Bei permanentmagnetischen Werkstoffen wie NdFeB nutzen wir vor allem deren Fähigkeit, Magnetismus zu erzeugen und zu bewahren, die grundlegendste Funktionsanforderung an magnetische Werkstoffe. Wie lässt sich also die Fähigkeit von Magneten messen, Magnetismus zu erzeugen und zu bewahren? Wir verwenden üblicherweise vier Indikatoren: Remanenz Br, Koerzitivfeldstärke Hcb, intrinsische Koerzitivfeldstärke Hcj und maximales magnetisches Energieprodukt BH (max).
Um die oben genannten Indikatoren wirklich zu verstehen, müssen wir zunächst die Entmagnetisierungskurve verstehen. Da permanentmagnetische Materialien zunächst magnetisiert werden müssen, müssen die magnetisierten Permanentmagnete während des Gebrauchs verschiedenen Faktoren standhalten, die sich negativ auf den Magnetismus auswirken. Die Entmagnetisierungskurve kann die Gesamtleistung des Magneten effektiv widerspiegeln.
Das obige Bild zeigt eine typische Hystereseschleife eines Permanentmagneten. Der erste Quadrant stellt die Magnetisierungskurve dar, der zweite die Entmagnetisierungskurve, der dritte die Rückmagnetisierungskurve und der vierte die Rückentmagnetisierungskurve. Die horizontale Achse repräsentiert die äußere Magnetfeldstärke H, die vertikale die magnetische Induktionsstärke B und die magnetische Polarisationsstärke J. [Vereinfacht ausgedrückt ist die magnetische Induktionsstärke B die Summe des äußeren und inneren Magnetfelds des Magneten, die magnetische Polarisationsstärke J das innere Magnetfeld des Magneten.]
Die vier magnetischen Leistungsparameter Remanenz, Koerzitivkraft, intrinsische Koerzitivkraft und maximales magnetisches Energieprodukt werden alle aus der Entmagnetisierungskurve abgeleitet. Die rote Linie im obigen Bild wird als JH-Entmagnetisierungskurve (die Kurve der Änderung der magnetischen Polarisationsintensität J und des externen Magnetfelds H) bezeichnet, auch als intrinsische Entmagnetisierungskurve, und die blaue Linie wird als BH-Entmagnetisierungskurve (die Kurve der Änderung der magnetischen Induktionsintensität B und des externen Magnetfelds H) bezeichnet. Wir verwenden kleine Kästchen, um magnetische Domänen darzustellen. Magnetische Domänen können als winzige Magnete betrachtet werden. Ein Magnet besteht aus vielen magnetischen Domänen. Der Pfeil ist die C-Achse der spontanen Magnetisierungsrichtung der magnetischen Domäne. Bei einem Permanentmagneten in einem magnetisch neutralen Zustand (vereinfacht ausgedrückt, einem Magneten, der nicht geladen wurde) befinden sich die meisten magnetischen Domänen in denselben Koordinaten, aber ihre Richtungen heben sich gegenseitig auf, sodass nach außen kein Magnetismus sichtbar ist, wie in Abbildung 1 gezeigt.
Abbildung 1.
Wird ein Magnetfeld entlang der Magnetisierungsrichtung angelegt, verschieben und rotieren die magnetischen Domänen allmählich durch die Domänenwand, um ihre C-Achsenrichtungen zu stabilisieren (siehe Abbildung 2). Dies ist die Magnetisierungskurve. Der Wert der magnetischen Polarisationsintensität, der dem Magneten bei Sättigungsmagnetisierung entspricht, wird als magnetische Sättigungspolarisationsintensität Js bezeichnet.
Abbildung 2
Wenn der Magnet gesättigt ist und das externe Magnetfeld entfernt wird, ist aus der Abbildung ersichtlich, dass die meisten magnetischen Domänen noch dieselbe Richtung beibehalten und ein kleiner Teil sich leicht dreht, die Hauptrichtung jedoch unverändert bleibt, wie in Abbildung 3 gezeigt. Auf diese Weise behalten die magnetische Induktionsintensität und die magnetische Polarisationsintensität des Magneten beide hohe Werte bei. Dieser Wert wird als verbleibende magnetische Induktionsintensität Br oder verbleibende magnetische Polarisationsintensität Jr bezeichnet. Intuitiv versteht man Folgendes: Wenn das externe Magnetfeld vom gesättigten Magneten entfernt wird, bleibt die verbleibende magnetische Induktionsintensität B oder magnetische Polarisationsintensität J des Magneten erhalten. Wenn das externe Magnetfeld H 0 ist, ist Br = Jr. Wir verwenden häufig Br, um dies zu beschreiben, was wir am häufigsten als Remanenz in Einheiten von Gs oder T bezeichnen. Je höher Br ist, desto stärker kann die magnetische Induktionsintensität bleiben und desto höher ist das Potenzial, ein stark magnetisches Material zu werden.
Abbildung 3
Wenn das angelegte externe Magnetfeld in die entgegengesetzte Richtung zunimmt, verschieben und drehen sich die magnetischen Domänen des Magneten allmählich, wie in Abbildung 4 gezeigt. Wenn die magnetische Feldstärke einen bestimmten Wert erreicht, sinkt die magnetische Induktionsstärke B des Magneten auf 0. Einfach ausgedrückt heben sich die im Magneten vorhandene magnetische Feldstärke und die externe umgekehrte magnetische Feldstärke gegenseitig auf. Der entsprechende Wert der magnetischen Feldstärke zu diesem Zeitpunkt wird als magnetische Koerzitivfeldstärke Hcb (auch als bHc geschrieben) bezeichnet und in Oe oder kA/m angegeben. Die magnetische Koerzitivfeldstärke Hcb hängt eng mit der Steigung der JH-Entmagnetisierungskurve zusammen. Wenn es unwahrscheinlich ist, dass sich die magnetischen Domänen des Magneten innerhalb kurzer Zeit verschieben oder drehen, verläuft die JH-Linie sehr gerade, sodass der Wert von Hcb unendlich nahe bei Br liegt und die Obergrenze von Hcb Br ist, Hcb=Br. Dies ist eine ideale Situation, was bedeutet, dass die magnetischen Domänen nicht dazu neigen, sich umzukehren, bevor die umgekehrte magnetische Feldstärke den Wert Br erreicht. Auf diese Weise ist der Magnet sehr stabil, das heißt, der Magnet verfügt im Ausgangszustand eines umgekehrten Magnetfeldwerts unter Br über eine sehr starke Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung.
Abbildung 4
Wenn das umgekehrte Magnetfeld weiter zunimmt und einen kritischen Wert erreicht, treten schnell umgekehrte magnetische Domänen auf, wodurch die Intensität der magnetischen Polarisation des Magneten schnell auf 0 fällt. Einfach ausgedrückt fällt die im Magneten gespeicherte Magnetfeldintensität auf 0, wie in Abbildung 5 gezeigt. Der entsprechende Wert der Magnetfeldintensität zu diesem Zeitpunkt wird als intrinsische Koerzitivkraft Hcj (auch als jHc geschrieben) bezeichnet und in Oe oder kA/m angegeben. Die intrinsische Koerzitivkraft ist eine physikalische Größe, die das Ausmaß der Widerstandsfähigkeit eines Magneten gegen Entmagnetisierung angibt. Je größer die intrinsische Koerzitivkraft, desto stärker ist die Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung oder genauer gesagt, desto stärker ist die Widerstandsfähigkeit gegen vollständige Entmagnetisierung. Besonderes Augenmerk sollte auf den Unterschied zwischen Hcj und Hcb gelegt werden. Wenn Hcj größer als Br ist, ist Br der Grenzwert von Hcb. Wenn Hcj kleiner als Br ist, ist Hcb Hcj der Grenzwert von Hcb.
Abbildung 5
Das Produkt aus B und H, das einem beliebigen Punkt der BH-Entmagnetisierungskurve entspricht, wird als magnetisches Energieprodukt bezeichnet. Der Maximalwert ist das maximale magnetische Energieprodukt (BH)max. Theoretisch ist das maximale magnetische Energieprodukt (BH)max = (½ Br)². Das maximale magnetische Energieprodukt berücksichtigt sowohl Remanenz als auch magnetische Koerzitivfeldstärke. Sein Wert repräsentiert die Größe der im Magneten enthaltenen magnetischen Energie und kann auch die anfängliche Neigung der JH-Linie widerspiegeln. Die Einheit ist GOe oder j/m³.
Wenn die obigen vier Parameter immer noch schwer zu verstehen sind, können Sie sich einfach vorstellen, dass der Magnet eine Tasse Wasser ist, Magnetisierung Erwärmung ist, Remanenz die Wärme des Wassers nach Beendigung der Erwärmung ist, Entmagnetisierung wie Abkühlen des Wassers ist, Hcb ist, wenn die niedrige Umgebungstemperatur einen Wert erreicht, die Wärme des Wassers ausgleicht und die Gesamtwärme nicht nach außen reflektiert wird, und Hcj ist der niedrige Umgebungstemperaturwert, der erforderlich ist, um die Wärme des Wassers vollständig auf 0 zu reduzieren. Das Folgende ist eine vereinfachte Version des zweiten Quadranten der Hystereseschleife, die Ihnen dabei helfen kann, Ihr Verständnis der zugehörigen Konzepte zu vertiefen.
Bei den oben genannten magnetischen Parametern sollten wir in der praktischen Anwendung auf folgende Punkte achten:
1. Bei Magneten, die starke Magnetfelder benötigen, muss die Remanenz in der Regel so weit wie möglich erhöht werden, um mehr Magnetismus freizusetzen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass keine Entmagnetisierung stattfindet. Liegt eine Entmagnetisierung vor, ist eine Erhöhung der Remanenz möglicherweise wirkungslos. Um die Entmagnetisierung zu reduzieren, muss der Hcj-Wert erhöht werden. Das einfachste Beispiel ist ein D10*1-Scheibenmagnet. Der Oberflächenmagnetismus von 54H ist höher als der von N54. Der Grund dafür ist der höhere Hcj-Wert von 54H, wodurch dessen Br-Wert voll ausgenutzt werden kann. Der Hcj-Wert von N54 hingegen ist sehr niedrig und kann den Magnetismus nicht im nicht entmagnetisierten Zustand halten. Unabhängig von der Höhe des Br-Werts kann sein Magnetismus nicht voll ausgenutzt werden.
2. Bei Magneten, die eine starke Anti-Entmagnetisierungsfähigkeit und Stabilität erfordern, müssen wir normalerweise Hcj erhöhen und der Hcb-Wert muss so nahe wie möglich an Br liegen.
3. Bei Magneten, die eine gute Temperaturbeständigkeit erfordern, erhöhen wir üblicherweise Hcj, da sich der Temperaturkoeffizient der Koerzitivkraft von NdFeB-Permanentmagneten mit gleichem Hcj kaum unterscheidet. Der direkteste Effekt einer Erhöhung von Hcj besteht darin, dass der Wendepunkt der BH-Linie möglichst spät oder gar nicht auftritt. Bei strengen Anforderungen an die Temperaturstabilität müssen auch die Anforderungen an Hcb berücksichtigt werden, um die Steigung der BH-Linie zu minimieren und so die irreversible Dämpfungsamplitude des Magneten zu verringern.