永磁材料性能稳不稳定,这可是永磁材料的一个重要指标呢。啥叫稳定性呢?就是磁体充磁之后,在内外因素影响下磁性能发生改变的这么个过程,一般用性能指标的变化率来表示。像温度、时间、电磁场、辐射、机械振动与冲击这些,都是常见的让磁性能发生变化的原因。下面咱们就来了解一下永磁材料的时间稳定性吧。 磁体要是长时间工作或者放着,周围的环境,像温度啊、湿度啊、腐蚀性液体啥的,可能会让磁体的物理和化学性质改变。永磁体充磁之后,大部分区域都被磁化到特定方向了,但是还有些小磁畴的磁化方向是乱的,这就叫反磁化核。在各种环境因素的作用下,原来的反磁化核会变大,还会产生新的反磁化核,这么一来永磁体的磁性能就衰减了。这种改变呢,一般是从表面慢慢往里面变的,而且是不能恢复的,会直接影响磁体的主要性能参数,像剩磁、内禀矫顽力、矫顽力或者**磁能积,严重的话磁体就完全不能用了。这种磁性能的损失是恢复不了的,就算再给磁体充磁,也没法恢复到长时间放置之前的水平了。这几年,钕铁硼永磁材料在航天航空、电动汽车、大功率风力发电这些对使用寿命要求比较长的领域用得越来越多了,搞应用设计的人对钕铁硼永磁体的时间稳定性也越来越重视了。
芬兰学者在2013年发布的一项研究结果显示,在室温环境下放置1年(10000h)的烧结钕铁硼磁体(HcJ=15.6kOe),不同Pc值的样品(Pc=-0.33,-1.1,-3.3)均没有任何可察觉的磁化损失。而三环研究院也进行了类似的测量研究,历时长达12年多(4441天),实验用的烧结钕铁硼磁体内禀矫顽力HcJ=18kOe,样品为边长10.2mm的无镀层立方体,磁导系数Pc=-2(点击磁矩、磁通与剩磁了解什么是Pc值),样品数量为8件,直接暴露在实验室所处的大气环境中,温度在22℃~28℃之间,12年内每年进行一次观察和测量。
胡伯平,饶晓雷,王亦忠. 稀土永磁材料(上册)[M]. 北京:冶金工业出版社,2017.289-290
从以上数据中可以发现,前6年所测量到的相对磁通损失基本不大,在2208天(约6年)附近出现拐点。从外观看,放置6年后的黑片磁体表面可见锈斑,这意味着磁体表面及内部已经开始氧化腐蚀,随着时间的推移,其氧化或腐蚀范围会不断地扩大,性能衰减的速率也明显加快。此外,该实验还将磁通损失从目前已测量的4441天(12年零2个月)外推到30-50年,30年预计磁通损失不足1%,50年的磁通损失约1.3%,2%对应的时间大约为150年。(上图空心圆点)
这个结果表明,如果将磁体的使用寿命定义为磁通损失率等于5%所对应的时间的话,即使磁体处于表面未做耐腐蚀涂覆,目前被测量的烧结钕铁硼磁体仍有非常长的寿命,保守估计也在30-50年。
从上图中不难发现,相同Pc值下,磁体存放温度越高,相对磁通损失下降速度越快。Pc绝对值较低的磁体初始磁化损失和长时间磁化损失都明显大于Pc较高的磁体,且温度升高两类损失都大幅增长,在因技术和成本原因不能进一步提升HcJ的情况下,将Pc绝对值提高可以有效抑制磁化损失。
从不同HcJ、不同Pc磁体在不同温度下的相对磁化损失的时间关系中可以看出,HcJ对高温磁化损失有重要影响,HcJ越高磁化损失越低,高温稳定性要求磁体必须具有较高的HcJ。与此同时磁导系数Pc也能决定磁体的高温长时间磁化损失。
The stability of permanent magnet materials is an important indicator. What is stability? It refers to the process by which magnetic properties change under the influence of internal and external factors after magnetization, usually expressed as the rate of change in performance indicators. Common causes of changes in magnetic properties include temperature, time, electromagnetic fields, radiation, mechanical vibrations, and shocks. Let's now understand the temporal stability of permanent magnets. If a magnet works for a long time or is left unused, the surrounding environment, such as temperature, humidity, corrosive liquids, etc., may cause changes in the physical and chemical properties of the magnet. After magnetization, most regions of a permanent magnet are magnetized in a specific direction, but there are still some small magnetic domains with random magnetization directions called demagnetization cores. Under the action of various environmental factors, the original demagnetization cores will grow larger and new ones will be produced, resulting in a decline in the magnetic performance of the permanent magnet. This change generally occurs gradually from the surface inward and is irreversible, directly affecting key performance parameters such as residual magnetism, intrinsic coercivity, coercivity, or maximum magnetic energy product. In severe cases, the magnet becomes completely unusable. This loss of magnetic performance cannot be recovered, even if the magnet is re-magnetized; it cannot return to its pre-long-term storage level. In recent years, NdFeB permanent magnets have been increasingly used in industries with longer service life requirements, such as aerospace, electric vehicles, and large-scale wind power generation. Application designers are paying more attention to the temporal stability of NdFeB permanent magnets.