Застосування спечених постійних магнітів NdFeB в основному залежить від їх магнітних властивостей. Однак через різні середовища та умови використання, окрім вимог до магнітних характеристик, існують також вимоги до механічних та хімічних характеристик магнітів. Наприклад, деякі постійні магніти використовуються у високошвидкісних машинах, що обертаються, і мають витримувати великі відцентрові сили, використовуються у вібраційних середовищах, витримують надзвичайно високе прискорення (3g~5g) або піддаються навантаженню під час встановлення магнітів. Він може лущитися, відпадати, кути або тріщини тощо, тому цілком природно мати вимоги до механічних властивостей магніту.
Що таке механічні властивості матеріалів?
Механічні властивості матеріалів зазвичай включають міцність, твердість, пластичність і в'язкість. Ці параметри механічних властивостей мають різні фізичні значення.
Міцність означає максимальну здатність матеріалу протистояти руйнівній дії зовнішніх сил. Інтенсивність поділяється на різні типи відповідно до різних форм зовнішньої сили:
- Міцність на розрив (міцність на розрив) відноситься до межі міцності, коли зовнішня сила є силою тяги
- Міцність на стиск відноситься до межі міцності, коли зовнішня сила є тиском
- Міцність на вигин відноситься до межі міцності, коли зовнішня сила перпендикулярна до осі матеріалу і викликає згинання матеріалу.
Твердість означає здатність матеріалу локально чинити опір твердим предметам, які втискаються в його поверхню. Це показник для порівняння м'якості та твердості різних матеріалів. Чим вище твердість, тим сильніше здатність металу чинити опір пластичній деформації.
Пластичність — це здатність твердого матеріалу чинити опір деформації під дією певної зовнішньої сили. Матеріал може постійно деформуватися, не руйнуючись під дією зовнішньої сили.
В'язкість - це здатність матеріалу поглинати енергію під час пластичної деформації та розриву. Чим краща міцність, тим менша ймовірність крихкого руйнування. У матеріалознавстві та металургії в'язкість означає стійкість матеріалу до руйнування, коли на нього діє сила, яка спричиняє його деформацію. Це відношення енергії, яку матеріал може поглинути перед розривом, до його об’єму.
Механічні властивості спеченого NdFeB
Спечений NdFeB є крихким матеріалом. Його механічні властивості тверді та крихкі, тобто висока міцність і низька в'язкість. Перед руйнуванням пластична деформація майже не відбувається, тобто руйнується на стадії пружної деформації.
На малюнку нижче наведено порівняння добутку магнітної енергії (BH)m і в’язкості руйнування різних матеріалів постійного магніту. Ми можемо виявити, що спечений NdFeB має найвищий добуток магнітної енергії (BH)m, а в’язкість руйнування все ще порівнянна з Sm2Tm17, SmCo5 та феритовими постійними магнітами, оскільки всі вони є матеріалами з постійними магнітами на основі інтерметалічних сполук і належать до крихких матеріалів. . З’єднані рідкоземельні матеріали постійного магніту, Fe-Cr-Co та магнітна сталь мають найкращу в’язкість до руйнування, але їхній продукт магнітної енергії (BH)m набагато нижчий, ніж у спеченого NdFeB.
Крихкі матеріали зазвичай використовують три показники для опису механічних властивостей матеріалу:
1. В’язкість до руйнування зазвичай відображає міцність, коли тріщини розширюються в матеріалі. Одиниця – МПа·м1/2. Випробування матеріалів на в’язкість руйнування потребує машини для випробування на розтяг, датчика напруги, екстензометра, динамічного тензодатчика з підсиленням сигналу тощо. Крім того, зразок має бути виготовлений у вигляді тонкого листа.
2. Ударна в'язкість (ударна в'язкість руйнування) відображає енергію, поглинену матеріалом у процесі руйнування під дією ударної напруги. Одиниця - Дж/м2. Виміряне значення ударної міцності є надто чутливим до розміру, форми, точності обробки та умов випробування зразка, тому розкид виміряного значення буде відносно великим.
3. Міцність на вигин вимірюється методом триточкового згину. Оскільки зразок легко обробляти, а вимірювання просте, його найчастіше використовують для опису механічних властивостей спечених магнітів NdFeB.
Характеристики високої міцності та низької в'язкості спечених матеріалів постійного магніту NdFeB визначаються їх кристалічною структурою. Крім того, наступні два фактори впливатимуть на міцність на вигин спечених постійних магнітів NdFeB, а також є способами покращити їх міцність.
1. Вміст Nd має певний вплив на міцність спеченого NdFeB. Експериментальні результати показують, що за певних умов чим вищий вміст Nd, тим вище міцність матеріалу.
2. Додавання інших металевих елементів має певний вплив на міцність спеченого NdFeB. Коли додається певна кількість Ti, Nb або Cu, покращується ударна в’язкість постійного магніту; коли додається невелика кількість Co, міцність постійного магніту на вигин покращується.
Комплексні механічні властивості спеченого NdFeB недостатньо високі, що є однією з важливих причин, що обмежують його застосування в більш широких областях. Якщо міцність продукту можна покращити, забезпечуючи покращення або незмінність магнітних властивостей, це призведе до того, що спечений NdFeB у військовій, аерокосмічній та інших галузях відіграватиме більшу роль і вступить у новий період розвитку.