Връзката между посоката на магнитното поле и посоката на зареждане на магнита в процеса на ориентация на магнитното поле и степента на загуба на производителност на неориентирани AlNiCo магнити

Тази статия разглежда основната връзка между посоката на магнитното поле и посоката на зареждане на магнита в процеса на ориентация на магнитното поле, като за пример са взети синтеровани NdFeB и AlNiCo магнити. Анализира се как различните процеси на ориентация и посоки на зареждане влияят върху магнитните свойства на магнитите. Освен това се изследва степента на загуба на производителност на неориентирани AlNiCo магнити, като се вземат предвид фактори като състав на материала, производствен процес и външни условия на околната среда. Изследването има за цел да предостави цялостно разбиране на процеса на ориентация на магнитното поле и характеристиките на производителността на AlNiCo магнитите, предлагайки ценни справки за свързани области като производство на магнити, проектиране на двигатели и производство на сензори.

Ключови думи

Процес на ориентация на магнитното поле; Посока на зареждане на магнита; Синтеровани NdFeB магнити; AlNiCo магнити; Процент на загуба на производителност

1. Въведение

Магнитните материали играят ключова роля в съвременната индустрия и технологии, като се използват широко в двигатели, сензори, високоговорители и други области. Сред тях постоянните магнити са важна категория и техните магнитни свойства пряко влияят върху производителността на свързаното с тях оборудване. Процесът на ориентация на магнитното поле е ключова стъпка в производството на постоянни магнити, която определя ориентацията на оста на лесно намагнитване на магнитните прахови частици и по този начин оказва значително влияние върху магнитните свойства на крайните магнитни продукти. AlNiCo магнитите, като едни от ранно разработените материали за постоянни магнити, имат уникални характеристики по отношение на стабилност при високи температури и устойчивост на корозия. Разбирането на връзката между посоката на магнитното поле в процеса на ориентация и посоката на зареждане на магнита, както и степента на загуба на производителност на неориентираните AlNiCo магнити, е от голямо значение за оптимизиране на производствените процеси на магнити и подобряване на производителността на оборудването.

2. Процес на ориентация на магнитното поле и неговото значение

2.1 Определение и принцип на процеса на ориентация на магнитното поле

Процесът на ориентация на магнитното поле е метод, който използва взаимодействието между магнитен прах и външно магнитно поле, за да подреди посоките на лесно намагнитване на праховите частици, така че те да съответстват на крайната посока на зареждане на магнита. При производството на постоянни магнити, особено анизотропни магнити, този процес е от съществено значение. Например, при производството на синтеровани NdFeB магнити, кристалните зърна Nd₂Fe₁₄B са едноосно анизотропни и всяко зърно има само една ос на лесно намагнитване - c-ос на основната фазова кристална клетка. Чрез процеса на ориентация на магнитното поле тези c-оси могат да бъдат подредени в една и съща посока, като по този начин се подобряват магнитните свойства на магнита.

2.2 Значение на процеса на ориентация на магнитното поле за производителността на магнита

Процесът на ориентация на магнитното поле има пряко въздействие върху ключовите магнитни свойства на магнитите, като например остатъчна магнитна ...

3. Връзка между посоката на магнитното поле и посоката на зареждане на магнита

3.1 Казус на синтеровани NdFeB магнити

3.1.1 Процес на ориентация и определяне на посоката на зареждане

При производството на синтеровани NdFeB магнити, процесът на ориентация на магнитното поле обикновено се извършва по време на етапа на формоване. Прилага се силно магнитно поле (1,5 - 2,5 T), за да се подравнят осите на лесно намагнитване на кристалните зърна Nd₂Fe₁₄B по целевата посока. Тази целева посока е бъдещата посока на зареждане на магнита. Например, при производството на квадратни синтеровани NdFeB магнити, посоката на магнитното поле по време на ориентацията се задава така, че да съответства на очакваната посока на зареждане, която обикновено е по дебелината или дължината на магнита.

3.1.2 Влияние на посоката на зареждане върху магнитните свойства

Посоката на зареждане има решаващо влияние върху магнитните свойства на синтерованите NdFeB магнити. Когато посоката на зареждане е в съответствие с посоката на лесно намагнитване, получена по време на процеса на ориентация, магнитът може да постигне по-висока реманентност и коерцитивност. Например, в задвижващ двигател на превозно средство с нова енергия (新能源汽车), синтерованите NdFeB магнити се използват като ключови компоненти. Ако посоката на зареждане е неточна, двигателят може да не работи ефективно или дори да се повреди. Точната посока на зареждане гарантира, че магнитът може да осигури стабилно и силно магнитно поле, като по този начин подобрява въртящия момент и работната ефективност на двигателя.

3.1.3 Различни посоки на зареждане за различни форми на магнити

• Пръстеновидни магнити : Пръстеновидните синтеровани NdFeB магнити могат да се зареждат аксиално или радиално. Аксиалното зареждане води до планарни магнитни полюси, които са подходящи за коаксиално свързване на магнитното поле в някои коаксиални въртящи се устройства. Този метод на зареждане може да постигне стабилно свързване на магнитното поле и да осигури синхронна работа на оборудването. Радиалното зареждане създава вътрешни и външни пръстеновидни магнитни полюси, които са подходящи за проектиране на радиално затваряне на магнитната верига и могат ефективно да подобрят коефициента на използване на магнитния поток на магнитната верига.
• Дъгообразни магнити : Дъгообразните (瓦形) синтеровани NdFeB магнити обикновено имат четири посоки на зареждане. В двигателните приложения посоката на зареждане трябва да бъде прецизно съобразена с дъгата на статора/ротора на двигателя, за да се осигури равномерност на магнитното поле във въздушната междина. Това може да подобри ефективността на двигателя, да намали загубите на енергия и да удължи експлоатационния живот на двигателя.

3.2 Казус на AlNiCo магнити

3.2.1 Производствен процес и ориентация на AlNiCo магнити

AlNiCo магнитите се произвеждат главно чрез процеси на леене и синтероване. Процесът на леене може да доведе до магнити със сложна форма с добра устойчивост на високи температури, докато процесът на синтероване има по-висока размерна точност, но малко по-ниски магнитни свойства. По време на производството на AlNiCo магнити, въпреки че процесът на ориентация не е толкова критичен, колкото при синтерованите NdFeB магнити, правилното прилагане на магнитно поле по време на формоването все пак може да подобри магнитните свойства до известна степен. Например, в процеса на леене може да се приложи слабо магнитно поле, за да се подравнят магнитните домени на сплавта по време на втвърдяване, като по този начин се подобри остатъчната магнитна емкост на магнита.

3.2.2 Връзка между посоката на зареждане и магнитните свойства на AlNiCo магнитите

AlNiCo магнитите имат относително стабилни магнитни свойства и посоката на зареждане влияе и върху работата им в специфични приложения. В някои сензорни приложения посоката на зареждане на AlNiCo магнитите трябва да бъде прецизно контролирана, за да се гарантира точността на сензора. Например, в сензор за положение, магнитното поле, генерирано от AlNiCo магнита, взаимодейства със сензорния елемент. Ако посоката на зареждане не е точна, това ще доведе до неточно определяне на позицията.

4. Процент на загуба на производителност на неориентирани AlNiCo магнити

4.1 Фактори, влияещи върху процента на загуба на производителност

4.1.1 Състав на материала

Съставът на AlNiCo магнитите има значително влияние върху степента им на загуба на производителност. AlNiCo магнитите са съставени от алуминий (Al), никел (Ni), кобалт (Co), желязо (Fe) и други микрометални елементи. Различните пропорции на тези елементи ще повлияят на магнитните свойства и стабилността на магнитите. Например, увеличаването на съдържанието на кобалт може да подобри коерцитивността на магнита, но може също да увеличи цената. В същото време, неправилният състав може да доведе до по-висока степен на загуба на производителност на магнита при определени условия на околната среда.

4.1.2 Производствен процес

• Процес на леене : Процесът на леене на AlNiCo магнити включва топене на сплавта и след това изливането ѝ във форма за втвърдяване. По време на този процес фактори като скоростта на охлаждане и структурата на втвърдяване ще повлияят на магнитните свойства на магнита. Ако скоростта на охлаждане е твърде бърза, това може да доведе до образуване на вътрешни напрежения в магнита, което ще увеличи скоростта на загуба на производителност с течение на времето.
• Процес на синтероване : В процеса на синтероване прахът се пресова и след това се синтерова при високи температури. Температурата, времето и налягането на синтероване оказват влияние върху плътността и магнитните свойства на магнита. Неправилните параметри на синтероване могат да доведат до магнит с ниска плътност, лоши магнитни свойства и висока степен на загуба на производителност.

4.1.3 Външни условия на околната среда

• Температура : AlNiCo магнитите имат добра стабилност при високи температури, но екстремните температури все пак могат да повлияят на магнитните им свойства. При високи температури термичното възбуждане на магнитните домени ще се увеличи, което ще доведе до намаляване на остатъчната електрическа енергия и коерцитивността. Например, когато AlNiCo магнит се използва в среда с висока температура над 500°C за дълго време, загубата на производителност ще бъде значително по-висока, отколкото при стайна температура.
• Външно магнитно поле : Излагането на силно обратно магнитно поле може да причини размагнитване на AlNiCo магнитите, което води до загуба на производителност. В някои приложения, където има силни променливи магнитни полета, процентът на загуба на производителност на AlNiCo магнитите може да бъде относително висок.

4.2 Методи за измерване на процента на загуба на производителност

4.2.1 Изпитване на магнитни свойства

Степента на загуба на производителност на AlNiCo магнитите може да се измери чрез тестване на техните магнитни свойства преди и след определен период на употреба или при специфични условия на околната среда. Често срещаните методи за тестване на магнитните свойства включват използването на вибриращ пробен магнитометър (VSM) за измерване на остатъчна магнитна напрегнатост, коерцитивност и максимален магнитен енергиен продукт на магнита. Чрез сравняване на промените в тези параметри може да се изчисли степента на загуба на производителност.

4.2.2 Тестване за дългосрочна стабилност

Тестването за дългосрочна стабилност включва поставяне на AlNiCo магнита в специфична среда (като например високотемпературна пещ или генератор на магнитно поле) за дълго време и редовно тестване на неговите магнитни свойства. Този метод може по-точно да отрази степента на загуба на производителност на магнита при реални условия на употреба. Например, в проучване върху високотемпературната стабилност на AlNiCo магнити, магнитите са поставени в пещ с температура 300°C за 1000 часа и техните магнитни свойства са тествани на всеки 100 часа, за да се изчисли степента на загуба на производителност.

4.3 Напредък в изследванията за намаляване на процента на загуба на производителност на неориентирани AlNiCo магнити

4.4.1 Оптимизация на материалите

Изследователите непрекъснато изследват нови материални състави, за да подобрят производителността и стабилността на AlNiCo магнитите. Например, чрез добавяне на редкоземни елементи или други микроелементи към сплавта AlNiCo, коерцитивността и температурната стабилност на магнита могат да бъдат подобрени, като по този начин се намали процентът на загуба на производителност.

4.4.2 Подобряване на процеса

Подобряването на производствения процес също е важен начин за намаляване на загубата на производителност. В процеса на леене, оптимизирането на охладителната система може да намали вътрешните напрежения в магнита. В процеса на синтероване, прецизният контрол на параметрите на синтероване може да подобри плътността и магнитните свойства на магнита.

4.4.3 Повърхностна обработка

Методите за повърхностна обработка, като например покритие, могат да предпазят AlNiCo магнита от външната среда, намалявайки въздействието на фактори като корозия и окисляване върху неговите магнитни свойства. Например, нанасянето на никелиран слой върху повърхността на AlNiCo магнита може да подобри неговата устойчивост на корозия и да намали загубата на производителност във влажна среда.

5. Заключение

Процесът на ориентация на магнитното поле е от решаващо значение за определяне на магнитните свойства на постоянните магнити, а връзката между посоката на магнитното поле и посоката на зареждане на магнита пряко влияе върху производителността на магнитите в практически приложения. За синтерованите NdFeB магнити, точният контрол на посоката на зареждане е от съществено значение за постигане на високопроизводителни двигатели и друго оборудване. Въпреки че AlNiCo магнитите имат относително стабилни магнитни свойства, неориентираните AlNiCo магнити все още имат определен процент на загуба на производителност под влияние на фактори като състав на материала, производствен процес и външни условия на околната среда. Чрез оптимизиране на състава на материала, подобряване на производствения процес и приемане на методи за обработка на повърхността, процентът на загуба на производителност на неориентираните AlNiCo магнити може да бъде ефективно намален, като по този начин се разшири обхватът им на приложение във високотемпературни и други специални среди. Бъдещите изследвания могат да проучат допълнително нови материали и процеси за подобряване на цялостната производителност на магнитните материали и задоволяване на нарастващите изисквания на съвременната индустрия и технологии.