Alnico 磁鋼高低溫循環(huán)試驗研究＊

楊 睿，郭曉杰，代 力，魏連春，姚雨廷，李 聰，孫建春

（重慶科技學(xué)院，重慶 401331）

1 研究背景

Alnico 磁鋼作為性能優(yōu)良的永磁材料，被廣泛使用在航空航天、裝備儀器制造及新能源開發(fā)等領(lǐng)域，其具有高居里溫度、低溫度系數(shù)、抗腐蝕、成本相對稀土永磁類磁鋼材料價格更低等特點。研究表明，影響其磁穩(wěn)定性的因素主要有合金的成分、溫度、時間沖擊、振動和化學(xué)作用等[1-3]。不同自然貯存時間的Alnico 磁鋼的磁不可逆損失率不同，隨著貯存時間的延長，Alnico 磁鋼的磁不可逆損失率逐漸降低，磁穩(wěn)定性逐漸增加[4]。Alnico 磁鋼的溫度穩(wěn)定性較好，同時Alnico 磁鋼的可逆磁通與溫度呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系[5]。但隨著使用者對其磁穩(wěn)定性和使用壽命有更高的要求，使得材料使用環(huán)境更加惡劣，也對Alnico 磁鋼環(huán)境適應(yīng)性提出了更高要求。

2 試驗材料及方法

實驗材料為Alnico 磁鋼，牌號為LNGT72，樣品尺寸為圓柱Φ20 mm×13 mm，該型磁鋼磁穩(wěn)定性好，具有較高的剩磁和磁能積。樣品平均剩磁和最大磁能積分別為1.0541 T 和73.82 kJ/m3，試樣矯頑力Hcb和內(nèi)稟矯頑力Hcj分別為127.7 kA/m 和133.3 kA/m。調(diào)研該磁鋼自身工作環(huán)境和耐腐蝕等性能，參考GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》和GJB 150A《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗》等文件，確定試驗環(huán)境條件、試驗時間及取樣周期等，具體試驗方案如表1 所示。

高低溫循環(huán)試驗在不同的溫度試驗箱內(nèi)完成，每組試樣數(shù)量為3 個，試樣先在不同高溫箱內(nèi)貯存1 h，之后取出樣品置于常溫環(huán)境和-50 ℃環(huán)境貯存1 h，即完成1 個循環(huán)周期，每5 個循環(huán)周期檢測一次磁性能。常溫試驗期間記錄平均室溫為28 ℃，樣品需恢復(fù)至常溫進(jìn)行測試。磁通量和表面磁場強(qiáng)度的測試分別采用湖南省聯(lián)眾科技有限公司的YC-820 型磁通計和LZ-610H 特斯拉計。

表1 LNGT72 磁鋼高低溫循環(huán)試驗方案

3 結(jié)果與分析

本文選用磁通量和表面磁場強(qiáng)度為磁參量，通過計算磁參量的變化率α和保持率a，分析試驗條件對該磁鋼的影響規(guī)律，計算公式為：

式（1）（2）中：X 為磁通量和表面磁場強(qiáng)度；tj為取出時間；t0為樣品初始時間。

高低溫循環(huán)試驗后磁通量和表面磁場強(qiáng)度變化情況如表2 所示。

高低溫循環(huán)試驗后磁參量變化率如圖1 所示，不同的循環(huán)試驗周期后磁參量的保持率如圖2 所示。

表2 高低溫循環(huán)試驗磁通量和表面磁場強(qiáng)度變化表

圖1 高低溫循環(huán)試驗磁參量變化率

圖2 高低溫循環(huán)試驗磁參量保持率

根據(jù)表2、圖1 和圖2 可以得到高低溫循環(huán)試驗后試樣磁參量變化情況。結(jié)果表明，高低溫循環(huán)試驗后，磁通量的變化率α數(shù)值分布總體較均勻。

由圖1（a）可知，常溫～120 ℃試驗10 周期后，此時磁通量變化率最大值為每周期-1.39×10-3，試驗30 周期后，此時-50～120 ℃試驗條件對磁通量影響較大，磁通量變化率為每周期-1.18×10-3。由圖2（a）也可看出，此時磁通量保持率由試驗25 周期的99.51%降至試驗30 周期的96.45%。常溫～120 ℃、-50～120 ℃、常溫～250 ℃和-50～250 ℃這4 種條件下試驗30 周期后，磁通量保持率分別降至98.35%、96.45%、98.91%和99.38%。由圖2（b）可以看出，-50～120 ℃條件下試驗25～30 周期，此時表面磁場強(qiáng)度保持率由99.46%降至96.90%；-50～250 ℃條件下導(dǎo)致表面磁場強(qiáng)度逐漸升高，試驗30 周期后表面磁場強(qiáng)度的保持率達(dá)到103.21%。

綜上，LNGT72 磁鋼磁穩(wěn)定性總體較好，但是-50～120 ℃試驗條件對本批次LNGT72 磁鋼的磁通量和表面磁場強(qiáng)度影響最大；試驗達(dá)25 周期后，磁通量和表面磁場強(qiáng)度降低更加明顯。

磁參量在高低溫循環(huán)試驗后性能衰減主要是由于在Alnico 磁鋼內(nèi)部存在大量的缺陷，使其內(nèi)能升高，這樣處于高能狀態(tài)的磁鋼在加熱過程中，磁矩取向度隨溫度變化受到的影響越來越大，從而影響磁性能。同時，Alnico 磁鋼中含有強(qiáng)磁性相α1和弱磁性相α2，隨著溫度的沖擊，二者的晶格常數(shù)會發(fā)生變化，使得磁疇的運動困難，導(dǎo)致其磁性能產(chǎn)生變化[6]。此外，高低溫循環(huán)試驗后樣品表面出現(xiàn)明顯銹點，其對試樣磁性能的影響還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

試驗結(jié)果表明，該批LNGT72 磁鋼在本文所述的高低溫循環(huán)試驗條件下，磁穩(wěn)定性總體較好，磁通量和表面磁場強(qiáng)度變化率較小。

不同的高低溫循環(huán)試驗條件對LNGT72 磁鋼的穩(wěn)定性影響程度有所差異。-50～120 ℃試驗條件對本批次LNGT72 磁鋼的磁通量和表面磁場強(qiáng)度影響最大，試驗30 周期后，磁通量和表面磁場強(qiáng)度保持率分別為96.45%和96.90%。