Uporaba sintranih trajnih magnetov NdFeB je v glavnem odvisna od njihovih magnetnih lastnosti. Vendar pa zaradi različnih okolij in pogojev uporabe poleg zahtev glede magnetne učinkovitosti obstajajo tudi zahteve glede mehanske in kemične učinkovitosti magnetov. Na primer, nekateri trajni magneti se uporabljajo v visokohitrostnih vrtljivih strojih in morajo prenesti velike centrifugalne sile, se uporabljajo v okoljih z tresljaji, vzdržijo izjemno visoke pospeške (3g~5g) ali pa so izpostavljeni obremenitvam pri nameščanju magnetov. Lahko se odlušči, odpade, zarobi ali poči itd., zato je naravno, da imamo zahteve glede mehanskih lastnosti magneta.
Kakšne so mehanske lastnosti materialov?
Mehanske lastnosti materialov na splošno vključujejo trdnost, trdoto, plastičnost in žilavost. Ti parametri mehanskih lastnosti imajo različne fizikalne pomene.
Trdnost se nanaša na največjo sposobnost materiala, da se upre škodljivim učinkom zunanjih sil. Intenzivnost je razdeljena na različne vrste glede na različne oblike zunanje sile:
- Natezna trdnost (natezna trdnost) se nanaša na mejo trdnosti, ko je zunanja sila vlečna sila
- Tlačna trdnost se nanaša na mejo trdnosti, ko je zunanja sila tlak
- Upogibna trdnost se nanaša na mejo trdnosti, ko je zunanja sila pravokotna na os materiala in povzroči upogibanje materiala.
Trdota se nanaša na sposobnost materiala, da se lokalno upre trdim predmetom, da bi jih pritisnili na njegovo površino. Je indikator za primerjavo mehkobe in trdote različnih materialov. Višja kot je trdota, močnejša je sposobnost kovine, da se upre plastičnim deformacijam.
Plastičnost se nanaša na sposobnost trdnega materiala, da se upre deformaciji pod določeno zunanjo silo. Material se lahko trajno deformira, ne da bi bil pod vplivom zunanje sile uničen.
Žilavost predstavlja sposobnost materiala, da absorbira energijo med plastično deformacijo in zlomom. Boljša kot je žilavost, manjša je verjetnost, da bo prišlo do krhkega zloma. V znanosti o materialih in metalurgiji se žilavost nanaša na odpornost materiala na zlom, ko je izpostavljen sili, ki povzroči deformacijo. Je razmerje med energijo, ki jo material lahko absorbira, preden se zlomi, in njegovo prostornino.
Mehanske lastnosti sintranega NdFeB
Sintrani NdFeB je krhek material. Njegove mehanske lastnosti so trde in krhke, to je visoka trdnost in nizka žilavost. Pred zlomom skoraj ni plastične deformacije, to pomeni, da se zlomi v fazi elastične deformacije.
Spodnja slika je primerjava produkta magnetne energije (BH)m in lomne žilavosti različnih materialov s trajnimi magneti. Ugotovimo lahko, da ima sintrani NdFeB največji produkt magnetne energije (BH)m, lomna žilavost pa je še vedno primerljiva s Sm2Tm17, SmCo5 in feritnimi trajnimi magneti, saj so vsi trajni magnetni materiali na osnovi intermetalnih spojin in spadajo med krhke materiale. . Vezani materiali s trajnimi magneti redkih zemelj, Fe-Cr-Co in magnetno jeklo imajo najboljšo lomno žilavost, vendar je njihov produkt magnetne energije (BH)m veliko nižji kot pri sintranem NdFeB.
Krhki materiali običajno uporabljajo tri indikatorje za opis mehanskih lastnosti materiala:
1. Zlomna žilavost običajno odraža trdnost, ko se razpoke razširijo v materialu. Enota je MPa·m1/2. Preskus lomne žilavosti materialov zahteva napravo za natezno testiranje, senzor napetosti, ekstenzometer, dinamični merilnik napetosti z ojačanjem signala itd. Poleg tega je treba vzorec narediti v tanko ploščo.
2. Udarna trdnost (udarna lomna žilavost) odraža energijo, ki jo absorbira material med lomnim procesom pod vplivom udarne napetosti. Enota je J/m2. Izmerjena vrednost udarne trdnosti je preveč občutljiva na velikost, obliko, natančnost obdelave in preskusno okolje vzorca, zato bo razpršitev izmerjene vrednosti razmeroma velika.
3. Upogibna trdnost se meri s tritočkovno upogibno metodo. Ker je vzorec enostaven za obdelavo in je merjenje preprosto, se najpogosteje uporablja za opis mehanskih lastnosti sintranih NdFeB magnetov.
Značilnosti visoke trdnosti in nizke žilavosti sintranih materialov trajnega magneta NdFeB določa njihova kristalna struktura. Poleg tega bosta naslednja dva dejavnika vplivala na upogibno trdnost sintranih trajnih magnetov NdFeB in sta tudi načina za izboljšanje njihove trdnosti.
1. Vsebnost Nd ima določen vpliv na trdnost sintranega NdFeB. Eksperimentalni rezultati kažejo, da pod določenimi pogoji, večja kot je vsebnost Nd, večja je trdnost materiala.
2. Dodajanje drugih kovinskih elementov ima določen vpliv na trdnost sintranega NdFeB. Ko se doda določena količina Ti, Nb ali Cu, se udarna lomna žilavost trajnega magneta izboljša; ko se doda majhna količina Co, se izboljša upogibna trdnost trajnega magneta.
Celovite mehanske lastnosti sintranega NdFeB niso dovolj visoke, kar je eden od pomembnih razlogov, ki omejuje njegovo uporabo na širših področjih. Če je mogoče izboljšati žilavost izdelka in hkrati zagotoviti, da so magnetne lastnosti izboljšane ali nespremenjene, bo sintrani NdFeB v vojski, vesolju in na drugih področjih igral večjo vlogo in vstopil v novo obdobje razvoja.