大家都知道衡量钕铁铁磁体性能的指标包括剩磁Br、矫顽力HcB、内禀矫顽力HcJ和最大磁能积(BH)max,除此之外,内禀曲线方向度和Hk也是磁应用工程师非常关注的两个指标,今天就来了解一下这两个指标的含义及影响因素。
首先我们先来回顾一下什么是内禀曲线或J~H退磁曲线。
内禀曲线的全称为内禀退磁曲线。永磁材料在外磁场作用下被磁化后产生的内在磁感应强度,称为内禀磁感应强度Bi,又称磁极化强度J。磁体磁极化强度J与外磁场强度H关系的曲线能够反映永磁材料内在磁性能变化,称为内禀退磁曲线,简称内禀曲线,也称为J~H退磁曲线。(下文统一称退磁曲线)
退磁曲线上磁极化强度J为0时,相应的磁场强度称为内禀矫顽力HcJ。内禀矫顽力的值反映永磁材料抗退磁能力的大小。
膝点Hk
从图中我们不难发现,当外磁场不断增大时,磁体的磁感应强度/磁极化强度下降的非常缓慢,但当外磁场大于某一值后,磁体的磁感应强度会快速下降。通常我们将退磁曲线上Ji=0.9Br或0.8Br的点称为退磁曲线的弯曲点或膝点,这一点对应的磁场为Hk ,也称为膝点(knee)矫顽力。当外磁场大于Hk时,磁体性能将发生不可逆的损失,这也是Hk值受到关注的原因。
关于膝点位置的争论
对于退磁曲线弯曲点选在Ji=0.9Br还是Ji=0.8Br的位置,国内外曾经有过不少的讨论。IEC接受了与M.Katter提出的Hk的定义,但仅适用于HcJ大于400kA/M(5000 Oe)的钕铁硼磁体,Hk的值称为HDx,其中x表示B轴上的减少百分比,例如,HD10表示HD的值在Br以下10%的点,即0.9Br 处。(参见IEC 60404-8-1:2015)
方形度Q
我们用Hk与HcJ的比值(Hk/HcJ)来表示退磁曲线的方形度Q,Q的取值范围在0~1之间,Q越接近于1,退磁曲线越接近于方形,通常我们认为方形度Q>0.9的产品才算合格产品。
方形度与最大磁能积和回复磁导率的关系
Q=4μ0(BH)max/Jr2,可见方形度Q与钕铁硼永磁材料的最大磁能积(BH)max具有正相关关系,即在相同的Br条件下,Q越大其最大磁能积(BH)max就越大,Q值大小决定了磁体最大磁能积(BH)max大小。
Q=1/μrec,方形度Q与磁体的回复磁导率μrec呈反比关系,Q越大则回复磁导率μrec越接近1,材料抵抗外部磁场和环境温度等影响因素干扰能力就越强,其稳定性就越好。
影响磁体方形度的因素
原料的纯净度、粉粒的均匀度、烧结和压型的工艺等因素都会影响钕铁硼磁体的方形度,若晶粒异常长大或晶粒不规则都会使磁体的方向度下降。有研究人员做了稀土及氧含量对烧结Nd-Fe-B磁体退磁曲线方形度的影响,发现在相同的工艺条件下,随着稀土元素含量的逐步增加,Br下降、Hcj提高、(BH)max基本不变,而方形度明显从92.72%增大到98.80%。
对样品重复试验,在气流磨时分别保持系统氧含量为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%,对应的方形度为98.53%、98.68%、95.41%、90.55%、86.17%。分别编号3-1#、3-2#、3-3#、3-4#、3-5#,方形度与磁体的氧含量关系如图所示。
[1]唐国团,陈福峰,郭林,赵家成,王会杰.稀土及氧含量对烧结Nd-Fe-B磁体退磁曲线方形度的影响[J].磁性材料及器件,2014,45(03):36-38+58.