Која су специфична физичка значења параметара као што су резидуални магнетизам (Br), коерцитивна сила (Hc) и максимални магнетни енергетски производ (BHmax)? Како проценити квалитет магнета кроз ове параметре?

1. Резидуални магнетизам (Br)

Физичко значење

Резидуални магнетизам (Br), такође назван  реманентност , је густина магнетног флукса (B) која остаје у магнету након што је намагнетизован до засићења, а затим се спољашње магнетно поље (H) смањи на нулу. Мери се у  Тесла (Т)  или  Гаус (G)  (1 T = 10,000 G).

• Порекло Br настаје поравнањем магнетних домена у материјалу током магнетизације. Када се спољашње поље уклони, неки домени остају поравнати због јаке магнетокристалне анизотропије и интеракција размене, задржавајући нето магнетни момент.
• Значај Br представља „излазну снагу“ магнета у одсуству спољашњег поља. Већи Br значи да магнет може генерисати јаче магнетно поље без помоћи.

Фактори који утичу на Бр

• Састав материјала Чисти Nd₂Fe₁₄B има висок садржај Br (~1.3–1,4 Т), али легирање са Dy или Tb може мало смањити Br уз побољшање коерцитивности.
• Кристална структура Тетрагонална структура NdFeB пружа јаку једноосну анизотропију, појачавајући Br.
• Микроструктура Величина зрна, оријентација и дефекти утичу на поравнање домена. Монокристални или високо оријентисани поликристални магнети показују већи Br.
• Температура Br се смањује са повећањем температуре због термичког узнемирања које нарушава поравнање домена.

Типичне вредности

• NdFeB (разред N52) Br &асимп; 1.45–1.50 T
• SmCo (тип 2:17) Br &асимп; 1.00–1.15 T
• Ферит (SrFe₁₂O₁₉) Br &асимп; 0.35–0.45 T

2. Коерцитивна сила (Hc)

Физичко значење

Коерцитивна сила (Hc) је спољашње магнетно поље (H) потребно да се резидуални магнетизам (Br) смањи на нулу након засићења. Мери се у  А/м  или  Ерстед (Oe)  (1 А/м &асимп; 0,0125 Ое).

• Врсте :
  • Нормална коерцитивност (Hcb) Поље потребно за демагнетизацију магнета дуж његове лаке осе (c-оса у NdFeB).
  • Интринзичка коерцитивност (Hci) Поље потребно за обрнуто намагнетизовање појединачних зрна, што одражава отпорност материјала на неповратну демагнетизацију. Hci је увек ≥ Hcb.
• Значај Hc одређује способност магнета да се одупре демагнетизацији услед спољашњих поља, термичких флуктуација или механичког напрезања. Висок Hc је кључан за примене које укључују обрнута поља или високе температуре.

Фактори који утичу на Хц

• Магнетокристална анизотропија Материјали са високом анизотропијом (нпр. NdFeB, SmCo) имају виши Hc.
• Фаза границе зрна Код синтерованих NdFeB магнета, фаза граница зрна богата Nd изолује зрна, смањујући интергрануларну размену спрезања и повећавајући Hc.
• Допирање тешким ретким земним елементима (HRE) Додавање Dy или Tb облика (Nd,Dy)₂Fe₁₄B фаза са већом анизотропијом, појачавајући Hci.
• Температура Hc се смањује са температуром због смањених енергетских баријера анизотропије.

Типичне вредности

• NdFeB (разред N52) Hcb &асимп; 955 kA/m (12 kOe), Hci &асимп; 2100 kA/m (26,4 kOe)
• SmCo (тип 2:17) Hcb &асимп; 796 kA/m (10 kOe), Hci &асимп; 1592 kA/m (20 kOe)
• Ферит Хцб &асимптом; 159–239 kA/m (2–3 kOe)

3. Максимални производ магнетне енергије (BHmax)

Физичко значење

The  максимални производ магнетне енергије (BHmax)  је вршна вредност производа густине магнетног флукса (B) и јачине магнетног поља (H) на  крива демагнетизације (BH крива) . Мери се у  Ј/м³ или  МГОе  (1 МГОе &асимп; 7,96 кЈ/м³).

• Физичка интерпретација BHmax представља максималну енергију ускладиштену у магнетном пољу по јединици запремине. Већи BHmax значи да магнет може да пружи више механичког рада (нпр. у моторима) или да одржи јаче поље са мање материјала.
• Израчунавање BHmax се налази множењем B и H у свакој тачки криве демагнетизације и идентификовањем максималне вредности.

Значај

• Ефикасност BHmax је најкритичнији параметар за процену перформанси магнета. Магнет са високим BHmax-ом захтева мању запремину да би постигао исту јачину поља, штедећи простор и тежину.
• Исплативост Магнети са вишим BHmax-ом често оправдавају своју вишу цену због смањене потрошње материјала.

Фактори који утичу на BHmax

• Равнотежа Br и Hc BHmax је максималан када магнет ради близу „колена“ криве демагнетизације, где су и B и H високи. Ово захтева оптималну равнотежу између Br и Hc.
• Чистоћа материјала Нечистоће смањују BHmax увођењем дефеката који ремете поравнање домена.
• Процес производње Вруће пресовање, пресовање у калупу или дифузија по границама зрна могу побољшати BHmax побољшањем микроструктурне уједначености.

Типичне вредности

• NdFeB (разред N52) BHmax &асимптом; 400–420 kJ/m³³ (50–52 МГОе)
• SmCo (тип 2:17) BHmax &асимптом; 240–280 kJ/m³³ (30–35 МГОе)
• Ферит BHmax &асимптом; 28–36 kJ/m²³ (3.5–4,5 MGOe)

4. Процена квалитета магнета помоћу ових параметара

Кључни критеријуми

1. Високи Бр : Означава стварање јаког магнетног поља.
2. Висок Хц (посебно Хцил) Обезбеђује отпорност на демагнетизацију.
3. Висок BHmax Одражава укупну густину енергије и ефикасност.

Компромиси и оптимизација

• Бр против Хц Повећање Hc (нпр. додавањем Dy) често смањује Br због нижег магнетног момента Dy у поређењу са Nd. Произвођачи морају да уравнотеже ово за специфичне примене.
• Стабилност температуре Магнети високих температура (нпр. за вучне моторе електричних возила) дају предност Hci у односу на Br, прихватајући нешто нижи BHmax.
• Ограничења трошкова Високоперформансни NdFeB магнети (нпр., квалитет N52SH) су скупи због додатака HRE. Магнети нижег квалитета (нпр. N35) могу бити довољни за мање захтевне примене.

Анализа криве демагнетизације

The  БХ крива  (или хистерезисна петља) пружа потпуну слику перформанси магнета:

• Однос квадратности (Br/Bsat) Однос близак 1 указује на минимално кретање зидова домена, што одражава високу коерцитивност.
• Реверзибилност Линеарна BH крива близу координатног почетка указује на добру термичку стабилност.
• Тачка колена BHmax се јавља близу „колена“ где се крива нагло савија надоле, што указује на почетак неповратне демагнетизације.

Практични примери

• Мотори електричних возила Захтева висок BHmax (>400 kJ/m³³) и Hci (>2000 kA/m) за ефикасан рад на повишеним температурама.
• Магнети за звучнике Дајте предност високом Br (>1,2 Т) за јак звучни излаз, са умереним Hc (~800 kA/m).
• Заптивке за фрижидер Користите јефтине феритне магнете са довољно Br (~0,3 T) и Hc (~200 kA/m) за основно магнетно држање.

5. Напредна разматрања

Температурни коефицијенти

• Br температурни коефицијент (α) Типично -0,12 до -0,10 %/°C за NdFeB, што значи да се Br смањује за ~1% по 10°Пораст Ц.
• Hc температурни коефицијент (&бета;) Негативније него α (нпр. -0,6 %/°C за NdFeB), што Hc чини веома осетљивим на температуру.
• Компензација Високотемпературне класе (нпр. N52SH) користе HRE допирање да би се смањила &бета;.

Отпорност на корозију

• NdFeB је склон оксидацији због свог реактивног садржаја Nd. Премази (Ni, Zn, епоксид) или легирање са Cu/Al побољшавају издржљивост, али не утичу директно на Br, Hc или BHmax.

Механичка својства

• Крхки материјали попут NdFeB захтевају пажљиво руковање током монтаже. Флексибилни магнети (нпр. везани NdFeB) жртвују део BHmax-а за побољшану обрадивост.

Закључак

Параметри  Бр ,  Хц и  БХмакс  су фундаментални за процену квалитета сталних магнета:

• Бр  одређује јачину поља.
• Хц  обезбеђује отпорност на демагнетизацију.
• БХмакс  одражава укупну густину енергије и ефикасност.

Висококвалитетни магнети оптимизују ове параметре за специфичне примене, балансирајући компромисе између перформанси, температурне стабилности и цене. Напредне технике попут дифузије на границама зрна и адитивне производње настављају да померају границе перформанси магнета, омогућавајући иновације у обновљивим изворима енергије, транспорту и медицинским технологијама. Разумевање ових параметара је неопходно за избор правог магнета за било коју дату примену.