Primjena sinteriranih NdFeB trajnih magneta uglavnom se oslanja na njihova magnetska svojstva. Međutim, zbog različitih okruženja i uvjeta uporabe, osim zahtjeva za magnetsku učinkovitost, postoje i zahtjevi za mehaničku i kemijsku učinkovitost za magnete. Na primjer, neki trajni magneti koriste se u rotirajućim strojevima velike brzine i moraju izdržati velike centrifugalne sile, koriste se u okruženjima s vibracijama, podnose ekstremno veliko ubrzanje (3g~5g) ili su izloženi naprezanju prilikom postavljanja magneta. Može se oljuštiti, otpasti, ugloviti ili popucati, itd., pa je prirodno imati zahtjeve za mehanička svojstva magneta.
Koja su mehanička svojstva materijala?
Mehanička svojstva materijala općenito uključuju čvrstoću, tvrdoću, plastičnost i žilavost. Ovi parametri mehaničkih svojstava imaju različito fizičko značenje.
Čvrstoća se odnosi na maksimalnu sposobnost materijala da se odupre štetnim učincima vanjskih sila. Intenzitet se dijeli na različite vrste prema različitim oblicima vanjske sile:
- Vlačna čvrstoća (vlačna čvrstoća) odnosi se na granicu čvrstoće kada je vanjska sila vučna sila
- Čvrstoća na pritisak odnosi se na granicu čvrstoće kada je vanjska sila tlak
- Čvrstoća na savijanje odnosi se na granicu čvrstoće kada je vanjska sila okomita na os materijala i uzrokuje savijanje materijala.
Tvrdoća se odnosi na sposobnost materijala da lokalno odoli tvrdim predmetima od utiskivanja na njegovu površinu. To je pokazatelj za usporedbu mekoće i tvrdoće različitih materijala. Što je veća tvrdoća, veća je sposobnost metala da se odupre plastičnim deformacijama.
Plastičnost se odnosi na sposobnost čvrstog materijala da se odupre deformaciji pod djelovanjem određene vanjske sile. Materijal se može trajno deformirati bez uništenja pod djelovanjem vanjske sile.
Žilavost predstavlja sposobnost materijala da apsorbira energiju tijekom plastične deformacije i loma. Što je žilavost bolja, manja je vjerojatnost da će doći do krhkog loma. U znanosti o materijalima i metalurgiji, žilavost se odnosi na otpornost materijala na lom kada je podvrgnut sili koja uzrokuje njegovu deformaciju. To je omjer energije koju materijal može apsorbirati prije razbijanja i njegovog volumena.
Mehanička svojstva sinteriranog NdFeB
Sinterirani NdFeB je krhki materijal. Njegova mehanička svojstva su tvrda i krta, odnosno velika čvrstoća i niska žilavost. Gotovo da nema plastične deformacije prije loma, odnosno lomi se u fazi elastične deformacije.
Donja slika je usporedba produkta magnetske energije (BH)m i otpornosti na lom različitih materijala s permanentnim magnetima. Možemo otkriti da sinterirani NdFeB ima najveći produkt magnetske energije (BH)m, a žilavost loma još uvijek je usporediva s Sm2Tm17, SmCo5 i feritnim trajnim magnetima, jer su svi materijali s trajnim magnetima koji se temelje na intermetalnim spojevima i pripadaju krhkim materijalima . Vezani materijali s trajnim magnetima rijetkih zemalja, Fe-Cr-Co i magnetski čelik imaju najbolju žilavost loma, ali je njihov produkt magnetske energije (BH)m mnogo niži od produkta sinteriranog NdFeB.
Krhki materijali obično koriste tri pokazatelja za opisivanje mehaničkih svojstava materijala:
1. Žilavost loma obično odražava čvrstoću kada se pukotine šire u materijalu. Jedinica je MPa·m1/2. Ispitivanje lomne žilavosti materijala zahtijeva stroj za ispitivanje rastezanja, senzor naprezanja, ekstenzometar, dinamički mjerač naprezanja s pojačanjem signala itd. Osim toga, uzorak se mora izraditi u tanki list.
2. Udarna čvrstoća (udarna lomna žilavost) odražava energiju koju je materijal apsorbirao tijekom procesa loma pod djelovanjem udarnog naprezanja. Jedinica je J/m2. Izmjerena vrijednost udarne čvrstoće previše je osjetljiva na veličinu, oblik, točnost obrade i ispitno okruženje uzorka, a disperzija izmjerene vrijednosti bit će relativno velika.
3. Čvrstoća na savijanje mjeri se metodom savijanja u tri točke. Budući da je uzorak jednostavan za obradu i mjerenje jednostavno, najčešće se koristi za opisivanje mehaničkih svojstava sinteriranih NdFeB magneta.
Karakteristike visoke čvrstoće i niske žilavosti sinteriranih NdFeB materijala s trajnim magnetima određene su njihovom kristalnom strukturom. Osim toga, sljedeća dva čimbenika utjecat će na čvrstoću savijanja sinteriranih NdFeB trajnih magneta i također su načini za poboljšanje njihove čvrstoće.
1. Sadržaj Nd ima određeni utjecaj na čvrstoću sinteriranog NdFeB. Eksperimentalni rezultati pokazuju da pod određenim uvjetima, što je veći sadržaj Nd, veća je čvrstoća materijala.
2. Dodavanje drugih metalnih elemenata ima određeni utjecaj na čvrstoću sinteriranog NdFeB. Kada se doda određena količina Ti, Nb ili Cu, poboljšava se udarna žilavost trajnog magneta na lom; kada se doda mala količina Co, poboljšava se čvrstoća na savijanje trajnog magneta.
Sveobuhvatna mehanička svojstva sinteriranog NdFeB nisu dovoljno visoka, što je jedan od važnih razloga koji ograničavaju njegovu primjenu u širim područjima. Ako se žilavost proizvoda može poboljšati uz osiguravanje da su magnetska svojstva poboljšana ili nepromijenjena, to će učiniti da sinterirani NdFeB u vojsci, zrakoplovstvu i drugim područjima igra veću ulogu i ući će u novo razdoblje razvoja.