釹鐵硼的使用壽命-永磁體的長時間穩定性

矯頑力是什麼意思

永磁材料效能的穩定性是永磁材料的重要指標，穩定性主要指磁體充磁後，內外因的影響下其磁效能改變的過程，常用效能指標的變化率來表示。常見的引起磁效能變化的原因有溫度、時間、電磁場、輻射、機械振動與衝擊等，上期懂磁帝已經為大家介紹了永磁材料的溫度穩定性（剩磁溫度係數、矯頑力溫度係數、可逆溫度係數，點選瞭解詳情），這一期我們來了解一下永磁材料的時間穩定性。

磁體長時間工作或長時間放置，周邊環境（如溫度、溼度、腐蝕性液體等）可能導致磁體物理及化學性質改變。永磁體充磁後絕大部分割槽域被磁化至特定方向，但還有一些小磁疇的磁化方向是混亂的（稱為反磁化核），在各種環境因素作用下，原有的反磁化核會長大，新的反磁化核會產生，這使得永磁體的磁效能發生衰減。這種改變一般是由表及裡的緩慢而不可恢復的變化，直接影響磁體的主要效能引數剩磁、內稟矯頑力、矯頑力或最大磁能積，甚至導致磁體完全失效。這種磁效能損失是不可恢復的，即使磁體再充磁，也不能恢復到長時間放置前的水平。近幾年，隨著釹鐵硼永磁材料在航天航空、電動汽車、大功率風力發電等使用壽命要求較長的領域內的廣泛應用，應用設計人員對釹鐵硼永磁體的時間穩定性越來越重視。

室溫下的長時間穩定性

芬蘭學者在2013年釋出的一項研究結果顯示，在室溫環境下放置1年（10000h）的燒結釹鐵硼磁體（HcJ=15。6kOe），不同Pc值的樣品（Pc=-0。33，-1。1，-3。3）均沒有任何可察覺的磁化損失。而三環研究院也進行了類似的測量研究，歷時長達12年多（4441天），實驗用的燒結釹鐵硼磁體內稟矯頑力HcJ=18kOe，樣品為邊長10。2mm的無鍍層立方體，磁導係數Pc=-2（點選磁矩、磁通與剩磁瞭解什麼是Pc值），樣品數量為8件，直接暴露在實驗室所處的大氣環境中，溫度在22℃~28℃之間，12年內每年進行一次觀察和測量。

胡伯平，饒曉雷，王亦忠。 稀土永磁材料（上冊）［M］。 北京：冶金工業出版社，2017。289-290

從以上資料中可以發現，前6年所測量到的相對磁通損失基本不大，在2208天（約6年）附近出現拐點。從外觀看，放置6年後的黑片磁體表面可見鏽斑，這意味著磁體表面及內部已經開始氧化腐蝕，隨著時間的推移，其氧化或腐蝕範圍會不斷地擴大，效能衰減的速率也明顯加快。此外，該實驗還將磁通損失從目前已測量的4441天（12年零2個月）外推到30-50年，30年預計磁通損失不足1%，50年的磁通損失約1。3%，2%對應的時間大約為150年。（上圖空心圓點）

圖片來源於網路

這個結果表明，如果將磁體的使用壽命定義為磁通損失率等於5%所對應的時間的話，即使磁體處於表面未做耐腐蝕塗覆，目前被測量的燒結釹鐵硼磁體仍有非常長的壽命，保守估計也在30-50年。

通常，較大的磁通損失來源於磁體表面的氧化或腐蝕，是不可恢復的損失，在各類稀土永磁材料中，燒結釹鐵硼的這種損失是最嚴重的，但是經過成分最佳化和表面防護處理，燒結釹鐵硼磁體的抗氧化性和耐腐蝕性已經得到了極大的改善。因此，在磁體表面被很好地保護的情況下，對於有足夠高HcJ的燒結釹鐵硼來說，使用壽命完全可以超過30年-50年。（這是在不超過使用溫度的情況下哦~）

高溫下的長時間穩定性

下圖是不同Pc值、HcJ=20。1 kOe的磁體在80℃、120℃和150℃的相對磁通損失隨時間的變化。

從上圖中不難發現，相同Pc值下，磁體存放溫度越高，相對磁通損失下降速度越快。Pc絕對值較低的磁體初始磁化損失和長時間磁化損失都明顯大於Pc較高的磁體，且溫度升高兩類損失都大幅增長，在因技術和成本原因不能進一步提升HcJ的情況下，將Pc絕對值提高可以有效抑制磁化損失。

從不同HcJ、不同Pc磁體在不同溫度下的相對磁化損失的時間關係中可以看出，HcJ對高溫磁化損失有重要影響，HcJ越高磁化損失越低，高溫穩定性要求磁體必須具有較高的HcJ。與此同時磁導係數Pc也能決定磁體的高溫長時間磁化損失。

以上是懂磁帝整合並總結相關書籍、學術論文、網路資源等各類資料後，對永磁體長時間穩定性的介紹，如有不妥的地方歡迎大家指正。

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