La estabilidad del rendimiento de los materiales magnéticos permanentes es un indicador importante de su comportamiento. La estabilidad se refiere principalmente al proceso de cambio de las propiedades magnéticas bajo la influencia de factores internos y externos tras la magnetización, y suele expresarse mediante la tasa de cambio de los indicadores de rendimiento. Las causas comunes de los cambios en las propiedades magnéticas incluyen la temperatura, el tiempo, el campo electromagnético, la radiación, la vibración mecánica y los impactos, entre otras. Aprendamos sobre la estabilidad temporal de los materiales magnéticos permanentes.
Cuando un imán funciona o se coloca durante un tiempo prolongado, las condiciones ambientales (como la temperatura, la humedad, líquidos corrosivos, etc.) pueden alterar sus propiedades físicas y químicas. Tras la magnetización del imán permanente, la mayor parte del área se magnetiza en una dirección específica, pero aún existen pequeños dominios magnéticos con una dirección de magnetización caótica (denominados núcleos de magnetización inversa). Bajo la influencia de diversos factores ambientales, el núcleo de magnetización inversa original crece y se genera uno nuevo, lo que provoca la pérdida de las propiedades magnéticas del imán permanente. Este cambio, generalmente lento e irreversible, se produce desde el exterior hacia el interior y afecta directamente los principales parámetros de rendimiento del imán, como la remanencia, la coercitividad intrínseca, la coercitividad o el producto de energía magnética máxima, pudiendo incluso provocar su fallo completo. Esta pérdida de propiedades magnéticas es irreversible. Incluso si el imán se remagnetiza, no se puede restaurar a su estado anterior a la colocación a largo plazo. En los últimos años, con la aplicación generalizada de materiales de imanes permanentes de NdFeB en la industria aeroespacial, los vehículos eléctricos, la generación de energía eólica de alta potencia y otros campos con requisitos de larga vida útil, los diseñadores de aplicaciones han prestado cada vez más atención a la estabilidad temporal de los imanes permanentes de NdFeB.
Estabilidad a largo plazo a temperatura ambiente.
Un estudio publicado por académicos finlandeses en 2013 mostró que el acero sinterizado imanes de NdFeB (HcJ = 15,6 kOe) colocado a temperatura ambiente durante 1 año (10 000 horas) no mostró pérdida de magnetización perceptible para muestras con diferentes valores de Pc (Pc = -0,33, -1,1, -3,3). El Instituto de Investigación Sanhuan también realizó un estudio de medición similar, que duró más de 12 años (4441 días). La fuerza coercitiva intrínseca de los imanes de NdFeB sinterizados utilizados en el experimento fue HcJ = 18 kOe. Las muestras eran cubos sin recubrimiento con una longitud de lado de 10,2 mm y el coeficiente de permeabilidad magnética fue Pc = -2. Hubo 8 muestras, que se expusieron directamente al entorno atmosférico del laboratorio a una temperatura entre 22 ℃ y 28 ℃. Se realizaron observaciones y mediciones una vez al año durante 12 años.
De los datos anteriores, se desprende que la pérdida de flujo relativa medida durante los primeros 6 años es básicamente pequeña, y se observa un punto de inflexión cerca de los 2208 días (aproximadamente 6 años). A simple vista, se observan manchas de óxido en la superficie del imán de lámina negra después de 6 años de su colocación, lo que indica que la superficie y el interior del imán han comenzado a oxidarse y corroerse. Con el tiempo, el alcance de la oxidación o corrosión seguirá aumentando, y la tasa de degradación del rendimiento también se acelerará significativamente. Además, el experimento extrapola la pérdida de flujo de los 4441 días (12 años y 2 meses) medidos actualmente a un período de 30 a 50 años. Se espera que la pérdida de flujo sea inferior a 11TP₃T en 30 años, aproximadamente 1,31TP₃T en 50 años, y 21TP₃T corresponde a aproximadamente 150 años. (Puntos huecos en la figura superior)
Este resultado muestra que si la vida útil del imán se define como el tiempo correspondiente a la tasa de pérdida de flujo igual a 5%, incluso si el imán está en la superficie sin revestimiento resistente a la corrosión, el imán de NdFeB sinterizado medido actualmente todavía tiene una vida muy larga, estimada de manera conservadora en 30 a 50 años.
Generalmente, la mayor pérdida de flujo magnético se debe a la oxidación o corrosión de la superficie del imán, una pérdida irreversible. Entre todos los materiales de tierras raras para imanes permanentes, el NdFeB sinterizado presenta la pérdida más grave. Sin embargo, tras la optimización de la composición y el tratamiento de protección de la superficie, la resistencia a la oxidación y la corrosión de los imanes de NdFeB sinterizado ha mejorado considerablemente. Por lo tanto, si la superficie del imán está bien protegida, el NdFeB sinterizado con una HcJ suficientemente alta puede tener una vida útil superior a 30-50 años. (Esto siempre que no se supere la temperatura de uso).
Estabilidad a largo plazo a altas temperaturas.
La siguiente figura muestra el cambio de la pérdida de flujo relativa a lo largo del tiempo para imanes con diferentes valores de Pc y HcJ=20,1 kOe a 80℃, 120℃ y 150℃.
De la figura anterior se desprende fácilmente que, con el mismo valor de Pc, cuanto mayor sea la temperatura de almacenamiento del imán, más rápido disminuye la pérdida de flujo magnético relativo. La pérdida de magnetización inicial y la pérdida de magnetización a largo plazo del imán con un valor absoluto de Pc menor son significativamente mayores que las del imán con un valor de Pc mayor, y ambas pérdidas aumentan significativamente con el aumento de la temperatura. Cuando HcJ no puede aumentarse más por razones técnicas y de coste, aumentar el valor absoluto de Pc puede suprimir eficazmente la pérdida de magnetización.
A partir de la relación temporal de la pérdida relativa de magnetización de imanes con diferentes HcJ y Pc a diferentes temperaturas, se observa que el HcJ tiene una influencia importante en la pérdida de magnetización a alta temperatura. Cuanto mayor sea el HcJ, menor será la pérdida de magnetización. La estabilidad a alta temperatura requiere que el imán tenga un HcJ más alto. Asimismo, el coeficiente de permeabilidad Pc también puede determinar la pérdida de magnetización a alta temperatura y a largo plazo del imán.