Verzwakken de magnetische eigenschappen van NdFeB-magneten geleidelijk in de loop van de tijd? Wat zijn de redenen voor de afname van de prestaties na langdurig gebruik?

1. Omgevingsfactoren

1.1 Temperatuureffecten

• Thermische demagnetisatie :NdFeB-magneten hebben een beperkt bedrijfstemperatuurbereik. Blootstelling aan temperaturen die de maximale bedrijfstemperatuur overschrijden (meestal 100–200°C, afhankelijk van de graad) kan onomkeerbaar magnetisch verval veroorzaken. Dit gebeurt omdat verhoogde temperaturen de uitlijning van magnetische domeinen verstoren, waardoor de netto magnetisatie afneemt.
• Voorbeeld :Bij motoren van elektrische voertuigen kan langdurige werking in de buurt van de temperatuurgrens van de magneet leiden tot een geleidelijke afname van de magnetische fluxdichtheid, wat de efficiëntie van de motor beïnvloedt.

1.2 Vochtigheid en corrosie

• Oxidatie :NdFeB-magneten zijn zeer gevoelig voor oxidatie in vochtige omgevingen. De korrelgrenzen met veel neodymium reageren met vocht en zuurstof, waarbij neodymiumoxiden en -hydroxiden ontstaan. Deze corrosieproducten zijn niet-magnetisch en schilferen af, waardoor het nieuwe metaal aan verdere aantasting wordt blootgesteld.
• Elektrochemische corrosie :In zure of zoute omgevingen vinden er elektrochemische reacties plaats op het oppervlak van de magneet, waardoor corrosie wordt versneld. Dit is vooral een probleem in maritieme of industriële omgevingen waar chemicaliën aanwezig zijn.
• Impact op prestaties Corrosie vermindert niet alleen de fysieke integriteit van de magneet, maar verstoort ook het magnetische circuit, wat leidt tot een verlies van magnetische flux. Uit onderzoek blijkt dat ongecoate NdFeB-magneten binnen enkele uren kunnen falen bij zoutneveltesten, terwijl gecoate magneten bestand zijn tegen 500–1.000 uur of meer.

2. Materiaaldegradatie

2.1 Microstructurele veranderingen

• Graangroei Na verloop van tijd kunnen de korrelgrenzen in NdFeB-magneten thermisch geactiveerd worden, wat leidt tot korrelgroei. Grotere korrels verminderen de coërciviteit van de magneet (de weerstand tegen demagnetisatie), waardoor deze gevoeliger wordt voor externe magnetische velden of temperatuurschommelingen.
• Fasetransformaties : Langdurige blootstelling aan hoge temperaturen kan de vorming van niet-magnetische fasen veroorzaken (bijv. α-Fe), die het magnetische materiaal verdunnen en de algehele prestaties verminderen.

2.2 Elementaire diffusie

• Neodymium migratie :In sommige gevallen kunnen neodymiumatomen naar het oppervlak of de korrelgrenzen diffunderen, waarbij oxiden worden gevormd of de lokale samenstelling verandert. Hierdoor kunnen de magnetische eigenschappen van de magneet na verloop van tijd achteruitgaan.

3. Structurele veranderingen

3.1 Dynamiek van het magnetische domein

• Domeinmuur vastzetten :De beweging van magnetische domeinwanden (de grenzen tussen gebieden met uniforme magnetisatie) wordt beïnvloed door defecten, onzuiverheden en spanningen in het materiaal. Na verloop van tijd kunnen deze factoren ervoor zorgen dat domeinwanden "vastgepind" raken, waardoor de magneet minder goed een stabiele magnetische toestand kan handhaven.
• Magnetische veroudering Zelfs als er geen externe stressoren zijn, kan de microstructuur van de magneet langzaam evolueren als gevolg van thermische schommelingen. Dit leidt tot een geleidelijke herschikking van de domeinen en een afname van de magnetische flux.

3.2 Mechanische spanning

• Thermische cycli Herhaalde verwarmings- en afkoelcycli kunnen mechanische spanning in de magneet veroorzaken vanwege het verschil in thermische uitzetting tussen het magnetische materiaal en de coating of behuizing. Deze spanning kan microscheurtjes of delaminatie veroorzaken, waardoor het magnetische circuit verstoord raakt.
• Trillingen en schokken :In toepassingen met veel trillingen of mechanische schokken (bijvoorbeeld windturbines of lucht- en ruimtevaartsystemen) kan de magneet fysiek beschadigd raken, waardoor de magnetische eigenschappen in gevaar komen.

4. Langetermijnstabiliteitsstudies

4.1 Veroudering op kamertemperatuur

• Experimentele gegevens Uit onderzoek is gebleken dat hoogwaardige NdFeB-magneten die bij kamertemperatuur en onder droge omstandigheden worden bewaard, een minimaal magnetisch verval vertonen over tientallen jaren. Uit een onderzoek van Finse onderzoekers bleek bijvoorbeeld dat er geen detecteerbaar magnetisch verlies was in een gesinterde NdFeB-magneet die een jaar lang bij kamertemperatuur werd opgeslagen.
• Beperkingen Ongecoate magneten die aan luchtvochtigheid worden blootgesteld, kunnen echter na verloop van tijd aanzienlijk verval vertonen door corrosie. Gecoate magneten kunnen daarentegen hun prestaties gedurende lange tijd behouden. 30–50 jaar of langer bij de juiste opslagomstandigheden.

4.2 Veroudering bij hoge temperatuur

• Versneld verval :Bij hogere temperaturen neemt de snelheid van magnetisch verval dramatisch toe. Bijvoorbeeld een magneet opgeslagen in 150°C kan verliezen 10–20% van zijn magnetische flux binnen een paar jaar, terwijl een magneet opgeslagen in 80°Het is mogelijk dat C over dezelfde periode slechts een paar procent verlies lijdt.
• Kritische factoren :De intrinsieke coërciviteit (Hcj) en de magnetische geleidingscoëfficiënt (Pc) van de magneet spelen een belangrijke rol bij het bepalen van de stabiliteit bij hoge temperaturen. Hogere Hcj-waarden en lagere (meer negatieve) Pc-waarden correleren met een betere stabiliteit op de lange termijn.

5. Mitigatiestrategieën

Om de stabiliteit van NdFeB-magneten op de lange termijn te verbeteren, kunnen verschillende strategieën worden toegepast:

• Oppervlaktecoatings :Nikkelplating, epoxycoatings of composietbehandelingen (bijv. Ni-Cu-Ni + epoxy) vormen een barrière tegen vocht en chemicaliën, waardoor de corrosiebestendigheid aanzienlijk wordt verbeterd.
• Materiaaloptimalisatie Door legeringselementen (bijvoorbeeld dysprosium of terbium) toe te voegen, kunnen de coërciviteit en thermische stabiliteit van de magneet worden vergroot, waardoor deze beter bestand is tegen demagnetisatie.
• Ontwerpverbeteringen Door de vorm, de grootte en het magnetische circuit van de magneet te optimaliseren, kunnen de spanningsconcentraties worden verlaagd en de algehele prestaties worden verbeterd.
• Milieubeheersing :Door magneten op een droge, koele plaats te bewaren en blootstelling aan bijtende stoffen te vermijden, kunt u hun levensduur verlengen.