Senz Magnet - Глобальный производитель материалов для постоянных магнитов & Поставщик более 20 лет.
Высокобромидные магниты NdFeB: раскрытие потенциала высокой остаточной намагниченности в современных магнитных приложениях
2025-12-01
Введение
В области постоянных магнитов магниты из сплава неодим-железо-бор (NdFeB) давно являются краеугольным камнем современных технологий, славясь своими исключительными магнитными характеристиками. Среди различных марок магнитов NdFeB магниты High Br NdFeB, отличающиеся высокой остаточной намагниченностью (Br), стали важнейшим компонентом, расширяющим границы возможного в различных отраслях промышленности: от электроники и автомобилестроения до возобновляемой энергетики и аэрокосмической промышленности. Остаточная намагниченность, или остаточная магнитная индукция, представляет собой магнитную индукцию, сохраняющуюся в материале после снятия внешнего магнитного поля. Для магнитов High Br NdFeB этот параметр значительно выше, чем у стандартных марок NdFeB, что позволяет им генерировать более сильные магнитные поля в компактных форм-факторах. В данной статье рассматриваются основные свойства, производственные процессы, ключевые преимущества, разнообразные области применения, проблемы и перспективы использования магнитов High Br NdFeB, подчеркивая их ключевую роль в стимулировании технологических инноваций и обеспечении устойчивого развития .
1. Основные свойства магнитов NdFeB с высоким содержанием брома
1.1 Магнитные характеристики
Отличительной особенностью магнитов NdFeB с высоким содержанием Br является их исключительная остаточная намагниченность. Как правило, стандартные магниты NdFeB обладают остаточной намагниченностью (Br) в диапазоне от 1,0 до 1,4 Тл, в то время как магниты с высоким содержанием Br превышают этот диапазон, часто достигая 1,45–1,6 Тл и выше, в зависимости от состава и технологии производства. Высокое значение Br обеспечивает более сильное собственное магнитное поле, позволяя магниту сохранять высокий уровень намагниченности даже при отсутствии внешнего поля. В дополнение к высокой остаточной намагниченности эти магниты также обладают благоприятной коэрцитивной силой (HcJ) и максимальным энергетическим произведением (BH)max — двумя другими критическими магнитными параметрами. Коэрцитивность, то есть устойчивость к размагничиванию, гарантирует сохранение магнитом своих магнитных свойств в суровых условиях, таких как высокие температуры или внешние магнитные помехи. Магниты NdFeB с высоким содержанием Br обычно имеют коэрцитивную силу от 800 до 1200 кА/м, что обеспечивает баланс между требованиями стабильности и высокой остаточной намагниченностью. Максимальное энергетическое произведение, которое измеряет способность магнита накапливать магнитную энергию, составляет от 35 МГсЭ до 55 МГсЭ для марок High Br, что делает их идеальными для применений, требующих высокой плотности мощности .
1.2 Физические и химические свойства
Магниты NdFeB с высоким содержанием брома (High Br) состоят из тройного сплава неодима (Nd), железа (Fe) и бора (B), типичный состав которого составляет 25–35% Nd, 60–70% Fe и 1–2% B. Для улучшения магнитных характеристик и стабильности часто добавляются микроэлементы, такие как диспрозий (Dy), тербий (Tb), кобальт (Co) и галлий (Ga). Диспрозий и тербий улучшают коэрцитивную силу, измельчая зернистую структуру и уменьшая поле магнитокристаллической анизотропии, а кобальт повышает температурную стабильность и коррозионную стойкость. Галлий, с другой стороны, способствует процессу спекания, способствуя уплотнению и уменьшению пористости. Магниты из сплава High Br NdFeB обладают высокой плотностью (типичная плотность составляет 7,4–7,6 г/см³) и высокой твёрдостью (HV 500–600), что делает их износостойкими, но при этом хрупкими и склонными к сколам при неосторожном обращении. С химической точки зрения они подвержены коррозии, особенно во влажной или кислой среде, из-за присутствия неодима, обладающего высокой реакционной способностью. Для защиты магнита от окисления и деградации необходима поверхностная обработка, такая как никелирование (Ni-Cu-Ni), цинкование, эпоксидное или алюминиевое покрытие .
1.3 Температурная стабильность
Температура оказывает значительное влияние на магнитные свойства магнитов NdFeB, и марки High Br не являются исключением. Температура Кюри (Tc) — температура, при которой магнит теряет свои ферромагнитные свойства — для стандартных магнитов NdFeB составляет приблизительно 310 °C, а марки High Br обычно имеют схожую или немного более низкую температуру Кюри (300–310 °C) благодаря оптимизированному составу для остаточной намагниченности. Однако диапазон рабочих температур магнитов High Br NdFeB определяется их температурным коэффициентом коэрцитивности (αHcJ), который показывает, насколько уменьшается коэрцитивная сила с ростом температуры. Марки High Br с добавлением диспрозия или тербия демонстрируют лучшую температурную стабильность, с рабочими температурами в диапазоне от -40 °C до 120 °C и выше (до 150 °C для специализированных марок). За пределами этого диапазона коэрцитивная сила магнита может упасть до уровня, при котором происходит размагничивание, ограничивая его производительность. Поэтому крайне важно выбрать подходящую марку магнита High Br NdFeB с учетом конкретных температурных требований к области применения .
2. Процессы производства магнитов NdFeB с высоким содержанием брома
2.1 Подготовка сырья
Производство магнитов High Br NdFeB начинается с тщательного отбора и подготовки сырья. Основными ингредиентами являются неодим высокой чистоты (99,5% и выше), железо (99,9%) и бор (обычно в форме ферробора FeB с содержанием бора 18–20%). Для достижения требуемых магнитных свойств добавляются микроэлементы, такие как диспрозий, тербий, кобальт и галлий, в точных количествах. Исходное сырье взвешивается в соответствии с требуемым составом и тщательно перемешивается в высокоэнергетической шаровой или струйной мельнице до получения однородного порошка. В процессе измельчения размер частиц уменьшается примерно до 3–5 мкм, что критически важно для достижения желаемых магнитных свойств при последующей обработке. Для предотвращения окисления смешивание и измельчение часто проводятся в инертной атмосфере (например, аргоне или азоте) или в вакууме .
2.2 Процесс спекания
Спекание является ключевым этапом в производстве магнитов High Br NdFeB, поскольку оно уплотняет порошок в сплошной магнит с оптимизированными магнитными свойствами. Измельченный порошок прессуется в сырую прессовку с помощью штампового пресса. Во время прессования применяется магнитное поле для выравнивания магнитных доменов частиц порошка, что увеличивает остаточную намагниченность конечного магнита. Напряженность магнитного поля во время прессования обычно составляет от 1,5 до 2,0 Тл, обеспечивая выравнивание частиц вдоль оси легкого намагничивания. Затем сырую прессовку спекают в вакуумной печи или печи с защитной атмосферой (аргон) при температуре 1050-1150 °C в течение 2-4 часов. Спекание вызывает диффузионное связывание частиц порошка, что уменьшает пористость и увеличивает плотность. После спекания магнит подвергают отпуску, который включает в себя нагрев до 500-600 °C в течение 1-2 часов с последующим медленным охлаждением. Отпуск улучшает коэрцитивную силу и магнитную стабильность за счет снятия внутренних напряжений и измельчения зеренной структуры .
2.3 Механическая обработка и обработка поверхности
После спекания и отпуска магниты High Br NdFeB подвергаются механической обработке для достижения желаемой формы, размера и допусков. В связи с высокой твёрдостью и хрупкостью магниты обычно обрабатываются алмазным инструментом, таким как алмазные пилы, шлифовальные машины и притирочные станки. К распространённым процессам механической обработки относятся резка, шлифование, сверление и полировка. Прецизионная механическая обработка необходима для обеспечения соответствия магнитов строгим требованиям к размерам, предъявляемым к различным сферам применения, таким как электродвигатели и магнитные датчики. После механической обработки магниты подвергаются обработке поверхности для защиты от коррозии. Как упоминалось ранее, к распространённым методам обработки поверхности относятся никелирование, цинкование, эпоксидное покрытие и алюминирование. Никелирование (Ni-Cu-Ni) является одним из наиболее распространённых методов благодаря своей превосходной коррозионной стойкости, адгезии и электропроводности. Эпоксидное покрытие предпочтительно для применения в суровых условиях, поскольку оно обеспечивает более толстый и прочный барьер от влаги и химикатов .
2.4 Контроль качества и тестирование
Контроль качества является критически важным аспектом процесса производства магнитов NdFeB с высоким содержанием брома, гарантирующим их соответствие заданным магнитным и физическим свойствам. На разных этапах производства проводятся различные испытания, включая тестирование исходного материала, порошковых материалов, испытаний прессованных материалов, испытаний спеченных магнитов и испытаний готовой продукции. Магнитные свойства, такие как остаточная намагниченность (Br), коэрцитивная сила (HcJ), максимальное энергетическое произведение (BH)max и прямоугольность (Hk/HcJ), измеряются с помощью гистерезисграфа или пермеаметра. Физические свойства, такие как плотность, твердость и размеры, проверяются с помощью денситометра, твердомера и координатно-измерительной машины (КИМ). Коррозионная стойкость оценивается путем испытаний в солевом тумане, испытания на влажность и иммерсионных испытаний. Кроме того, проводится микроструктурный анализ с использованием сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и рентгеновской дифракции (РФА) для обеспечения оптимальной структуры зерна и фазового состава. Все магниты, не соответствующие стандартам качества, отбраковываются или перерабатываются .
3. Основные преимущества магнитов NdFeB с высоким содержанием брома
3.1 Высокая плотность магнитной энергии
Одним из наиболее значительных преимуществ магнитов High Br NdFeB является их высокая плотность магнитной энергии, обусловленная их исключительной остаточной намагниченностью и максимальным энергетическим произведением. По сравнению с другими постоянными магнитами, такими как ферритовые магниты, самарий-кобальтовые (SmCo) магниты и магниты на основе алнико, магниты High Br NdFeB обладают значительно более высокой плотностью энергии, что позволяет создавать более компактные, лёгкие и мощные устройства. Например, магнит High Br NdFeB с (BH)max 50 МГсЭ может генерировать магнитное поле в несколько раз сильнее, чем ферритовый магнит с (BH)max 5 МГсЭ, занимая при этом лишь малую часть объёма. Такая высокая плотность энергии особенно полезна в приложениях, где пространство и вес являются критическими ограничениями, например, в электромобилях (ЭМ), портативной электронике и компонентах аэрокосмической техники .
3.2 Компактный размер и малый вес
Высокая плотность магнитной энергии магнитов High Br NdFeB позволяет миниатюризировать магнитные устройства. Используя меньший и более лёгкий магнит High Br NdFeB вместо более крупного и тяжёлого магнита другого типа, производители могут уменьшить общие габариты и вес своих изделий без ущерба для производительности. Это особенно важно в электронной промышленности, где потребители требуют более компактных и портативных устройств, таких как смартфоны, ноутбуки и носимые устройства. В электромобилях уменьшение размера и веса двигателя и других магнитных компонентов может повысить энергоэффективность транспортного средства и увеличить запас хода. Аналогичным образом, в аэрокосмической промышленности лёгкие магниты способствуют экономии топлива и увеличению грузоподъёмности .
3.3 Отличные характеристики в слабых магнитных полях
Магниты NdFeB с высоким содержанием брома демонстрируют превосходные характеристики даже в слабых внешних магнитных полях, что делает их идеальными для применений, где магнит не подвергается воздействию сильного внешнего поля. Их высокая остаточная намагниченность обеспечивает сохранение сильного магнитного поля даже при его отсутствии, что критически важно для таких применений, как магнитные датчики, магнитные сепараторы и медицинские приборы. Например, в магнитном датчике, используемом для определения положения движущейся детали, магнит NdFeB с высоким содержанием брома может генерировать чёткий и стабильный сигнал даже при наличии слабых внешних магнитных помех. В магнитных сепараторах высокая остаточная намагниченность позволяет эффективно отделять магнитные материалы от немагнитных даже при слабых магнитных полях .
3.4 Экономическая эффективность
Несмотря на свои превосходные характеристики, магниты из сплава NdFeB с высоким содержанием брома относительно экономичны по сравнению с другими высокопроизводительными магнитами, такими как самарий-кобальтовые магниты. Самарий-кобальтовые магниты обладают превосходной температурной стабильностью и коррозионной стойкостью, но значительно дороже из-за дефицита и высокой стоимости самария и кобальта. В магнитах из сплава NdFeB с высоким содержанием брома в качестве основного компонента используется железо, которое широко распространено и недорого, что делает их более экономичным выбором для большинства применений. Кроме того, развитие технологий производства привело к повышению эффективности производства и выходу готовой продукции, что еще больше снизило стоимость магнитов из сплава NdFeB с высоким содержанием брома. Эта экономичность сделала их доступными для широкого спектра отраслей промышленности, что способствовало их широкому распространению .
4. Разнообразные применения магнитов NdFeB с высоким содержанием брома
4.1 Электронная промышленность
Электронная промышленность является одним из крупнейших потребителей магнитов NdFeB с высоким содержанием брома благодаря их высоким магнитным характеристикам и компактным размерам. Они используются в широком спектре электронных устройств, включая смартфоны, планшеты, ноутбуки, камеры и наушники. В смартфонах магниты NdFeB с высоким содержанием брома используются в динамике, вибромоторе и модуле камеры. Динамику требуется сильное магнитное поле для управления диафрагмой, что обеспечивает чистый и громкий звук, в то время как вибромотор использует магнит для генерации вибраций для тактильной обратной связи. В камерах магниты используются в механизме автофокусировки для точного перемещения объектива. Магниты NdFeB с высоким содержанием брома также используются в жестких дисках (HDD) и твердотельных накопителях (SSD) для управления движением головки чтения/записи, обеспечивая быстрое и точное сохранение и извлечение данных. Кроме того, они используются в силовых индукторах, трансформаторах и магнитных датчиках, повышая эффективность и производительность электронных схем .
4.2 Автомобильная промышленность
Автомобильная промышленность переживает стремительный переход к электрификации, и магниты NdFeB с высоким содержанием брома играют в этом переходе решающую роль. Они являются ключевым компонентом электродвигателей электромобилей (ЭМ), гибридных электромобилей (ГЭМ) и подключаемых гибридных электромобилей (ПГЭМ). Высокая остаточная намагниченность и плотность энергии магнитов NdFeB с высоким содержанием брома позволяют электродвигателям генерировать больше мощности при меньшей и более лёгкой конструкции, улучшая ускорение, максимальную скорость и энергоэффективность автомобиля. Например, в типичном двигателе электромобиля используется несколько килограммов магнитов NdFeB с высоким содержанием брома, которые расположены в роторе для создания сильного магнитного поля. Обмотки статора взаимодействуют с этим магнитным полем, создавая крутящий момент, движущий автомобиль вперёд. Магниты NdFeB с высоким содержанием брома также используются в других автомобильных компонентах, таких как системы гидроусилителя руля, датчики ABS и электрические тормоза. В системах гидроусилителя руля магниты обеспечивают точное и отзывчивое рулевое управление, а в датчиках ABS они определяют скорость вращения колёс для предотвращения заноса .
4.3 Возобновляемая энергетика
Возобновляемая энергетика, в частности, ветровая и солнечная, в значительной степени опирается на магниты из сплава NdFeB с высоким содержанием брома для эффективной генерации электроэнергии. В ветровых турбинах магниты из сплава NdFeB с высоким содержанием брома используются в синхронных генераторах с постоянными магнитами (СГПМ), которые преобразуют энергию вращения лопаток турбины в электрическую энергию. СГПМ обеспечивают более высокую эффективность, меньшие затраты на техническое обслуживание и меньшие габариты по сравнению с традиционными индукционными генераторами благодаря высоким магнитным характеристикам магнитов из сплава NdFeB с высоким содержанием брома. Магниты устанавливаются на роторе генератора и при его вращении создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует электрический ток в обмотках статора. Магниты из сплава NdFeB с высоким содержанием брома также используются в солнечных трекерах, которые корректируют положение солнечных панелей для максимального поглощения солнечного света. Магниты помогают управлять двигателями, вращающими солнечные панели, обеспечивая точное и эффективное слежение. Кроме того, они используются в системах накопления энергии, таких как аккумуляторы и суперконденсаторы, для повышения плотности энергии и эффективности зарядки/разрядки .
4.4 Аэрокосмическая и оборонная промышленность
Аэрокосмическая и оборонная промышленность требуют высокопроизводительных материалов, способных выдерживать экстремальные условия, и магниты NdFeB с высоким содержанием брома (High Br) хорошо подходят для этой цели. Они используются в различных аэрокосмических и оборонных приложениях, включая авиационные двигатели, спутниковые системы, радиолокационные системы и системы наведения ракет. В авиационных двигателях магниты NdFeB с высоким содержанием брома (High Br) используются в электрических приводах, датчиках и генераторах, обеспечивая надежную работу в условиях высоких температур, высокого давления и вибрации. В спутниковых системах магниты используются в системах ориентации для корректировки ориентации спутника, а также в системах связи для улучшения передачи и приема сигнала. В радиолокационных системах магниты NdFeB с высоким содержанием брома (High Br) используются в антеннах и компонентах приемопередатчика, что повышает дальность действия, разрешение и чувствительность радара. В системах наведения ракет магниты используются в гироскопах и акселерометрах для получения точной навигационной и целеуказания .
4.5 Медицинская промышленность
Медицинская промышленность является ещё одной важной областью применения магнитов NdFeB с высоким содержанием брома, где их высокие магнитные характеристики и биосовместимость (при соответствующем покрытии) делают их идеальными для различных медицинских устройств. Они используются в аппаратах магнитно-резонансной томографии (МРТ), которые используют сильные магнитные поля для получения детальных изображений человеческого тела. Магниты NdFeB с высоким содержанием брома используются в основном магните аппаратов МРТ, создавая статическое магнитное поле 1,5 Тл, 3,0 Тл и выше, которое выравнивает протоны в тканях организма. При подаче радиочастотного импульса протоны испускают сигналы, которые детектируются аппаратом МРТ, создавая изображения внутренних органов и структур. Магниты NdFeB с высоким содержанием брома также используются в медицинских насосах, таких как инсулиновые помпы и желудочковые вспомогательные устройства (VAD), для точного управления насосным механизмом. Кроме того, они используются в устройствах магнитотерапии, которые используют магнитные поля для лечения различных состояний, таких как боль, воспаление и артрит .
5. Проблемы и решения при использовании магнитов NdFeB с высоким содержанием брома
5.1 Коррозионная стойкость
Как упоминалось ранее, магниты High Br NdFeB подвержены коррозии из-за присутствия неодима, обладающего высокой реакционной способностью. Коррозия может привести к ухудшению магнитных свойств магнита, а также к образованию ржавчины и других продуктов коррозии, которые могут повредить магнит и окружающие его компоненты. Для решения этой проблемы были разработаны различные технологии обработки поверхности. Никелирование (Ni-Cu-Ni) — распространённый способ обработки, обеспечивающий защиту от влаги и кислорода, а также улучшающий адгезию и электропроводность магнита. Эпоксидное покрытие — ещё один эффективный способ обработки, обеспечивающий отличную коррозионную стойкость в агрессивных средах, таких как морская и химическая промышленность. Кроме того, исследователи изучают новые методы обработки поверхности, такие как атомно-слоевое осаждение (ALD) и физическое осаждение из паровой фазы (PVD), которые позволяют получать более тонкие и однородные покрытия с повышенной коррозионной стойкостью. Другой подход заключается в изменении состава магнита путём добавления таких элементов, как кобальт, хром или алюминий, что может повысить его собственную коррозионную стойкость .
5.2 Температурная стабильность
Магниты NdFeB с высоким содержанием Br имеют относительно низкую температуру Кюри по сравнению с другими магнитами, такими как самарий-кобальтовые магниты, что ограничивает их рабочий температурный диапазон. При высоких температурах коэрцитивная сила магнита снижается, увеличивая риск размагничивания. Для повышения температурной стабильности производители часто добавляют в состав магнита диспрозий или тербий. Эти элементы усиливают поле магнитокристаллической анизотропии, что увеличивает коэрцитивную силу и снижает температурный коэффициент коэрцитивной силы. Однако диспрозий и тербий редки и дороги, что может увеличить стоимость магнита.
ReviewsNumber of comments: {{ page.total }}
I want to comment?
{{item.nickname ? (item.nickname.slice(0, 2) + '*****') : item.source === 1 ? 'mall buyer' : '--'}}
{{item.comment_time}}
Review in the {{item.country}}
Reviews
Merchant
{{replyItem.nickname ? (replyItem.nickname.slice(0, 2) + '*****') : replyItem.source === 1 ? 'mall buyer' : '--'}}
{{replyItem.parent_nickname ? (replyItem.parent_nickname.slice(0, 2) + '*****') : '--'}}
{{replyItem.is_merchant_reply === 1 ? replyItem.reply_time : replyItem.comment_time}}
Review in the {{replyItem.country}}
Reviews
No customer reviews
Рекомендуется для вас
нет данных
Свяжись с нами
Контактное лицо: Ирис Ян & Цзяньронг Шань
Тел: +86-18368402448
Электронная почта:
iris@senzmagnet.com
Адрес: корпус ВЭД, 6 этаж, кабинет 610. Проспект Шэнчжоу, 336, улица Шанху, город Шэнчжоу, город Шаосин, провинция Чжэцзян, 312400
Авторские права © 2025 Shengzhou Senz Magnet Co., Ltd. |
Карта сайта
|
Политика конфиденциальности