Die Anwendung gesinterter NdFeB-Permanentmagnete beruht hauptsächlich auf ihren magnetischen Eigenschaften. Aufgrund unterschiedlicher Einsatzumgebungen und -bedingungen gibt es jedoch neben den magnetischen Leistungsanforderungen auch mechanische und chemische Leistungsanforderungen an die Magnete. Beispielsweise werden einige Permanentmagnete in rotierenden Maschinen mit hoher Geschwindigkeit verwendet und müssen großen Zentrifugalkräften standhalten, werden in Vibrationsumgebungen eingesetzt, halten extrem hohen Beschleunigungen (3 g bis 5 g) stand oder sind beim Einbau der Magnete Belastungen ausgesetzt. Es kann sich ablösen, abfallen, Ecken oder Risse bilden usw. Daher ist es selbstverständlich, dass Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften des Magneten gestellt werden.
Was sind die mechanischen Eigenschaften von Materialien?
Zu den mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen zählen im Allgemeinen Festigkeit, Härte, Plastizität und Zähigkeit. Diese mechanischen Eigenschaftsparameter haben unterschiedliche physikalische Bedeutungen.
Unter Festigkeit versteht man die maximale Fähigkeit eines Materials, den schädlichen Auswirkungen äußerer Kräfte zu widerstehen. Die Intensität wird entsprechend den verschiedenen Formen der äußeren Kraft in verschiedene Typen unterteilt:
- Zugfestigkeit (Zugfestigkeit) bezieht sich auf die Festigkeitsgrenze, wenn die äußere Kraft eine Zugkraft ist
- Druckfestigkeit bezieht sich auf die Festigkeitsgrenze, wenn eine äußere Kraft Druck ist
- Die Biegefestigkeit bezieht sich auf die Festigkeitsgrenze, wenn eine äußere Kraft senkrecht zur Achse des Materials wirkt und eine Biegung des Materials verursacht.
Unter Härte versteht man die Fähigkeit eines Materials, lokal dem Eindrücken harter Gegenstände in seine Oberfläche zu widerstehen. Es ist ein Indikator zum Vergleich der Weichheit und Härte verschiedener Materialien. Je höher die Härte, desto stärker ist die Fähigkeit des Metalls, plastischer Verformung zu widerstehen.
Unter Plastizität versteht man die Fähigkeit eines festen Materials, einer Verformung unter einer bestimmten äußeren Kraft zu widerstehen. Ein Material kann sich unter Einwirkung äußerer Kraft dauerhaft verformen, ohne dass es zerstört wird.
Zähigkeit stellt die Fähigkeit eines Materials dar, bei plastischer Verformung und Bruch Energie zu absorbieren. Je besser die Zähigkeit ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Sprödbruch auftritt. In der Materialwissenschaft und Metallurgie bezieht sich Zähigkeit auf die Bruchfestigkeit eines Materials, wenn es einer Kraft ausgesetzt wird, die zu einer Verformung führt. Es ist das Verhältnis der Energie, die das Material absorbieren kann, bevor es zerbricht, zu seinem Volumen.
Mechanische Eigenschaften von gesintertem NdFeB
Gesintertes NdFeB ist ein sprödes Material. Seine mechanischen Eigenschaften sind hart und spröde, also hohe Festigkeit und geringe Zähigkeit. Vor dem Bruch findet nahezu keine plastische Verformung statt, d. h. es bricht während der elastischen Verformungsphase.
Die folgende Abbildung ist ein Vergleich des magnetischen Energieprodukts (BH)m und der Bruchzähigkeit verschiedener Permanentmagnetmaterialien. Wir können feststellen, dass gesintertes NdFeB das höchste magnetische Energieprodukt (BH)m aufweist und die Bruchzähigkeit immer noch mit Sm2Tm17-, SmCo5- und Ferrit-Permanentmagneten vergleichbar ist, da es sich bei allen um Permanentmagnetmaterialien handelt, die auf intermetallischen Verbindungen basieren und zu den spröden Materialien gehören . Verbundene Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien, Fe-Cr-Co und magnetischer Stahl weisen die beste Bruchzähigkeit auf, ihr magnetisches Energieprodukt (BH)m ist jedoch viel niedriger als das von gesintertem NdFeB.
Bei spröden Materialien werden üblicherweise drei Indikatoren verwendet, um die mechanischen Eigenschaften des Materials zu beschreiben:
1. Die Bruchzähigkeit spiegelt normalerweise die Festigkeit wider, wenn sich Risse im Material ausdehnen. Die Einheit ist MPa·m1/2. Für die Bruchzähigkeitsprüfung von Materialien sind eine Zugprüfmaschine, ein Spannungssensor, ein Dehnungsmesser, ein dynamischer Dehnungsmessstreifen mit Signalverstärkung usw. erforderlich. Darüber hinaus muss die Probe zu einem dünnen Blech verarbeitet werden.
2. Die Schlagzähigkeit (Schlagbruchzähigkeit) spiegelt die Energie wider, die das Material während des Bruchvorgangs unter Einwirkung von Schlagbeanspruchung aufnimmt. Die Einheit ist J/m2. Der gemessene Wert der Schlagfestigkeit reagiert zu empfindlich auf die Größe, Form, Verarbeitungsgenauigkeit und Testumgebung der Probe, und die Streuung des gemessenen Werts ist relativ groß.
3. Die Biegefestigkeit wird nach der Dreipunktbiegemethode gemessen. Da die Probe leicht zu verarbeiten und die Messung einfach ist, wird es am häufigsten zur Beschreibung der mechanischen Eigenschaften gesinterter NdFeB-Magnete verwendet.
Die hohen Festigkeits- und geringen Zähigkeitseigenschaften gesinterter NdFeB-Permanentmagnetmaterialien werden durch ihre Kristallstruktur bestimmt. Darüber hinaus wirken sich die folgenden zwei Faktoren auf die Biegefestigkeit gesinterter NdFeB-Permanentmagnete aus und bieten auch Möglichkeiten, deren Festigkeit zu verbessern.
1. Der Nd-Gehalt hat einen gewissen Einfluss auf die Festigkeit von gesintertem NdFeB. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen die Festigkeit des Materials umso höher ist, je höher der Nd-Gehalt ist.
2. Die Zugabe anderer Metallelemente hat einen gewissen Einfluss auf die Festigkeit von gesintertem NdFeB. Wenn eine bestimmte Menge Ti, Nb oder Cu hinzugefügt wird, wird die Schlagbruchzähigkeit des Permanentmagneten verbessert; Wenn eine kleine Menge Co hinzugefügt wird, wird die Biegefestigkeit des Permanentmagneten verbessert.
Die umfassenden mechanischen Eigenschaften von gesintertem NdFeB sind nicht hoch genug, was einer der wichtigen Gründe ist, die seine Anwendung in größeren Bereichen einschränken. Wenn die Zähigkeit des Produkts verbessert und gleichzeitig sichergestellt werden kann, dass die magnetischen Eigenschaften verbessert oder unverändert bleiben, wird das gesinterte NdFeB im Militär, in der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen eine größere Rolle spielen und in eine neue Entwicklungsphase eintreten.