Come il tempo e la temperatura influenzano la stabilità dei magneti permanenti

La capacità di un magnete permanente di supportare un campo magnetico esterno è dovuta all’anisotropia dei cristalli all’interno del materiale magnetico che “blocca” piccoli domini magnetici in posizione.Una volta stabilita la magnetizzazione iniziale, queste posizioni rimangono le stesse finché non viene applicata una forza superiore al dominio magnetico bloccato, e l'energia richiesta per interferire con il campo magnetico prodotto dal magnete permanente varia per ciascun materiale.I magneti permanenti possono generare una coercività estremamente elevata (Hcj), mantenendo l'allineamento del dominio in presenza di elevati campi magnetici esterni.

La stabilità può essere descritta come le proprietà magnetiche ripetitive di un materiale in condizioni specifiche durante la vita del magnete.I fattori che influenzano la stabilità del magnete includono tempo, temperatura, cambiamenti di riluttanza, campi magnetici avversi, radiazioni, urti, stress e vibrazioni.

Il tempo ha poco effetto sui moderni magneti permanenti, che gli studi hanno dimostrato cambiare immediatamente dopo la magnetizzazione.Questi cambiamenti, noti come “creep magnetico”, si verificano quando i domini magnetici meno stabili sono influenzati da fluttuazioni di energia termica o magnetica, anche in ambienti termicamente stabili.Questa variazione diminuisce al diminuire del numero di regioni instabili.

È improbabile che i magneti delle terre rare subiscano questo effetto a causa della loro coercività estremamente elevata.Uno studio comparativo tra tempi più lunghi e flusso magnetico mostra che i magneti permanenti appena magnetizzati perdono una piccola quantità di flusso magnetico nel tempo.Per più di 100.000 ore, la perdita di materiale samario-cobalto è sostanzialmente pari a zero, mentre la perdita di materiale Alnico a bassa permeabilità è inferiore al 3%.

Gli effetti della temperatura si dividono in tre categorie: perdite reversibili, perdite irreversibili ma recuperabili e perdite irreversibili e irrecuperabili.

Perdite reversibili: queste sono le perdite che si recuperano quando il magnete ritorna alla sua temperatura originale, la stabilizzazione del magnete permanente non può rimuovere le perdite reversibili.Le perdite reversibili sono descritte dal coefficiente di temperatura reversibile (Tc), come mostrato nella tabella seguente.Tc è espresso come percentuale per grado Celsius, questi numeri variano in base al grado specifico di ciascun materiale, ma sono rappresentativi della classe del materiale nel suo insieme.Questo perché i coefficienti di temperatura di Br e Hcj sono significativamente diversi, quindi la curva di smagnetizzazione avrà un “punto di flesso” ad alta temperatura.

Perdite irreversibili ma recuperabili: Queste perdite sono definite come la smagnetizzazione parziale di un magnete dovuta all'esposizione ad alte o basse temperature, queste perdite possono essere recuperate solo mediante rimagnetizzazione, il magnetismo non può essere recuperato quando la temperatura ritorna al suo valore originale.Queste perdite si verificano quando il punto operativo del magnete è al di sotto del punto di flesso della curva di smagnetizzazione.Un design efficace a magnete permanente dovrebbe avere un circuito magnetico in cui il magnete opera con una permeabilità superiore al punto di flesso della curva di smagnetizzazione all'alta temperatura prevista, il che impedirà cambiamenti di prestazioni ad alta temperatura.

Perdita irreversibile e irrecuperabile: i magneti esposti a temperature estremamente elevate subiscono cambiamenti metallurgici che non possono essere recuperati mediante rimagnetizzazione.La tabella seguente mostra la temperatura critica per vari materiali, dove: Tcurie è la temperatura di Curie alla quale il momento magnetico fondamentale viene randomizzato e il materiale viene smagnetizzato;Tmax è la temperatura operativa massima pratica della materia prima nella categoria generale.

I magneti vengono resi stabili alla temperatura smagnetizzando parzialmente i magneti esponendoli ad alte temperature in modo controllato.La leggera diminuzione della densità di flusso migliora la stabilità del magnete, poiché i domini meno orientati sono i primi a perdere l'orientamento.Tali magneti stabili mostreranno un flusso magnetico costante se esposti a temperature uguali o inferiori.Inoltre, un lotto stabile di magneti mostrerà una variazione di flusso inferiore rispetto agli altri, poiché la parte superiore della curva a campana con caratteristiche di variazione normali sarà più vicina al valore di flusso del lotto.


Orario di pubblicazione: 07-lug-2022