Odnos između smjera magnetskog polja i smjera naboja magneta u procesu orijentacije magnetskog polja i stopa gubitka performansi neorijentiranih AlNiCo magneta

Ovaj rad istražuje temeljni odnos između smjera magnetskog polja i smjera naboja magneta u procesu orijentacije magnetskog polja, uzimajući sinterirane NdFeB i AlNiCo magnete kao primjere. Analizira kako različiti procesi orijentacije i smjerovi naboja utječu na magnetska svojstva magneta. Nadalje, istražuje stopu gubitka performansi neorijentiranih AlNiCo magneta, uzimajući u obzir čimbenike kao što su sastav materijala, proizvodni proces i vanjski uvjeti okoline. Cilj istraživanja je pružiti sveobuhvatno razumijevanje procesa orijentacije magnetskog polja i karakteristika performansi AlNiCo magneta, nudeći vrijedne reference za srodna područja kao što su proizvodnja magneta, dizajn motora i proizvodnja senzora.

Ključne riječi

Proces orijentacije magnetskog polja; Smjer naboja magneta; Sinterirani NdFeB magneti; AlNiCo magneti; Stopa gubitka performansi

1. Uvod

Magnetski materijali igraju ključnu ulogu u modernoj industriji i tehnologiji, a široko se koriste u motorima, senzorima, zvučnicima i drugim područjima. Među njima, permanentni magneti su važna kategorija, a njihova magnetska svojstva izravno utječu na performanse povezane opreme. Proces orijentacije magnetskog polja ključni je korak u proizvodnji permanentnih magneta, koji određuje orijentaciju osi lake magnetizacije čestica magnetskog praha i stoga ima značajan utjecaj na magnetska svojstva konačnih magnetskih proizvoda. AlNiCo magneti, kao jedan od ranijih razvijenih materijala za permanentne magnete, imaju jedinstvene karakteristike u smislu stabilnosti na visokim temperaturama i otpornosti na koroziju. Razumijevanje odnosa između smjera magnetskog polja u procesu orijentacije i smjera punjenja magneta, kao i stope gubitka performansi neorijentiranih AlNiCo magneta, od velikog je značaja za optimizaciju procesa proizvodnje magneta i poboljšanje performansi opreme.

2. Proces orijentacije magnetskog polja i njegova važnost

2.1 Definicija i princip procesa orijentacije magnetskog polja

Proces orijentacije magnetskog polja je metoda koja koristi interakciju između magnetskog praha i vanjskog magnetskog polja za raspoređivanje lakih smjerova magnetizacije čestica praha tako da budu u skladu s konačnim smjerom naboja magneta. U proizvodnji permanentnih magneta, posebno anizotropnih magneta, ovaj proces je ključan. Na primjer, u proizvodnji sinteriranih NdFeB magneta, kristalna zrna Nd₂Fe₁₄B su jednoosno anizotropna, a svako zrno ima samo jednu laku os magnetizacije - c-os glavne fazne kristalne ćelije. Procesom orijentacije magnetskog polja, ove c-osi mogu se rasporediti u istom smjeru, čime se poboljšavaju magnetska svojstva magneta.

2.2 Važnost procesa orijentacije magnetskog polja za performanse magneta

Proces orijentacije magnetskog polja ima izravan utjecaj na ključna magnetska svojstva magneta, kao što su remanencija (Br) i maksimalni produkt magnetske energije ((BH)max). Kada su smjerovi lake magnetizacije čestica magnetskog praha dobro poravnati, magnet može postići veću remanenciju i maksimalni produkt magnetske energije. Uzimajući sinterirane NdFeB magnete kao primjer, visok stupanj orijentacije (≥95%) može osigurati da je pravokutnost magneta ≥0,9. Magnet s visokom pravokutnošću može učinkovito smanjiti stvaranje zalutalih magnetskih polja u praktičnim primjenama, čime se poboljšava učinkovitost korištenja i stabilnost magneta.

3. Odnos između smjera magnetskog polja i smjera naboja magneta

3.1 Studija slučaja sinteriranih NdFeB magneta

3.1.1 Proces orijentacije i određivanje smjera punjenja

U proizvodnji sinteriranih NdFeB magneta, proces orijentacije magnetskog polja obično se provodi tijekom faze oblikovanja. Primjenjuje se jako magnetsko polje (1,5 - 2,5 T) kako bi se osi lake magnetizacije kristalnih zrna Nd₂Fe₁₄B poravnale duž ciljanog smjera. Ovaj ciljani smjer je budući smjer naboja magneta. Na primjer, u proizvodnji kvadratnih sinteriranih NdFeB magneta, smjer magnetskog polja tijekom orijentacije postavljen je tako da bude u skladu s očekivanim smjerom naboja, koji je obično duž smjera debljine ili duljine magneta.

3.1.2 Utjecaj smjera naboja na magnetska svojstva

Smjer punjenja ima ključan utjecaj na magnetska svojstva sinteriranih NdFeB magneta. Kada je smjer punjenja u skladu sa smjerom lake magnetizacije dobivenim tijekom procesa orijentacije, magnet može postići veću remanenciju i koercitivnost. Na primjer, u pogonskom motoru vozila nove energije (新能源汽车), sinterirani NdFeB magneti koriste se kao ključne komponente. Ako je smjer punjenja netočan, motor možda neće raditi učinkovito ili čak neće ispravno raditi. Točan smjer punjenja osigurava da magnet može osigurati stabilno i jako magnetsko polje, čime se poboljšava izlazni moment i radna učinkovitost motora.

3.1.3 Različiti smjerovi punjenja za različite oblike magneta

• Prstenasti magneti : Sinterirani NdFeB magneti u obliku prstena mogu se puniti aksijalno ili radijalno. Aksijalno punjenje rezultira planarnim magnetskim polovima, koji su prikladni za koaksijalno spajanje magnetskog polja u nekim koaksijalnim rotirajućim uređajima. Ovom metodom punjenja mogu se postići stabilno spajanje magnetskog polja i osigurati sinkroni rad uređaja. Radijalno punjenje stvara unutarnje i vanjske prstenaste magnetske polove, koji su prikladni za dizajn radijalnog zatvaranja magnetskog kruga i mogu učinkovito poboljšati stopu iskorištenja magnetskog toka magnetskog kruga.
• Lučno oblikovani magneti : Sinterirani NdFeB magneti u obliku luka (瓦形) obično imaju četiri smjera naboja. U primjenama motora, smjer naboja mora biti precizno usklađen s lukom statora/rotora motora kako bi se osigurala ujednačenost magnetskog polja zračnog raspora. To može poboljšati učinkovitost motora, smanjiti gubitak energije i produžiti vijek trajanja motora.

3.2 Studija slučaja AlNiCo magneta

3.2.1 Proizvodni proces i orijentacija AlNiCo magneta

AlNiCo magneti se uglavnom proizvode postupcima lijevanja i sinteriranja. Postupak lijevanja može proizvesti magnete složenog oblika s dobrom otpornošću na visoke temperature, dok postupak sinteriranja ima veću dimenzijsku točnost, ali nešto niža magnetska svojstva. Tijekom proizvodnje AlNiCo magneta, iako proces orijentacije nije toliko kritičan kao kod sinteriranih NdFeB magneta, pravilna primjena magnetskog polja tijekom oblikovanja i dalje može do određene mjere poboljšati magnetska svojstva. Na primjer, u procesu lijevanja, slabo magnetsko polje može se primijeniti za poravnavanje magnetskih domena legure tijekom skrućivanja, čime se poboljšava remanencija magneta.

3.2.2 Odnos između smjera naboja i magnetskih svojstava AlNiCo magneta

AlNiCo magneti imaju relativno stabilna magnetska svojstva, a smjer njihovog punjenja također utječe na njihove performanse u specifičnim primjenama. U nekim primjenama senzora, smjer punjenja AlNiCo magneta mora se precizno kontrolirati kako bi se osigurala točnost senzora. Na primjer, u senzoru položaja, magnetsko polje koje generira AlNiCo magnet međusobno djeluje s osjetilnim elementom. Ako smjer punjenja nije točan, to će dovesti do netočnog otkrivanja položaja.

4. Stopa gubitka performansi neorijentiranih AlNiCo magneta

4.1 Čimbenici koji utječu na stopu gubitka performansi

4.1.1 Sastav materijala

Sastav AlNiCo magneta ima značajan utjecaj na stopu gubitka njihovih performansi. AlNiCo magneti se sastoje od aluminija (Al), nikla (Ni), kobalta (Co), željeza (Fe) i drugih elemenata u tragovima metala. Različiti omjeri ovih elemenata utjecat će na magnetska svojstva i stabilnost magneta. Na primjer, povećanje sadržaja kobalta može poboljšati koercitivnost magneta, ali može i povećati cijenu. Istovremeno, nepravilan sastav može dovesti do veće stope gubitka performansi magneta pod određenim uvjetima okoline.

4.1.2 Proizvodni proces

• Proces lijevanja : Proces lijevanja AlNiCo magneta uključuje taljenje legure, a zatim izlijevanje u kalup za skrućivanje. Tijekom ovog procesa, čimbenici poput brzine hlađenja i strukture skrućivanja utjecat će na magnetska svojstva magneta. Ako je brzina hlađenja prebrza, to može dovesti do stvaranja unutarnjih naprezanja u magnetu, što će s vremenom povećati stopu gubitka performansi.
• Proces sinteriranja : U procesu sinteriranja, prah se preša, a zatim sinterira na visokim temperaturama. Temperatura, vrijeme i tlak sinteriranja utječu na gustoću i magnetska svojstva magneta. Nepravilni parametri sinteriranja mogu rezultirati magnetom niske gustoće sa slabim magnetskim svojstvima i visokom stopom gubitka performansi.

4.1.3 Vanjski uvjeti okoline

• Temperatura : AlNiCo magneti imaju dobru stabilnost na visokim temperaturama, ali ekstremne temperature i dalje mogu utjecati na njihova magnetska svojstva. Na visokim temperaturama, toplinsko pomicanje magnetskih domena će se povećati, što dovodi do smanjenja remanencije i koercitivnosti. Na primjer, kada se AlNiCo magnet koristi u okruženju s visokom temperaturom iznad 500°C dulje vrijeme, stopa gubitka performansi bit će znatno veća nego na sobnoj temperaturi.
• Vanjsko magnetsko polje : Izloženost jakom obrnutom magnetskom polju može uzrokovati demagnetizaciju AlNiCo magneta, što rezultira gubitkom performansi. U nekim primjenama gdje postoje jaka izmjenična magnetska polja, stopa gubitka performansi AlNiCo magneta može biti relativno visoka.

4.2 Metode mjerenja stope gubitka performansi

4.2.1 Ispitivanje magnetskih svojstava

Stopa gubitka performansi AlNiCo magneta može se mjeriti testiranjem njihovih magnetskih svojstava prije i nakon određenog razdoblja upotrebe ili pod određenim uvjetima okoline. Uobičajene metode ispitivanja magnetskih svojstava uključuju korištenje vibrirajućeg magnetometra s uzorkom (VSM) za mjerenje remanencije, koercitivnosti i maksimalnog magnetskog energetskog produkta magneta. Usporedbom promjena ovih parametara može se izračunati stopa gubitka performansi.

4.2.2 Ispitivanje dugoročne stabilnosti

Ispitivanje dugoročne stabilnosti uključuje postavljanje AlNiCo magneta u određeno okruženje (kao što je peć na visokim temperaturama ili generator magnetskog polja) na dulje vrijeme i redovito testiranje njegovih magnetskih svojstava. Ova metoda može točnije odraziti stopu gubitka performansi magneta u stvarnim uvjetima upotrebe. Na primjer, u studiji o stabilnosti AlNiCo magneta na visokim temperaturama, magneti su stavljeni u peć na 300°C na 1000 sati, a njihova magnetska svojstva testirana su svakih 100 sati kako bi se izračunala stopa gubitka performansi.

4.3 Napredak istraživanja o smanjenju stope gubitka performansi neorijentiranih AlNiCo magneta

4.4.1 Optimizacija materijala

Istraživači neprestano istražuju nove sastave materijala kako bi poboljšali performanse i stabilnost AlNiCo magneta. Na primjer, dodavanjem rijetkozemnih elemenata ili drugih elemenata u tragovima AlNiCo leguri, koercitivnost i temperaturna stabilnost magneta mogu se poboljšati, čime se smanjuje stopa gubitka performansi.

4.4.2 Poboljšanje procesa

Poboljšanje proizvodnog procesa također je važan način za smanjenje stope gubitka performansi. U procesu lijevanja, optimizacija sustava hlađenja može smanjiti unutarnja naprezanja magneta. U procesu sinteriranja, precizna kontrola parametara sinteriranja može poboljšati gustoću i magnetska svojstva magneta.

4.4.3 Površinska obrada

Metode površinske obrade poput premazivanja mogu zaštititi AlNiCo magnet od vanjskog okruženja, smanjujući utjecaj čimbenika poput korozije i oksidacije na njegova magnetska svojstva. Na primjer, nanošenje sloja nikla na površinu AlNiCo magneta može poboljšati njegovu otpornost na koroziju i smanjiti stopu gubitka performansi u vlažnim okruženjima.

5. Zaključak

Proces orijentacije magnetskog polja ključan je za određivanje magnetskih svojstava permanentnih magneta, a odnos između smjera magnetskog polja i smjera naboja magneta izravno utječe na performanse magneta u praktičnim primjenama. Za sinterirane NdFeB magnete, točna kontrola smjera naboja bitna je za postizanje visokoučinkovitih motora i druge opreme. Iako AlNiCo magneti imaju relativno stabilna magnetska svojstva, neorijentirani AlNiCo magneti i dalje imaju određenu stopu gubitka performansi pod utjecajem čimbenika kao što su sastav materijala, proizvodni proces i vanjski uvjeti okoline. Optimizacijom sastava materijala, poboljšanjem proizvodnog procesa i primjenom metoda površinske obrade, stopa gubitka performansi neorijentiranih AlNiCo magneta može se učinkovito smanjiti, čime se proširuje njihov raspon primjene u visokotemperaturnim i drugim posebnim okruženjima. Buduća istraživanja mogu dalje istražiti nove materijale i procese kako bi se poboljšale ukupne performanse magnetskih materijala i zadovoljili rastući zahtjevi moderne industrije i tehnologije.