In molti campi come aerospaziale, produzione automobilistica ed elettronica di potenza, gli ambienti ad alta temperatura pongono gravi sfide per le prestazioni dei magneti. I magneti tradizionali sono soggetti all'attenuazione magnetica o persino alla demagnetizzazione ad alte temperature e l'emergere di magneti resistenti ad alta temperatura fornisce supporto chiave per lo sviluppo di questi campi.
I magneti resistenti ad alta temperatura includono principalmente magneti NDFEB, magneti SMCO, magneti Alnico e magneti di ferrite. Diversi tipi di magneti resistenti ad alta temperatura hanno le proprie caratteristiche uniche.
I magneti NDFEB sono uno dei magneti più comuni e ad alte prestazioni ad alte temperature sul mercato. Ha proprietà magnetiche estremamente elevate e il suo BHMAX è più di 10 volte superiore a quello della ferrite. In termini di temperatura operativa, i magneti NDFEB ad alte prestazioni possono funzionare a temperature fino a 200 gradi Celsius e alcuni magneti NDFEB appositamente progettati possono persino mantenere il magnetismo in ambienti ad alta temperatura superiore a 400 gradi Celsius. Tuttavia, i magneti NDFEB sono chimicamente attivi e per prevenire la corrosione, di solito richiedono trattamenti di superficie come l'elettroplazione di zinco, nichel, oro ed resina epossidica.
I magneti di cobalto Samarium possono essere divisi in SMCO5 e SM2CO17 in base alla loro composizione. Come magnete permanente per la terra rara, non solo ha un prodotto energetico magnetico elevato (14-28MGE), ma ha anche una forza coercitiva affidabile e buone caratteristiche di temperatura. I magneti di cobalto Samarium possono mantenere la loro forza magnetica invariata in ambienti ad alta temperatura, possono resistere agli ambienti di lavoro ad alta temperatura molto al di sopra di 500 ℃ -600 ℃ e hanno un'alta temperatura di curie, che consente loro di svolgere stabilmente un ruolo magnetico in ambienti ad alta temperatura.
I magneti Alnico sono leghe composte da alluminio, nichel, cobalto, ferro e altri metalli in tracce e possono essere trasformati in varie dimensioni e forme attraverso un processo di fusione. Ha una buona macchinabilità e i magneti permanenti alnico hanno il coefficiente di temperatura reversibile più basso e possono funzionare a temperature fino a 600 gradi Celsius.
Le principali materie prime dei magneti di ferrite sono BAFE12O19 e SRFE12O19, che sono realizzati con la tecnologia ceramica. È un materiale duro e fragile con resistenza alla temperatura, a basso costo e prestazioni moderate ed è uno dei magneti permanenti più utilizzati.
Principio di resistenza ad alta temperatura di magneti resistenti ad alta temperatura
Il motivo per cui i magneti resistenti ad alta temperatura possono mantenere proprietà magnetiche stabili in ambienti ad alta temperatura è dovuto alla loro speciale struttura fisica e chimica. Da un punto di vista microscopico, il magnetismo dei magneti proviene dai momenti magnetici generati dallo spin e dal movimento orbitale degli elettroni all'interno degli atomi. A temperatura normale, la disposizione di questi momenti magnetici ha un certo ordine, formando così il magnetismo macroscopico.
Quando la temperatura aumenta, il movimento termico degli atomi si intensifica, che interferisce con la disposizione dei momenti magnetici. Per i magneti ordinari, con l'aumentare della temperatura, la disposizione ordinata dei momenti magnetici viene gradualmente distrutta, con conseguente indebolito magnetismo. I magneti resistenti ad alta temperatura migliorano l'interazione tra momenti magnetici attraverso speciali formulazioni di materiale e progettazione di microstrutture, in modo che possano ancora mantenere una disposizione relativamente stabile ad alte temperature.
Ad esempio, la disposizione atomica specifica di elementi della terra rara samarium e cobalto nei magneti di cobalto di samarium forma una struttura magnetica stabile che può resistere all'interferenza del movimento termico causato da alta temperatura, mantenendo così elevate proprietà magnetiche. Allo stesso tempo, la struttura cristallina di magneti resistenti ad alta temperatura ha anche un'elevata stabilità termica, può resistere a temperature elevate senza evidenti cambiamenti di fase e garantisce ulteriormente la stabilità del suo magnetismo.
Processo di produzione di magneti resistenti ad alta temperatura
Il processo di produzione di magneti resistenti ad alta temperatura ha un'influenza importante sulle loro prestazioni. Assumendo i magneti NDFEB come esempio, i processi di produzione comuni includono NDFEB sinterizzato e NDFEB incollato.
NDFEB sinterizzato è realizzato dalla metallurgia della polvere. Innanzitutto, le materie prime di NDFEB vengono fusi e in polvere, quindi pressate e formate, sinterizzate ad alta temperatura per densificare il magnete e infine il prodotto finito è ottenuto mediante elaborazione meccanica e trattamento superficiale. NDFEB sinterizzato ha un prodotto energetico magnetico estremamente elevato e una forza coercitiva, ma la sua consistenza è dura e fragile, ed è soggetta a difetti come crepe durante la lavorazione.
NDFEB incollato è un magnete composito realizzato da una polvere NDFEB uniformemente miscelando con resina, plastica o metallo a basso punto di fusione, quindi pressando, estrusione o stampaggio a iniezione. NDFEB legato ha magnetismo in tutte le direzioni e può essere elaborato in anelli a parete sottile o magneti sottili con forme complesse. Ha una precisione dimensionale elevata e può arbitrariamente selezionare la direzione di magnetizzazione del magnete. Tuttavia, le proprietà magnetiche di NDFEB incollate sono inferiori a quelle di NDFEB sinterizzato.
Il processo di produzione dei magneti di cobalto samarium è relativamente complesso, che richiede un controllo preciso della composizione e della proporzione di materie prime, nonché parametri come la temperatura e il tempo di sinterizzazione. Durante il processo di produzione, è necessario garantire che la microstruttura del magnete sia uniforme e densa per ottenere buone proprietà magnetiche e resistenza ad alta temperatura.
Campi di applicazione di magneti resistenti ad alta temperatura
I magneti resistenti ad alta temperatura sono ampiamente utilizzati in molti campi. Nel campo aerospaziale, i magneti ad alta temperatura possono essere utilizzati per produrre sensori magnetici, attrezzature di alimentazione e componenti chiave nei rotatori ad alta velocità e nei sistemi di controllo degli aeromobili. Poiché le apparecchiature aerospaziali dovranno affrontare ambienti estremi come alta temperatura, alta pressione e forti radiazioni durante il funzionamento, le prestazioni stabili di magneti resistenti ad alta temperatura possono garantire l'affidabilità e la sicurezza dell'attrezzatura.
Il campo di produzione automobilistica è anche un importante mercato dell'applicazione per magneti resistenti ad alta temperatura. Nella produzione di componenti come motori automobilistici, generatori, antipasti e sistemi di servosterzo elettrico, i magneti resistenti ad alta temperatura svolgono un ruolo chiave. Ad esempio, nei motori automobilistici, i magneti resistenti ad alta temperatura possono essere utilizzati per produrre il nucleo delle bobine di accensione per migliorare l'efficienza di accensione e quindi migliorare le prestazioni del motore.
Nel campo dell'elettronica di potenza, i magneti resistenti ad alta temperatura sono ampiamente utilizzati in motori, generatori, trasformatori, pompe elettromagnetiche e altre apparecchiature a causa della loro elevata permeabilità magnetica e a basso consumo di energia. Nell'industria petrolchimica, i magneti ad alta temperatura possono essere utilizzati in vari reattori, separatori, compressori e altre attrezzature per ottenere il controllo automatico delle attrezzature e ottimizzare il processo di produzione.
Nel campo dei dispositivi medici, i magneti ad alta temperatura vengono spesso utilizzati per produrre parti di precisione di attrezzature come la risonanza magnetica (MRI) e la risonanza magnetica nucleare (NMR) per migliorare l'accuratezza e la stabilità dell'attrezzatura. Inoltre, i magneti ad alta temperatura sono usati anche in astronomia, esplorazione geologica, elaborazione termica, discalliazione magnetica, terapia magnetica e altri campi.
Tendenza di sviluppo di magneti resistenti ad alta temperatura
Con il continuo avanzamento della scienza e della tecnologia, lo sviluppo di magneti resistenti ad alta temperatura ha mostrato alcune tendenze evidenti. In termini di miglioramento delle prestazioni, i magneti resistenti ad alta temperatura dovrebbero avere un prodotto energetico magnetico più elevato, una migliore stabilità della temperatura e una più forte resistenza alla corrosione in futuro. Migliorando le formulazioni materiali e i processi di produzione, il personale di ricerca e sviluppo può migliorare ulteriormente le proprietà magnetiche dei magneti in modo che possano mantenere un magnetismo stabile a temperature più elevate.
In termini di espansione del campo di applicazione, magneti resistenti ad alta temperatura Può essere utilizzato in ambienti più ad alta temperatura, ad alta resistenza e altamente corrosivi, come energia nucleare, esplorazione di acque profonde e altri campi. Nel campo dell'energia nucleare, i magneti resistenti ad alta temperatura possono essere utilizzati in componenti chiave come il meccanismo di azionamento dell'asta di controllo dei reattori nucleari per garantire il funzionamento sicuro e stabile dei reattori nucleari. Nel campo dell'esplorazione di acque profonde, i magneti resistenti ad alta temperatura possono essere utilizzati per produrre sensori e guidare dispositivi per i rilevatori di acque profonde per adattarsi all'ambiente duro di alta pressione e alta temperatura nel mare profondo.
In termini di protezione ambientale e sviluppo sostenibile, la produzione futura di magneti resistenti ad alta temperatura presterà maggiore attenzione alla protezione ambientale e all'uso razionale delle risorse. Il personale di ricerca e sviluppo si impegnerà nello sviluppo di nuovi materiali e processi di produzione ecologici per ridurre l'impatto sull'ambiente, migliorando al contempo il tasso di utilizzo delle risorse e raggiungendo lo sviluppo sostenibile dell'industria dei magneti resistenti ad alta temperatura.
Come materiale magnetico con prestazioni stabili in ambienti ad alta temperatura, i magneti resistenti ad alta temperatura svolgono un ruolo insostituibile nell'industria moderna, nella scienza e nella tecnologia. Con il continuo avanzamento della tecnologia, le prestazioni di magneti resistenti ad alta temperatura continueranno a migliorare e il campo dell'applicazione continuerà ad espandersi, dando maggiori contributi allo sviluppo della società umana.
