Каква е тврдоста и кршливоста на феритните магнети? На што треба да се обрне внимание за време на обработката?

Феритните магнети се широко користен вид на перманентен магнет со уникатни физички својства. Овој труд се фокусира на карактеристиките на тврдост и кршливост на феритните магнети и ги истражува клучните фактори што треба да се земат предвид за време на нивната обработка. Со разбирање на овие својства, производителите можат да ги оптимизираат техниките на обработка за да произведат висококвалитетни феритни магнети за различни намени.

1. Вовед

Феритните магнети, исто така познати како керамички магнети, се составени од железен оксид (Fe₂O₃) во комбинација со еден или повеќе други метални оксиди како што се стронциум (Sr) или бариум (Ba). Тие се важен дел од семејството магнетни материјали уште од нивната комерцијализација во средината на 20 век. Поради нивната релативно ниска цена, добрата отпорност на корозија и стабилните магнетни својства, феритните магнети се широко користени во мотори, звучници, магнетни сепаратори и многу други области. Сепак, нивните карактеристики на тврдост и кршливост претставуваат предизвици за време на обработката, на кои треба внимателно да се обрне внимание.

2. Тврдост на феритни магнети

2.1 Дефиниција и мерење на тврдост

Тврдината е мерка за отпорноста на материјалот на локализирана пластична деформација, како што се вдлабнување или гребење. За феритни магнети, најчесто користените методи за мерење на тврдоста се Мосовата скала на тврдост и Викерсовиот тест на тврдост.

Мосовата скала на тврдост е квалитативна скала која ги рангира материјалите од 1 (најмеки, на пр. талк) до 10 (најтврди, на пр. дијамант). Феритните магнети обично имаат Мосова тврдост во опсег од 5 - 6. Ова укажува дека тие се релативно тврди во споредба со некои вообичаени материјали како бакар (Мосова тврдост од 3), но многу помеки од материјали како кварц (Мосова тврдост од 7).

Тестот за тврдост на Викерс е поквантитативен метод. Тој вклучува притискање на дијамантски вдлабнувач во облик на квадратна пирамида во материјалот под одредено оптоварување. Потоа се мери големината на вдлабнувањето и се пресметува Викерсовиот број на тврдост (HV). Феритните магнети обично имаат Викерсова тврдост во опсег од 400 - 600 HV, во зависност од нивниот специфичен состав и историја на обработка.

2.2 Фактори што влијаат на тврдоста

• Состав : Додавањето на различни метални оксиди на базата на железен оксид може да влијае на тврдоста на феритните магнети. На пример, стронциум феритот (SrFe₁₂O₁₉) генерално има малку поголема тврдост од бариум феритот (BaFe₁₂O₁₉) поради разликите во нивните кристални структури и атомско поврзување.
• Услови за синтерување : Синтерувањето е клучен чекор во производството на феритни магнети, каде што прашкастиот материјал се загрева на висока температура под неговата точка на топење за да се поттикне згуснување и раст на зрната. Температурата на синтерување, времето и атмосферата можат да влијаат на тврдоста. Повисоките температури на синтерување и подолгото време на синтерување може да доведат до зголемена згуснување, што може да резултира со поголема тврдост. Сепак, прекумерното синтерување може да предизвика и абнормален раст на зрната, што може да има негативно влијание врз тврдоста.
• Големина на зрната : Општо земено, помалите големини на зрната се поврзани со поголема тврдост кај феритните магнети. Ова е затоа што помалите зрна создаваат повеќе граници на зрната, кои дејствуваат како бариери за движење на дислокациите, клучен механизам на пластична деформација.

3. Кршливост на феритни магнети

3.1 Дефиниција и карактеристики на кршливост

Кршливоста е тенденција на материјалот да се скрши без значителна пластична деформација кога е изложен на стрес. Феритните магнети се многу кршливи материјали. Кога на феритен магнет се применува стрес, тој брзо ќе ја достигне својата цврстина на кршење и ќе се скрши, наместо пластично да се деформира. Оваа кршливост главно се должи на јонската и ковалентната врска во кристалната структура на ферит, што го ограничува движењето на атомите и дислокациите.

3.2 Фактори што влијаат на кршливоста

• Кристална структура : Хексагоналната феритна кристална структура, која е честа појава кај стронциумските и бариумските ферити, има релативно ниска симетрија и силно врзување во одредени насоки. Ова анизотропно врзување може да доведе до висок степен на кршливост, бидејќи пукнатините можат лесно да се шират по специфични кристални рамнини.
• Порозност : Порозноста кај феритните магнети може значително да ја зголеми нивната кршливост. Порите дејствуваат како концентратори на стрес, и кога се применува оптоварување, пукнатините можат да се појават и прошират од овие пори, што доведува до предвремено кршење. Затоа, намалувањето на порозноста преку соодветни техники на синтерување и обработка е од суштинско значење за подобрување на цврстината на феритните магнети.
• Нечистотии и дефекти : Присуството на нечистотии и дефекти во феритната кристална решетка, исто така, може да придонесе за кршливост. Овие несовршености можат да го нарушат правилниот распоред на сврзување и да создадат места за појава и раст на пукнатини.

4. Размислувања за обработка врз основа на тврдост и кршливост

4.1 Подготовка на материјал

• Избор на прав : Квалитетот на почетниот феритен прав е клучен за конечните својства на магнетот. Правот треба да има тесна распределба на големината на честичките за да се обезбеди рамномерно синтерување и да се минимизира порозноста. Помалите големини на честичките генерално водат до поголема тврдост, но може да ја зголемат и кршливоста доколку не се контролираат правилно. Затоа, треба да се избере оптимален опсег на големина на честичките врз основа на специфичните барања на магнетот.
• Мешање на прашок : Прецизното мешање на феритниот прав со адитиви како што се врзива и лубриканти е потребно за да се постигне хомогена смеса. Врзивите помагаат да се држат честичките од прав заедно за време на обликувањето, додека лубрикантите го намалуваат триењето за време на набивањето. Изборот и количината на овие адитиви треба внимателно да се разгледаат за да се балансира обработливоста на правот со конечните својства на магнетот.

4.2 Обликување

• Набивање : Набивањето е процес на примена на притисок врз прашкастата смеса за да се формира зелена компактна маса со посакуваната форма. Поради кршливоста на феритните магнети, притисокот на набивање треба внимателно да се контролира. Прекумерниот притисок може да предизвика пукање или оштетување на зелената компактна маса, додека недоволниот притисок може да резултира со мала густина и лоши механички својства. Може да се користат униосијални или изостатски методи на набивање, во зависност од обликот и големината на магнетот. Изостатското набивање генерално обезбедува порамномерна распределба на притисокот и подобри резултати за магнети со сложена форма.
• Дизајн на калапот : Дизајнот на калапот за набивање е исто така важен. Калапот треба да биде направен од материјал со висока цврстина и отпорност на абење за да издржи високи притисоци на набивање. Дополнително, геометријата на калапот треба да биде оптимизирана за да се минимизираат концентрациите на стрес и да се обезбеди рамномерен проток на прав за време на набивањето.

4.3 Синтерување

• Контрола на температурата : Како што споменавме претходно, температурата на синтерување има значително влијание врз тврдоста и кршливоста на феритните магнети. Температурата на синтерување треба прецизно да се контролира во тесен опсег за да се постигне посакуваната згуснување и раст на зрната. Премногу ниска температура може да резултира со нецелосно синтерување и ниска густина, додека превисока температура може да предизвика абнормален раст на зрната и зголемена кршливост.
• Контрола на атмосферата : Атмосферата за синтерување исто така игра клучна улога. Феритните магнети обично се синтеруваат во атмосфера што содржи кислород за да се спречи редукција на железни оксиди и да се одржат магнетните својства. Сепак, парцијалниот притисок на кислородот треба внимателно да се контролира за да се избегне оксидација или други непожелни реакции што можат да влијаат на механичките својства.
• Брзини на загревање и ладење : Брзините на загревање и ладење за време на синтерувањето треба да се контролираат за да се минимизираат термичките напрегања. Брзото загревање или ладење може да предизвика пукнатини кај кршливите феритни магнети. Се препорачува бавен и рамномерен процес на загревање и ладење за да се обезбеди интегритетот на магнетите.

4.4 Машинска обработка

• Алати за сечење : Поради високата тврдост на феритните магнети, потребни се специјални алати за сечење за машинска обработка. Алатките обложени со дијамант најчесто се користат бидејќи дијамантот е еден од најтврдите познати материјали и може ефикасно да сече низ феритниот материјал. Сепак, брзината на сечење, брзината на напојување и длабочината на сечење треба внимателно да се оптимизираат за да се избегне прекумерно абење на алатот и оштетување на магнетот.
• Ладење и подмачкување : Машинската обработка на феритни магнети генерира значителна количина на топлина, што може да предизвика термичко оштетување и да ја зголеми кршливоста. Затоа, соодветното ладење и подмачкување се од суштинско значење. Течности за ладење како што се масла растворливи во вода или емулзии може да се користат за дисипација на топлината и намалување на триењето за време на обработката.
• Брусење и полирање : Брусењето и полирањето често се користат за да се постигне посакуваната завршна обработка на површината и димензионална точност на феритните магнети. Сепак, овие процеси можат да доведат и до површински дефекти и преостанати напрегања, што може да влијае на механичките својства. Затоа, треба да се изберат соодветни параметри за брусење и полирање, а може да бидат потребни и третмани по обработката, како што е жарење за ослободување од напрегање.

4.5 Контрола на квалитет

• Недеструктивно тестирање : Методите на недеструктивно тестирање, како што се ултразвучно тестирање и рендгенска инспекција, може да се користат за откривање на внатрешни дефекти како што се пукнатини и порозност кај феритните магнети. Овие дефекти можат значително да ја намалат механичката цврстина и сигурност на магнетите, па затоа раното откривање и отстранување на неисправни производи се од суштинско значење.
• Тестирање на механички својства : Тестови за механички својства како што се тестирање на тврдост, тестирање на свиткување и тестирање на удар може да се извршат за да се оцени квалитетот на феритните магнети. Овие тестови даваат квантитативни податоци за тврдоста, јачината и цврстината на магнетите, кои можат да се користат за оптимизирање на параметрите за обработка и обезбедување на квалитетот на производот.

5. Заклучок

Феритните магнети покажуваат уникатни карактеристики на тврдост и кршливост кои се одредени од нивниот состав, кристална структура и историја на обработка. Разбирањето на овие својства е клучно за оптимизирање на техниките за обработка и производство на висококвалитетни феритни магнети. Со внимателно контролирање на процесите на подготовка на материјалот, обликување, синтерување, машинска обработка и контрола на квалитетот, производителите можат да ги надминат предизвиците поврзани со тврдоста и кршливоста на феритните магнети и да ги исполнат барањата на различни апликации во индустриите за мотори, звучници и магнетно одвојување. Идните истражувања можат да се фокусираат на развој на нови методи и материјали за обработка за понатамошно подобрување на механичките својства на феритните магнети, а воедно да ја одржат нивната економичност и магнетни перформанси.