Какви са специфичните физически значения на параметри като остатъчен магнетизъм (Br), коерцитивна сила (Hc) и максимален магнитен енергиен продукт (BHmax)? Как да се прецени качеството на магнитите чрез тези параметри?

1. Остатъчен магнетизъм (Br)

Физическо значение

Остатъчен магнетизъм (Br), наричан още  реманентност , е плътността на магнитния поток (B), оставаща в магнита, след като той е бил намагнитен до насищане и след това външното магнитно поле (H) е намалено до нула. Измерва се в  Тесла (Т)  или  Гаус (G)  (1 T = 10,000 G).

• Произход Br възниква от подреждането на магнитните домени в материала по време на намагнитването. Когато външното поле бъде премахнато, някои домейни остават подравнени поради силна магнитокристална анизотропия и обменни взаимодействия, запазвайки нетен магнитен момент.
• Значение Br представлява „изходната сила“ на магнита при липса на външно поле. По-висок Br означава, че магнитът може да генерира по-силно магнитно поле без чужда помощ.

Фактори, влияещи върху Br

• Състав на материала Чистият Nd₂Fe₁₄B има високо съдържание на Br (~1.3–1,4 T), но легирането с Dy или Tb може леко да намали Br, като същевременно подобри коерцитивността.
• Кристална структура Тетрагоналната структура на NdFeB осигурява силна едноосна анизотропия, подобрявайки Br.
• Микроструктура Размерът на зърната, ориентацията и дефектите влияят на подравняването на домейните. Монокристалните или силно ориентираните поликристални магнити показват по-високо съдържание на Br.
• Температура Br намалява с повишаване на температурата поради термично възбуждане, нарушаващо подреждането на домейните.

Типични стойности

• NdFeB (клас N52) Br &асимптом; 1.45–1.50 T
• SmCo (тип 2:17) Br &асимптом; 1.00–1.15 T
• Ферит (SrFe₁₂O₁₉) Br &асимптом; 0.35–0.45 T

2. Коерцитивна сила (Hc)

Физическо значение

Коерцитивната сила (Hc) е външното магнитно поле (H), необходимо за намаляване на остатъчния магнетизъм (Br) до нула след насищане. Измерва се в  A/m  или  Ерстед (Oe)  (1 A/m ≈ 0,0125 Oe).

• Видове :
  • Нормална коерцитивност (Hcb) Полето, необходимо за размагнитване на магнита по неговата лесна ос (c-ос в NdFeB).
  • Вътрешна коерцитивност (Hci) : Полето, необходимо за обръщане на намагнитването на отделни зърна, отразяващо устойчивостта на материала на необратимо размагнетизиране. Hci винаги е ≥ Hcb.
• Значение Hc определя способността на магнита да устои на размагнетизиране от външни полета, термични колебания или механично напрежение. Високата Hc е от решаващо значение за приложения, включващи обратни полета или високи температури.

Фактори, влияещи върху Hc

• Магнитокристална анизотропия Материалите с висока анизотропия (напр. NdFeB, SmCo) имат по-висока Hc.
• Фаза на границата на зърната В синтерованите NdFeB магнити, богатата на Nd фаза на границата на зърната изолира зърната, намалявайки междугранулното обменно свързване и увеличавайки Hc.
• Допиране с тежки редкоземни елементи (HRE) Добавянето на Dy или Tb образува (Nd,Dy)₂Fe₁₄B фази с по-висока анизотропия, повишавайки Hci.
• Температура Hc намалява с температурата поради намалените енергийни бариери на анизотропията.

Типични стойности

• NdFeB (клас N52) Hcb &асимптом; 955 kA/m (12 kOe), Hci &асимптом; 2100 kA/m (26,4 kOe)
• SmCo (тип 2:17) Hcb &асимптом; 796 kA/m (10 kOe), Hci &асимптом; 1592 kA/m (20 kOe)
• Ферит Hcb &асимптом; 159–239 kA/m (2–3 kOe)

3. Максимален магнитен енергиен продукт (BHmax)

Физическо значение

The  максимален магнитен енергиен продукт (BHmax)  е пиковата стойност на произведението от плътността на магнитния поток (B) и силата на магнитното поле (H) върху  крива на размагнитване (BH крива) . Измерва се в  Дж/м³ или  MGOe  (1 MGOe &асимп; 7,96 kJ/m³).

• Физическа интерпретация BHmax представлява максималната енергия, съхранена в магнитното поле на единица обем. По-висок BHmax означава, че магнитът може да извърши повече механична работа (например в двигатели) или да поддържа по-силно поле с по-малко материал.
• Изчисление BHmax се намира чрез умножаване на B и H във всяка точка на кривата на размагнитване и определяне на максималната стойност.

Значение

• Ефективност BHmax е най-критичният параметър за оценка на производителността на магнита. Магнит с висок BHmax изисква по-малък обем, за да постигне същата сила на полето, спестявайки място и тегло.
• Икономическа ефективност Магнитите с по-висок BHmax често оправдават по-високата си цена поради намаленото използване на материали.

Фактори, влияещи върху BHmax

• Баланс на Br и Hc BHmax е максимален, когато магнитът работи близо до "коляното" на кривата на размагнитване, където и B, и H са високи. Това изисква оптимален баланс между Br и Hc.
• Чистота на материала Примесите намаляват BHmax чрез въвеждане на дефекти, които нарушават подравняването на домейните.
• Производствен процес Горещото пресоване, щанцоването или дифузията по границите на зърната могат да подобрят BHmax чрез подобряване на микроструктурната еднородност.

Типични стойности

• NdFeB (клас N52) BHmax &асимптом; 400–420 kJ/m³³ (50–52 MGOe)
• SmCo (тип 2:17) BHmax &асимптом; 240–280 kJ/m³³ (30–35 MGOe)
• Ферит BHmax &асимптом; 28–36 kJ/m²³ (3.5–4,5 MGOe)

4. Оценка на качеството на магнита с помощта на тези параметри

Ключови критерии

1. Висок Br : Показва генериране на силно магнитно поле.
2. Висок Hc (особено Hci) Осигурява устойчивост на размагнетизиране.
3. Висок BHmax Отразява общата енергийна плътност и ефективност.

Компромиси и оптимизация

• Бр срещу. НС Увеличаването на Hc (например чрез добавяне на Dy) често намалява Br поради по-ниския магнитен момент на Dy в сравнение с Nd. Производителите трябва да балансират тези характеристики за специфични приложения.
• Температурна стабилност Високотемпературните магнити (напр. за тягови двигатели на електрически превозни средства) дават приоритет на Hci пред Br, приемайки малко по-ниски BHmax.
• Ограничения на разходите Високопроизводителните NdFeB магнити (напр. клас N52SH) са скъпи поради добавките на HRE. За по-малко взискателни приложения може да са достатъчни магнити от по-нисък клас (напр. N35).

Анализ на кривата на размагнитване

The  BH крива  (или хистерезисна линия) предоставя пълна картина на работата на магнита:

• Коефициент на квадратност (Br/Bsat) Съотношение, близко до 1, показва минимално движение на доменните стени, което отразява висока коерцитивност.
• Обратимост Линейна BH крива близо до началото на координатната система предполага добра термична стабилност.
• Точка на коляното BHmax се появява близо до "коляното", където кривата се извива рязко надолу, което показва началото на необратимо размагнетизиране.

Практически примери

• Двигатели за електрически превозни средства Изискват се високи BHmax (>400 kJ/m³³) и Hci (>2000 kA/m) за ефективна работа при повишени температури.
• Магнити за високоговорители Дайте приоритет на високото съдържание на бром (>1,2 T) за силен звуков изход, с умерена Hc (~800 kA/m).
• Уплътнения за хладилник Използвайте евтини феритни магнити с достатъчно Br (~0,3 T) и Hc (~200 kA/m) за основно магнитно задържане.

5. Разширени съображения

Температурни коефициенти

• Температурен коефициент на Br (α) Обикновено от -0,12 до -0,10 %/°C за NdFeB, което означава, че Br намалява с ~1% на 10°C покачване.
• Температурен коефициент на Hc (&бета;) По-негативно от α (напр. -0,6 %/°C за NdFeB), което прави Hc силно чувствителен към температура.
• Обезщетение Високотемпературните класове (напр. N52SH) използват легиране с HRE за намаляване на &бета;.

Устойчивост на корозия

• NdFeB е склонен към окисляване поради реактивното си съдържание на Nd. Покритията (Ni, Zn, епоксидни) или легирането с Cu/Al подобряват издръжливостта, но не влияят директно върху Br, Hc или BHmax.

Механични свойства

• Крехките материали като NdFeB изискват внимателно боравене по време на сглобяването. Гъвкавите магнити (напр. свързани NdFeB) жертват част от BHmax за подобрена обработваемост.

Заключение

Параметрите  Бр ,  НС и  BHmax  са от основно значение за оценката на качеството на постоянните магнити:

• Бр  определя силата на полето.
• НС  осигурява устойчивост на размагнетизиране.
• BHmax  отразява общата енергийна плътност и ефективност.

Висококачествените магнити оптимизират тези параметри за специфични приложения, балансирайки компромиси между производителност, температурна стабилност и цена. Усъвършенстваните техники като дифузия по границите на зърната и адитивно производство продължават да разширяват границите на производителността на магнитите, което дава възможност за иновации във възобновяемата енергия, транспорта и медицинските технологии. Разбирането на тези параметри е от съществено значение за избора на правилния магнит за всяко дадено приложение.