Однос између правца магнетног поља и правца пуњења магнета у процесу оријентације магнетног поља и стопа губитка перформанси неоријентисаних AlNiCo магнета

Овај рад се бави основним односом између правца магнетног поља и правца наелектрисања магнета у процесу оријентације магнетног поља, узимајући синтероване NdFeB и AlNiCo магнете као примере. Анализира се како различити процеси оријентације и правци наелектрисања утичу на магнетна својства магнета. Штавише, истражује се стопа губитка перформанси неоријентисаних AlNiCo магнета, узимајући у обзир факторе као што су састав материјала, производни процес и спољашњи услови околине. Циљ истраживања је да пружи свеобухватно разумевање процеса оријентације магнетног поља и карактеристика перформанси AlNiCo магнета, нудећи вредне референце за сродне области као што су производња магнета, дизајн мотора и производња сензора.

Кључне речи

Процес оријентације магнетног поља; Правац пуњења магнета; Синтеровани NdFeB магнети; AlNiCo магнети; Брзина губитка перформанси

1. Увод

Магнетни материјали играју кључну улогу у модерној индустрији и технологији, широко се користе у моторима, сензорима, звучницима и другим областима. Међу њима, перманентни магнети су важна категорија, а њихова магнетна својства директно утичу на перформансе повезане опреме. Процес оријентације магнетног поља је кључни корак у производњи перманентних магнета, који одређује оријентацију осе лаке магнетизације честица магнетног праха и стога има значајан утицај на магнетна својства финалних магнетних производа. AlNiCo магнети, као један од ранијих развијених материјала за перманентне магнете, имају јединствене карактеристике у погледу стабилности на високим температурама и отпорности на корозију. Разумевање односа између правца магнетног поља у процесу оријентације и правца пуњења магнета, као и стопе губитка перформанси неоријентисаних AlNiCo магнета, од великог је значаја за оптимизацију процеса производње магнета и побољшање перформанси опреме.

2. Процес оријентације магнетног поља и његов значај

2.1 Дефиниција и принцип процеса оријентације магнетног поља

Процес оријентације магнетног поља је метода која користи интеракцију између магнетног праха и спољашњег магнетног поља да би се распоредили правци лаке магнетизације честица праха тако да буду у складу са коначним смером наелектрисања магнета. У производњи перманентних магнета, посебно анизотропних магнета, овај процес је неопходан. На пример, у производњи синтерованих NdFeB магнета, кристална зрна Nd₂Fe₁₄B су једноосно анизотропна, и свако зрно има само једну осу лаке магнетизације - c-осу главне фазне кристалне ћелије. Кроз процес оријентације магнетног поља, ове c-осе могу бити распоређене у истом смеру, чиме се побољшавају магнетна својства магнета.

2.2 Значај процеса оријентације магнетног поља за перформансе магнета

Процес оријентације магнетног поља има директан утицај на кључна магнетна својства магнета, као што су реманенција (Br) и максимални магнетни енергетски производ ((BH)max). Када су правци лаке магнетизације честица магнетног праха добро поравнати, магнет може постићи већу реманенцију и максимални магнетни енергетски производ. Узимајући синтероване NdFeB магнете као пример, висок степен оријентације (≥95%) може осигурати да је правоугаоност магнета ≥0,9. Магнет са високом правоугаоношћу може ефикасно смањити стварање залуталих магнетних поља у практичним применама, чиме се побољшава ефикасност употребе и стабилност магнета.

3. Однос између правца магнетног поља и правца наелектрисања магнета

3.1 Студија случаја синтерованих NdFeB магнета

3.1.1 Процес оријентације и одређивање правца пуњења

У производњи синтерованих NdFeB магнета, процес оријентације магнетног поља се обично изводи током фазе обликовања. Примењује се јако магнетно поље (1,5 - 2,5 Т) како би се осе лаке магнетизације кристалних зрна Nd₂Fe₁₄B поравнале дуж циљаног правца. Овај циљни правац је будући правац наелектрисања магнета. На пример, у производњи квадратних синтерованих NdFeB магнета, правац магнетног поља током оријентације се подешава тако да буде у складу са очекиваним правцем наелектрисања, који је обично дуж дебљине или правца дужине магнета.

3.1.2 Утицај правца наелектрисања на магнетна својства

Смер пуњења има кључни утицај на магнетна својства синтерованих NdFeB магнета. Када је смер пуњења у складу са смером лаке магнетизације добијеним током процеса оријентације, магнет може постићи већу реманентност и коерцитивност. На пример, у погонском мотору возила нове енергије (新能源汽车), синтеровани NdFeB магнети се користе као кључне компоненте. Ако је смер пуњења нетачан, мотор можда неће ефикасно радити или чак може доћи до квара. Прецизан смер пуњења осигурава да магнет може да обезбеди стабилно и јако магнетно поље, чиме се побољшава обртни момент и ефикасност рада мотора.

3.1.3 Различити правци пуњења за различите облике магнета

• Прстенасти магнети : Синтеровани NdFeB магнети прстенастог облика могу се пунити аксијално или радијално. Аксијално пуњење резултира планарним магнетним половима, који су погодни за коаксијално спрезање магнетног поља у некој коаксијалној ротирајућој опреми. Овај метод пуњења може постићи стабилно спрезање магнетног поља и осигурати синхрони рад опреме. Радијално пуњење производи унутрашње и спољашње прстенасте магнетне полове, који су погодни за дизајн радијалног магнетног кола и могу ефикасно побољшати стопу искоришћења магнетног флукса магнетног кола.
• Магнети у облику лука : Синтеровани NdFeB магнети у облику лука обично имају четири смера пуњења. Код примена код мотора, смер пуњења мора бити прецизно усклађен са луком статора/ротора мотора како би се осигурала уједначеност магнетног поља ваздушног зазора. Ово може побољшати ефикасност мотора, смањити губитак енергије и продужити век трајања мотора.

3.2 Студија случаја AlNiCo магнета

3.2.1 Процес производње и оријентација AlNiCo магнета

AlNiCo магнети се углавном производе процесима ливења и синтеровања. Процес ливења може произвести магнете сложеног облика са добром отпорношћу на високе температуре, док процес синтеровања има већу димензионалну тачност, али нешто нижа магнетна својства. Током производње AlNiCo магнета, иако процес оријентације није толико критичан као код синтерованих NdFeB магнета, правилна примена магнетног поља током обликовања и даље може донекле побољшати магнетна својства. На пример, у процесу ливења, слабо магнетно поље може се применити да би се поравнали магнетни домени легуре током очвршћавања, чиме се побољшава реманентност магнета.

3.2.2 Однос између правца наелектрисања и магнетних својстава AlNiCo магнета

AlNiCo магнети имају релативно стабилна магнетна својства, а њихов смер пуњења такође утиче на њихове перформансе у специфичним применама. У неким сензорским применама, смер пуњења AlNiCo магнета мора бити прецизно контролисан како би се осигурала тачност сензора. На пример, код сензора положаја, магнетно поље које генерише AlNiCo магнет интерагује са сензорским елементом. Ако смер пуњења није тачан, то ће довести до нетачне детекције положаја.

4. Стопа губитка перформанси неоријентисаних AlNiCo магнета

4.1 Фактори који утичу на стопу губитка перформанси

4.1.1 Састав материјала

Састав AlNiCo магнета има значајан утицај на стопу губитка њихових перформанси. AlNiCo магнети се састоје од алуминијума (Al), никла (Ni), кобалта (Co), гвожђа (Fe) и других елемената у траговима метала. Различити удели ових елемената утицаће на магнетна својства и стабилност магнета. На пример, повећање садржаја кобалта може побољшати коерцитивност магнета, али може и повећати трошкове. Истовремено, неправилан састав може довести до веће стопе губитка перформанси магнета под одређеним условима околине.

4.1.2 Производни процес

• Процес ливења : Процес ливења AlNiCo магнета подразумева топљење легуре, а затим сипање у калуп ради очвршћавања. Током овог процеса, фактори попут брзине хлађења и структуре очвршћавања утицаће на магнетна својства магнета. Ако је брзина хлађења пребрза, то може довести до стварања унутрашњих напона у магнету, што ће временом повећати губитак перформанси.
• Процес синтеровања : У процесу синтеровања, прах се пресује, а затим синтерује на високим температурама. Температура, време и притисак синтеровања утичу на густину и магнетна својства магнета. Неправилни параметри синтеровања могу резултирати магнетом ниске густине са лошим магнетним својствима и великом стопом губитка перформанси.

4.1.3 Спољни услови околине

• Температура : AlNiCo магнети имају добру стабилност на високим температурама, али екстремне температуре и даље могу утицати на њихова магнетна својства. На високим температурама, термичко узбуђивање магнетних домена ће се повећати, што доводи до смањења реманенције и коерцитивности. На пример, када се AlNiCo магнет користи у окружењу са високом температуром изнад 500°C током дужег времена, стопа губитка перформанси ће бити знатно већа него на собној температури.
• Спољашње магнетно поље : Излагање јаком обрнутом магнетном пољу може изазвати демагнетизацију AlNiCo магнета, што резултира губитком перформанси. У неким применама где постоје јака наизменична магнетна поља, стопа губитка перформанси AlNiCo магнета може бити релативно висока.

4.2 Методе мерења стопе губитка перформанси

4.2.1 Тестирање магнетних својстава

Брзина губитка перформанси AlNiCo магнета може се мерити тестирањем њихових магнетних својстава пре и после одређеног периода употребе или под одређеним условима околине. Уобичајене методе испитивања магнетних својстава укључују коришћење вибрирајућег магнетометра са узорком (VSM) за мерење реманенције, коерцитивности и максималног магнетног енергетског производа магнета. Поређењем промена ових параметара може се израчунати стопа губитка перформанси.

4.2.2 Тестирање дугорочне стабилности

Тестирање дугорочне стабилности подразумева постављање AlNiCo магнета у одређено окружење (као што је пећ на високој температури или генератор магнетног поља) током дужег времена и редовно тестирање његових магнетних својстава. Ова метода може прецизније да одрази стопу губитка перформанси магнета у стварним условима употребе. На пример, у студији о стабилности AlNiCo магнета на високој температури, магнети су стављени у пећ на 300°C на 1000 сати, а њихова магнетна својства су тестирана сваких 100 сати како би се израчунала стопа губитка перформанси.

4.3 Напредак у истраживању смањења стопе губитка перформанси неоријентисаних AlNiCo магнета

4.4.1 Оптимизација материјала

Истраживачи стално истражују нове саставе материјала како би побољшали перформансе и стабилност AlNiCo магнета. На пример, додавањем елемената ретких земаља или других елемената у траговима у AlNiCo легуру, коерцитивност и температурна стабилност магнета могу се побољшати, чиме се смањује стопа губитка перформанси.

4.4.2 Унапређење процеса

Побољшање производног процеса је такође важан начин за смањење стопе губитка перформанси. У процесу ливења, оптимизација система хлађења може смањити унутрашња напрезања магнета. У процесу синтеровања, прецизна контрола параметара синтеровања може побољшати густину и магнетна својства магнета.

4.4.3 Површинска обрада

Методе површинске обраде, као што је премазивање, могу заштитити AlNiCo магнет од спољашње средине, смањујући утицај фактора као што су корозија и оксидација на његова магнетна својства. На пример, наношење никлованог слоја на површину AlNiCo магнета може побољшати његову отпорност на корозију и смањити стопу губитка перформанси у влажним срединама.

5. Закључак

Процес оријентације магнетног поља је кључан за одређивање магнетних својстава перманентних магнета, а однос између правца магнетног поља и правца пуњења магнета директно утиче на перформансе магнета у практичним применама. За синтероване NdFeB магнете, прецизна контрола правца пуњења је неопходна за постизање високоперформансних мотора и друге опреме. Иако AlNiCo магнети имају релативно стабилна магнетна својства, неоријентисани AlNiCo магнети и даље имају одређену стопу губитка перформанси под утицајем фактора као што су састав материјала, производни процес и спољашњи услови околине. Оптимизацијом састава материјала, побољшањем производног процеса и усвајањем метода површинске обраде, стопа губитка перформанси неоријентисаних AlNiCo магнета може се ефикасно смањити, чиме се проширује њихов опсег примене у условима високе температуре и другим посебним окружењима. Будућа истраживања могу даље истражити нове материјале и процесе како би се побољшале укупне перформансе магнетних материјала и задовољиле растуће потребе модерне индустрије и технологије.