размагнетизиране и допълнително генериране на топлина.

Казус :
В двигателите с постоянни магнити (PMM), използвани в електрически превозни средства (EV), температури надвишаващи 150°C може да доведе до загуба на NdFeB магнити 5–10% от тяхната плътност на потока необратимо. Това намалява въртящия момент с до 20%, което компрометира производителността на автомобила.

3. Стратегии за избягване на размагнитване при висока температура

A. Избор на материал и оптимизация на класа

NdFeB магнитите се категоризират в степени (N, M, H, SH, UH, EH, AH) въз основа на техните максимални работни температури.:

Оценка Максимална работна температура Приложения
N 80°C Потребителска електроника, високоговорители
M 100°C Индустриални двигатели, сензори
H 120°C Автомобилни задвижващи механизми
SH 150°C Тягови двигатели за електрически превозни средства
UH 180°C Аерокосмически, високоскоростни шпиндели
EH 200°C Проучване на нефт и газ
AH 230°C Ядрени реактори, отбранителни системи

Иновации :

  • Допинг с диспрозий (Dy) Добавянето на Dy към NdFeB увеличава коерцитивността чрез 10–15% на тегловен процент, което позволява работа при 200°C+. Dy обаче е оскъден и скъп, което стимулира изследванията в областта на градиентно легираните магнити, където Dy е концентриран близо до повърхността.
  • Дифузия на границата на зърното (GBD) Тази техника дифундира тежки редкоземни елементи (HRE) като Dy/Tb по границите на зърната, повишавайки коерцитивността, без да се жертва остатъчната електрическа енергия. GBD-обработените магнити постигат 20–30% по-висока коерцитивност от конвенционалните.
B. Системи за управление на топлината

Ефективното охлаждане е от решаващо значение за поддържане на температурите на магнитите под критичните прагове:

  • Течно охлаждане Циркулиращата охлаждаща течност (напр. смеси вода-гликол) през корпусите на двигателя или магнитните възли може да разсейва топлината ефективно. Например, Тесла’Двигателят Model 3 използва статор с течно охлаждане, за да поддържа температурите на магнитите под 120°C.
  • Принудително въздушно охлаждане Високоскоростният въздушен поток от вентилатори или компресори е подходящ за приложения с по-ниска мощност. Някои промишлени двигатели комбинират въздушно охлаждане с радиатори, за да увеличат повърхността за разсейване на топлината.
  • Фазопроменящи се материали (PCM) PCM, като парафиновия восък, абсорбират латентна топлина по време на фазови преходи (от твърдо към течно състояние), осигурявайки термично буфериране. Включването на PCM в капсулирането на магнитите може да забави повишаването на температурата чрез 5–10°C.
C. Проектиране на магнитни вериги

Оптимизирането на магнитната верига намалява термичното напрежение върху магнитите:

  • Увеличена въздушна междина По-голямата въздушна междина между ротора и статора намалява плътността на магнитния поток в магнита, което намалява риска от размагнитване. Това обаче може да изисква по-силни магнити, за да компенсира намалената ефективност.
  • Сегментирани магнити Разделянето на големи магнити на по-малки сегменти намалява локализираното нагряване. Например, сегментираните роторни магнити във вятърните турбини минимизират термичните градиенти и концентрациите на напрежение.
  • Материали с висока наситеност Използването на меки магнитни материали с висока плътност на магнитния поток на насищане (напр. кобалтово-железни сплави) в статора намалява размагнитващото поле, действащо върху магнитите на ротора.
D. Защитни покрития и капсулиране

Покритията предпазват магнитите от фактори на околната среда, които изострят термичното разграждане:

  • Никел-мед-никел (Ni-Cu-Ni) Това тройно покритие осигурява устойчивост на корозия и термична стабилност, издържайки на температури до 200°C.
  • Епоксидни смоли Високотемпературните епоксидни смоли (напр. на основата на полиимид) капсулират магнитите, действайки като топлоизолатори и механични защитници. Някои епоксидни смоли съдържат топлопроводими пълнители (например алуминиев оксид), за да подобрят разсейването на топлината.
  • Керамични покрития Усъвършенстваните керамични покрития, като например стабилизиран с итрий цирконий (YSZ), предлагат превъзходна термична стабилност (до 1600°C) и електрическа изолация, което ги прави идеални за аерокосмически приложения.
E. Разширени топологии на двигатели

Новите конструкции на двигатели минимизират генерирането на топлина и напрежението на магнитите:

  • Аксиални двигатели с магнитен поток Тези двигатели разпределят магнитния поток по аксиална посока, намалявайки радиалните термични градиенти. Компании като YASA (сега част от Mercedes-Benz) използват аксиални топологии на потока в електрическите превозни средства, за да постигнат 97% пикова ефективност.
  • Превключващи реактивни двигатели (SRM) SRM елиминират изцяло постоянните магнити, като вместо това разчитат на индуциран магнетизъм в меки магнитни материали. Макар и по-малко ефективни от PMM, SRM са имунизирани срещу размагнетизиране и работят надеждно при температури над... 250°C.
  • Хибридни магнитни системи Комбинирането на NdFeB с феритни магнити в конфигурация на Halbach масив използва високата реманентност на NdFeB и термичната стабилност на ферита. Този хибриден подход намалява разходите и риска от размагнитване в масовите електрически превозни средства.

4. Бъдещи насоки

Изследванията са фокусирани върху разработването на магнити от следващо поколение, които съчетават стабилност при висока температура с рентабилност.:

  • Магнити от железен нитрид (Fe₁₆N₂) Тези магнити показват температура на Кюри от 500°C+ и теоретични енергийни продукти, надвишаващи 100 MGOe. Въпреки това, предизвикателствата при синтезирането на стабилни Fe₁₆N₂ фази забавиха комерсиализацията.
  • Манган-алуминий-въглеродни (Mn-Al-C) магнити Mn-Al-C магнитите предлагат температура на Кюри от 650°C и коерцитивност, сравнима с тази на NdFeB при повишени температури. Мащабирането на производството остава пречка поради сложните производствени процеси.
  • Рециклирани NdFeB магнити Рециклирането на магнити с изтекъл срок на експлоатация намалява зависимостта от добива на редкоземни елементи. Усъвършенстваните хидрометалургични процеси могат да възстановят >95% от Nd, Dy и други критични елементи, което позволява производството на високопроизводителни магнити при 30–50% по-ниска цена.

5. Заключение

Температурата оказва силно влияние върху NdFeB магнитите, като дори малките увеличения причиняват обратими и необратими загуби на производителност. Чрез избора на подходящи класове магнити, прилагането на стабилно управление на температурата, оптимизирането на магнитните вериги и проучването на съвременни материали, инженерите могат да намалят рисковете от размагнитване и да удължат експлоатационния живот на високопроизводителните магнити. Тъй като индустрии като електрическите превозни средства и възобновяемата енергия продължават да се разрастват, тези стратегии ще бъдат от решаващо значение за осигуряване на надеждността и ефективността на магнитно-зависимите системи във все по-взискателни топлинни среди.

PREV
Защо неодимовият магнит се нарича „най-силният постоянен магнит“? Каква е теоретичната горна граница на капацитета му за съхранение на магнитна енергия?
Склонен ли е NdFeb магнитът към корозия във влажна или киселинна среда? Доколко може да се подобри устойчивостта на корозия чрез обичайни процеси на повърхностна обработка (като никелиране, епоксидно покритие)?
следващия
препоръчително за теб
няма данни
Свържи се с нас
За контакт: Ирис Янг & Джианронг Шан
Тел: +86-18368402448
Имейл: iris@senzmagnet.com
Адрес: Стая 610, 6-ти етаж, Сграда за външна търговия, No. 336 Shengzhou Avenue, Shanhu Street, Shengzhou City, Shaoxing City, Zhejiang Province, 312400
Customer service
detect