Что такое NdFeB? Состав, свойства, применение и руководство по покупке двигателей

Что такое NdFeB?

NdFeB — это серия редкоземельных сплавов для постоянных магнитов на основе тетрагонального интерметаллида Nd2Fe14B. Материал производится из неодима, железа и бора, часто с небольшими добавками диспрозия, тербия, празеодима или кобальта для улучшения коэрцитивной силы или термической стабильности. Магниты NdFeB в настоящее время обеспечивают самый высокий максимальный энергетический продукт (BHmax) среди всех коммерческих магнитных материалов, поэтому они являются стандартным выбором для тяговых двигателей, серводвигателей и высокоэффективных небольших приводов.

В повседневном языке «магнит NdFeB» и «неодимовый магнит» относятся к одному и тому же семейству продуктов. Разница заключается лишь в точности: NdFeB описывает химический состав сплава, а неодимовый магнит представляет собой готовый компонент с определенной формой, покрытием и намагниченностью. Для покупателя важно то, что оба термина охватывают очень широкий диапазон спецификаций. Один поставщик может указать блок N35, а другой — дуговой магнит N52 с рабочей температурой Э-э; оба являются NdFeB, но их характеристики и цена совершенно разные.

Поскольку NdFeB намного прочнее феррита или алнико, он позволяет инженерам уменьшать корпус двигателя, уменьшать движущуюся массу и увеличивать плотность крутящего момента. Это преимущество объясняет его быстрое внедрение в электромобилях, промышленных роботах и ​​высокоточных медицинских устройствах. Компромисс заключается в том, что NdFeB имеет более низкую температуру Кюри, чем самарий-кобальт, и подвержен коррозии в случае повреждения поверхностного покрытия, поэтому выбор марки и стратегию защиты необходимо оценивать вместе.

Как изготавливаются спеченные магниты NdFeB

Спеченные неодимовые магниты производятся методом порошковой металлургии, поскольку сплав должен быть полностью плотным и кристаллографически выровненным для достижения высокой остаточной намагниченности и коэрцитивной силы. Каждый этап процесса влияет на конечные магнитные характеристики, поэтому понимание процесса поможет вам оценить качество поставщика и время выполнения заказа. Каждый производитель NdFeB по-разному контролирует эти этапы, поэтому один и тот же сорт с двух заводов может вести себя по-разному в реальном двигателе.

1. Полосовое литье – для уточнения зеренной структуры отливается тонкая лента сплава NdFeB.
2. Декрепитация водорода – литой сплав поглощает водород и распадается в крупный порошок.
3. Струйное фрезерование – крупный порошок измельчается до монокристаллических частиц размером от 3 до 5 микрометров, а затем выравнивается в магнитном поле.
4. Прессование – выровненный порошок уплотняется с помощью изостатического или штамповочного прессования.
5. Спекание – прессованное изделие нагревается примерно до 1080°С в вакуумной печи или печи с инертным газом до почти полной плотности.
6. Закалка – двухэтапный отжиг снимает внутреннее напряжение и оптимизирует коэрцитивную силу.
7. Механическая обработка и обработка поверхности – блок разрезается или шлифуется до окончательных размеров, а затем покрывается, обычно Ni-Cu-Ni, цинком, эпоксидной смолой или фосфатированием.
8. Намагниченность – готовый магнит насыщается сильным импульсным полем с необходимым направлением намагничивания.

Каждый из этих шагов имеет окна процесса, которые влияют на толерантность и последовательность. Производитель, который документирует свой технологический процесс и допуски на размеры, обычно может поставлять более повторяемые дуговые и кольцевые магниты для роторов двигателей, в то время как поставщик, который пропускает разработку границ зерен, будет изо всех сил пытаться поддерживать высокую коэрцитивную силу при повышенных температурах.

Ключевые магнитные свойства магнитов NdFeB

Чтобы сравнить NdFeB с другими классами постоянных магнитов, инженеры рассматривают четыре параметра: остаточная намагниченность (Br), собственная коэрцитивная сила (Hcj), максимальное энергетическое произведение (BHmax) и максимальная рабочая температура (Tw). BHmax упоминается чаще всего, поскольку он объединяет выходной поток и объемную эффективность в одно значение.

Прежде чем смотреть на график, следует иметь в виду пять моментов. Во-первых, BHmax представляет собой максимальное энергетическое произведение, измеренное во втором квадранте кривой BH. Во-вторых, коммерческие спеченные марки NdFeB находятся в диапазоне от 35 MGOe до 52 MGOe (около 280–420 кДж/м³). В-третьих, цифры в таблице представляют собой типичные диапазоны, а не гарантии для какой-либо конкретной категории. В-четвертых, в таблице сравниваются средние коммерческие характеристики, поэтому граничные значения могут варьироваться в зависимости от поставщика и семейства марок. В-пятых, для разработчиков двигателей полезный диапазон часто ниже абсолютного максимума, поскольку рабочая точка магнитной цепи никогда не находится точно в точке BHmax.

Спеченный NdFeB достигает типичного BHmax от 35 до 52 MGOe, что в четыре-десять раз выше, чем у феррита, и примерно в два-три раза выше, чем у самарий-кобальта. Это преимущество в плотности энергии является причиной того, что ротор из NdFeB может создавать тот же крутящий момент, что и ферритовый ротор, но в два раза меньшего объема. В тяговом двигателе электромобиля экономия веса и места напрямую приводит к увеличению дальности хода или большей емкости аккумулятора. В роботизированном суставе это означает более легкую руку и более быструю динамическую реакцию. Самарий-кобальт по-прежнему выигрывает по максимальной рабочей температуре и коррозионной стойкости, поэтому его продолжают использовать в аэрокосмических приводах и высокотемпературных инструментах для нефтяных скважин. Феррит сохраняет свое место в недорогих устройствах, где размер и вес не имеют решающего значения, таких как громкоговорители, дверные защелки и небольшие двигатели постоянного тока. Alnico в настоящее время является нишевым продуктом, используемым в основном для очень высокотемпературных приборов и некоторых классических конструкций датчиков.

В семействе NdFeB BHmax меняется, поскольку остаточная намагниченность и коэрцитивная сила движутся в противоположных направлениях. Марка с высокой остаточной намагниченностью, такая как N52, обеспечивает максимальный флюс при низких температурах, тогда как марки с высокой коэрцитивной силой, такие как Ш, UH и ЭХ, лучше удерживают флюс при температуре от 150°С до 200°С, но имеют более низкую начальную BHmax. Например, магнит N38EH может иметь номинальное значение BHmax 38 MGOe, но при 180°С его собственная индукция остается достаточно высокой, чтобы противостоять размагничиванию в статоре двигателя. Выбор оценки только по BHmax является наиболее распространенной ошибкой на ранней стадии закупок; Правильный рабочий процесс — это одновременное моделирование рабочей температуры, поля размагничивания и требований к покрытию. Диаграмма также помогает объяснить иерархию затрат на постоянные магниты, поскольку цены на сырье чувствительны к содержанию неодима, празеодима и диспрозия. Высокотемпературная марка с диспрозием стоит заметно дороже стандартного N35, и этот разрыв в цене может быть оправдан только тогда, когда для применения требуется полная термостойкость.

Спеченный или связанный NdFeB: какой из них вам нужен?

При выборе магнита NdFeB первое структурное решение делается между спеченным и связанным NdFeB. Спеченный NdFeB — это классический магнит высокой плотности с высочайшей магнитной мощностью. Связанный NdFeB смешивает магнитный порошок с полимерным связующим, и ему можно придавать сложные формы, но его магнитные характеристики ниже, поскольку связующее разбавляет активный материал. В таблице ниже приведены основные различия.

Для компонентов моторного класса, которым требуется высокий флюс, обычно единственным вариантом является спеченный NdFeB. Связанные магниты полезны для небольших сенсорных колец, энкодеров положения ротора и многополюсных колец, отлитых под давлением, где геометрия имеет большее значение, чем выходная энергия.

Распространенные формы магнитов NdFeB для двигателей и оборудования

Магниты NdFeB могут быть изготовлены практически любой формы, которую может достичь шлифовальный круг или процесс резки проволоки, но несколько геометрий покрывают большую часть потребностей в двигателях и промышленности. Форма определяет, как распределяется поток в магнитной цепи и как магнит собирается в конечное изделие. Вот семь наиболее распространенных семейств конфигураций.

Для двигателей, как правило, требуются дуговые и кольцевые магниты с жестко контролируемыми размерами, высокими температурными характеристиками и постоянным намагничиванием. Вот почему многие инженерные группы работают с производителем, специализирующимся на магнитах для двигателей, например с поставщиком дуговые магниты для роторов двигателей . Кольцевые магниты одинаково важны для конструкций с креплением на валу, а также термическое поведение неодимовые кольцевые магниты следует рассматривать с учетом пиковой нагрузки двигателя. Когда конструкция не соответствует какой-либо стандартной геометрии, индивидуальная форма NdFeB Поставщик может обработать магнит по вашему чертежу, сохранив необходимое покрытие и направление намагничивания.

Изготовленные на заказ неодимовые магниты Ndfeb специальной формы Компания Ningbo Tujin Magnetic Industry Co., Ltd. является китайским производителем неодимовых магнитов специальной формы и магнитов ndfeb специальной формы. Посмотреть продукт →

Изготовленные на заказ неодимовые кольцевые магниты NdFeB, поставщики Ningbo Tujin Magnetic Industry Co., Ltd. является китайским производителем неодимовых кольцевых магнитов и поставщиками неодимовых кольцевых магнитов Ndfeb. Наш комп... Посмотреть продукт →

Изготовленные на заказ неодимовые дуговые магниты NdFeB, поставщики Ningbo Tujin Magnetic Industry Co., Ltd. является китайским производителем неодимовых дуговых магнитов и поставщиками неодимовых дуговых магнитов Ndfeb. Наша компания ... Посмотреть продукт →

Температурные пределы, покрытия и коррозионная стойкость

Температура — самая большая переменная в спецификации NdFeB. В то время как ферритовые магниты могут работать значительно выше их относительно низкой плотности потока, NdFeB теряет поток при повышении температуры и может необратимо размагничиваться, если рабочая точка пересекает перегиб кривой BH. Вот почему поставщики делят NdFeB на температурные классы на основе внутренней коэрцитивной силы Hcj.

Эти значения температуры являются приблизительными; Фактический запас на размагничивание зависит от коэффициента формы, линии нагрузки и покрытия. Для ротора двигателя, который должен выдерживать перегрузку по току или блокировку ротора, многие покупатели выбирают класс на один класс выше установившейся рабочей температуры. Если вам нужно понять, как изменения температуры влияют на реальную выходную мощность кольцевых магнитов, прочитайте нашу техническую статью о том, как изменения температуры влияют на производительность неодимовых кольцевых магнитов.

Коррозия является вторым основным ограничением NdFeB. Спеченный сплав является пористым и реакционноспособным, особенно вблизи границ зерен, поэтому голый магнит теряет магнитный поток и во влажной среде быстро развивается поверхностное окисление. Стандартным решением является многослойное никель-медно-никелевое покрытие, обеспечивающее хорошую коррозионную стойкость и используемое по умолчанию для автомобильных двигателей. Покрытия из цинка, эпоксидной смолы, фосфатирования или ПТФЭ используются, когда магнит подвергается воздействию химикатов, солевого тумана или когда требуется определенное гальваническое поведение. Толщина покрытия напрямую влияет на допуск размеров; Покрытие Ni-Cu-Ni толщиной от 15 до 20 микрометров обычно создает однородный слой, а на цветных поверхностях можно использовать эпоксидную смолу для более высокой устойчивости к солевому туману.

Как правильно выбрать магнит NdFeB для вашего дизайна

Начните с рабочей температуры, затем определите необходимый магнитный поток, затем определитесь с покрытием и допуском. Этот порядок противоположен тому, что ожидает большинство читателей технических описаний, но это наиболее эффективный путь к надежной спецификации. Четкий технический чертеж всегда включает направление намагничивания, справочные размеры и характеристики покрытия.

При запросе предложения всегда указывайте максимальную рабочую температуру, пиковый ток или поле размагничивания, доступную геометрию диапазона и класс окружающей среды (в помещении, на открытом воздухе, соляной туман, химическая среда). Это позволяет производителю NdFeB рекомендовать марку и покрытие без догадок. Полный набор параметров спецификации приведен на страницах технических данных, где указаны соответствующие магнитные характеристики, допуски на размеры и детали обработки поверхности.

Где используются магниты NdFeB?

Магниты NdFeB используются практически во всех системах, где требуется высокая плотность крутящего момента или точный контроль магнитного потока. Основные группы приложений включают электромобили, промышленную автоматизацию, бытовую технику, медицинское оборудование и тяжелую технику. Во всех этих областях выбор магнита влияет на эффективность двигателя, вес, пусковой момент и термическую надежность.

• Электромобили – тяговые электродвигатели, маслонасосные электродвигатели и гибридные приводные агрегаты.
• Промышленная автоматизация – серводвигатели, двигатели BLDC, приводы шарниров роботов и магнитные сепараторы.
• Бытовая техника – двигатели компрессоров, двигатели с прямым приводом для стиральных машин и высокоэффективные вентиляторы.
• Медицинские приборы – стоматологические микромоторы, двигатели для хирургических сверл и системы прецизионной визуализации.
• Энергетика и тяжелое машиностроение – ветрогенераторы, лифтовые тяговые машины и солнечные насосы.

В каждом из этих случаев работа с производителем, который понимает конкретные требования к двигателю, важнее, чем простая покупка стандартного магнита из каталога. Сочетание нестандартной формы, шлифования с жесткими допусками и проверенных характеристик при высоких температурах превращает магнитный блок в надежный компонент двигателя.

Часто задаваемые вопросы о магнитах NdFeB

Дополнительная литература и технические ресурсы

Если вы сужаете спецификацию NdFeB, следующие ресурсы содержат более подробную информацию о намагниченности, допусках и реальных характеристиках.

• Подробные технические данные о намагниченности, допусках и покрытии поверхности NdFeB.
• Как изменения температуры влияют на работу неодимового кольцевого магнита
• Роль блочных магнитов NdFeB в системах магнитной левитации.

Эти материалы помогут вам преобразовать ваши механические и электрические требования в четкую спецификацию NdFeB, прежде чем вы запросите ценовое предложение. Совместное использование геометрии изделия и технических параметров является наиболее эффективным способом работы с любым производителем или поставщиком NdFeB.