Proprietățile magnetice ale magneților NdFeB slăbesc treptat în timp? Care sunt motivele scăderii performanței după o utilizare pe termen lung?

1. Factorii de mediu

1.1 Efectele temperaturii

• Demagnetizare termică Magneții NdFeB au un interval limitat de temperatură de funcționare. Expunerea la temperaturi care depășesc temperatura maximă de funcționare (de obicei 100–200°C, în funcție de grad) poate provoca o dezintegrare magnetică ireversibilă. Acest lucru se întâmplă deoarece temperaturile ridicate perturbă alinierea domeniilor magnetice, reducând magnetizarea netă.
• Exemplu În motoarele vehiculelor electrice, funcționarea prelungită în apropierea limitei de temperatură a magnetului poate duce la o scădere treptată a densității fluxului magnetic, afectând eficiența motorului.

1.2 Umiditate și coroziune

• Oxidare Magneții NdFeB sunt foarte susceptibili la oxidare în medii umede. Limitele granulare bogate în neodim reacționează cu umiditatea și oxigenul, formând oxizi și hidroxizi de neodim. Aceste produse de coroziune sunt nemagnetice și se exfoliază, expunând metalul proaspăt la atacuri ulterioare.
• Coroziune electrochimică În medii acide sau saline, suprafața magnetului suferă reacții electrochimice, accelerând coroziunea. Acest lucru este problematic în special în mediile marine sau industriale unde sunt prezente substanțe chimice.
• Impactul asupra performanței Coroziunea nu numai că reduce integritatea fizică a magnetului, dar și perturbă circuitul magnetic, ducând la o pierdere a fluxului magnetic. Studiile arată că magneții NdFeB neacoperiți se pot deteriora în câteva ore în testele de ceață salină, în timp ce magneții acoperiți pot rezista. 500–1.000 de ore sau mai mult.

2. Degradarea materialelor

2.1 Modificări microstructurale

• Creșterea cerealelor În timp, limitele granulelor magneților NdFeB pot suferi o activare termică, ducând la creșterea granulelor. Granulele mai mari reduc coercitivitatea magnetului (rezistența la demagnetizare), făcându-l mai susceptibil la câmpuri magnetice externe sau fluctuații de temperatură.
• Transformări de fază Expunerea prelungită la temperaturi ridicate poate cauza formarea de faze nemagnetice (de exemplu, α-Fe), care diluează materialul magnetic și reduc performanța generală.

2.2 Difuzie elementară

• Migrarea neodimului În unele cazuri, atomii de neodim pot difuza la suprafață sau la limitele granulelor, formând oxizi sau alterând compoziția locală. Acest lucru poate degrada proprietățile magnetice ale magnetului în timp.

3. Schimbări structurale

3.1 Dinamica domeniului magnetic

• Fixarea pe peretele domeniului Mișcarea pereților domeniilor magnetice (limitele dintre regiunile de magnetizare uniformă) este influențată de defecte, impurități și solicitări din material. În timp, acești factori pot determina ca pereții domeniilor să se „fixeze”, reducând capacitatea magnetului de a menține o stare magnetică stabilă.
• Îmbătrânirea magnetică Chiar și în absența factorilor de stres externi, microstructura magnetului poate evolua lent din cauza fluctuațiilor termice, ducând la o realiniere treptată a domeniilor și o reducere a fluxului magnetic.

3.2 Stres mecanic

• Ciclare termică Ciclurile repetate de încălzire și răcire pot induce solicitări mecanice în magnet din cauza dilatării termice diferențiale dintre materialul magnetic și învelișul sau carcasa sa. Această solicitare poate provoca microfisuri sau delaminare, perturbând circuitul magnetic.
• Vibrații și șocuri În aplicațiile care implică vibrații ridicate sau șocuri mecanice (de exemplu, turbine eoliene sau sisteme aerospațiale), magnetul poate suferi deteriorări fizice care îi compromit proprietățile magnetice.

4. Studii de stabilitate pe termen lung

4.1 Îmbătrânirea la temperatura camerei

• Date experimentale Cercetările au arătat că magneții NdFeB de înaltă calitate, depozitați la temperatura camerei în condiții uscate, prezintă o dezintegrare magnetică minimă de-a lungul deceniilor. De exemplu, un studiu realizat de cercetători finlandezi nu a descoperit nicio pierdere magnetică detectabilă într-un magnet NdFeB sinterizat depozitat timp de un an la temperatura camerei.
• Limitări Totuși, magneții neacoperiți expuși la umiditatea atmosferică pot prezenta o degradare semnificativă în timp din cauza coroziunii. Magneții acoperiți, pe de altă parte, își pot menține performanța timp de 30–50 de ani sau mai mult în condiții de depozitare adecvate.

4.2 Îmbătrânirea la temperaturi ridicate

• Decădere accelerată La temperaturi ridicate, rata de dezintegrare magnetică crește dramatic. De exemplu, un magnet depozitat la 150°C ar putea pierde 10–20% din fluxul său magnetic în câțiva ani, în timp ce un magnet depozitat la 80°C poate prezenta doar o pierdere de câteva procente în aceeași perioadă.
• Factori critici Coercitivitatea intrinsecă (Hcj) și coeficientul de ghidare magnetică (Pc) ale magnetului joacă roluri cheie în determinarea stabilității sale la temperaturi ridicate. Valorile Hcj mai mari și valorile Pc mai mici (mai negative) se corelează cu o stabilitate pe termen lung mai bună.

5. Strategii de atenuare

Pentru a îmbunătăți stabilitatea pe termen lung a magneților NdFeB, pot fi utilizate mai multe strategii:

• Acoperiri de suprafață Nichelarea, acoperirile epoxidice sau tratamentele compozite (de exemplu, Ni-Cu-Ni + epoxid) oferă o barieră împotriva umezelii și a substanțelor chimice, îmbunătățind semnificativ rezistența la coroziune.
• Optimizarea materialelor Adăugarea de elemente de aliere (de exemplu, disprosiu sau terbiu) poate crește coercitivitatea și stabilitatea termică a magnetului, făcându-l mai rezistent la demagnetizare.
• Îmbunătățiri ale designului Optimizarea formei, dimensiunii și circuitului magnetic al magnetului poate reduce concentrațiile de stres și poate îmbunătăți performanța generală.
• Controlul mediului Depozitarea magneților în medii uscate și răcoroase și evitarea expunerii la substanțe corozive le poate prelungi durata de viață.