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30个磁性材料相关概念解释

今天帮大家梳理并温习一下磁性材料相关的基本概念:

01

基础篇 


1.磁性 

研究显示,所有物质在外部磁场的作用下都能被不同程度地磁化。根据它们在磁场中的反应,物质被划分为五种类型:顺磁性、抗磁性、铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。顺磁性和抗磁性物质因其磁性较弱,被称为弱磁性物质;而铁磁性和亚铁磁性物质则因其较强的磁性,被归类为强磁性物质。

2.磁性材料

  • 软磁材料这类材料能够以较小的外磁场实现较高的磁化,它们具有低矫顽力和高磁导率。软性磁性材料易于磁化,也易于消磁,例如软磁铁氧体和非晶纳米晶合金。

  • 硬磁材料:也称为永久磁性材料,这类材料不易磁化,一旦磁化后也不易消磁,其显著特点是具有高矫顽力,包括稀土永磁材料、金属永磁材料和永磁铁氧体。

  • 功能磁性材料:主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料以及磁性薄膜材料等。

3.钕铁硼永磁材料

  • 烧结钕铁硼永磁物料采用粉末冶金技术,合金熔化后制成粉末,在磁场中压制成型,然后在惰性气体或真空中烧结以实现致密化。为了增强磁体的矫顽力,通常需要进行时效热处理,最后经过后续加工和表面处理得到最终产品。

  • 粘结钕铁硼是由永磁粉末与具有良好可绕性的橡胶或轻质硬塑料等粘结剂混合,根据客户需求直接成型为各种形状的永磁组件。

  • 热压钕铁硼在不添加重稀土元素的情况下也能实现与烧结钕铁硼相近的磁性能,具有高致密度、高取向度、良好的耐蚀性、高矫顽力和接近最终成型的优点,但其机械性能较差,且由于专利限制,加工成本较高。

4.剩磁 Br

是指将一个磁铁在闭路环境下被外磁场充磁到技术饱和后撤消外磁场,此时烧结钕铁硼磁铁表现的磁感应强度。通俗的讲可以暂且理解为充磁后磁体的磁力。单位为特斯拉(T)和高斯(Gs),1Gs=0.0001T。

5.矫顽力 Hcb

磁体在反向充磁时,使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力。但此时磁体的磁化强度并不为零,只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消,此时若撤消外磁场,磁体仍具有一定的磁性能。1A/m=(4π/1000)Oe, 1 Oe =(1000/4π) A/m。

6.内禀矫顽力 Hcj

使磁体的磁化强度降为零所需施加的反向磁场强度,我们称之为内禀矫顽力。磁材牌号的分类就是按照其内禀矫顽力的大小划分。低矫顽力N、中等矫顽力M、高矫顽力H、特高矫顽力UH、极高矫顽力EH、至高矫顽力TH。

7.最大磁能积 (BH)max

代表了磁铁两磁极空间所建立的磁能量密度,即气隙单位体积的静磁能量,是B与H乘积的最大值,它的大小直接表明了磁体的性能高低。在同等的条件下,即相同尺寸、相同极数和相同的充磁电压,磁能积高的磁件所获得的表磁也高,但在相同的(BH)max值时,Br和Hcj的高低对充磁有以下影响: 

  • Br高,Hcj低:在同等充磁电压下,能得到较高的表磁;

  • Br低,Hcj高:要得到相同表磁,需用较高充磁电压。

8.SI制和CGS制

国际单位制(SI)和高斯单位制(CGS)是两种不同的计量系统,它们之间的换算关系较为复杂,类似于长度单位中的“米”与“里”的区别。

9.居里温度

居里点是磁性材料从铁磁性转变为顺磁性的临界温度。当温度低于居里点时,材料表现为铁磁性,其内部磁场难以被外部磁场改变。而当温度超过居里点时,材料转变为顺磁性,其磁场容易随外部磁场变化。

居里点是磁性材料的理论工作温度上限,对于钕铁硼而言,其居里点大约在320至380摄氏度之间,与磁铁的晶体结构有关。一旦温度达到居里点,磁体内的分子会剧烈活动,导致退磁,且这种退磁是不可逆的。退磁后的磁铁可以重新磁化,但其磁力会大幅降低,通常只能恢复到原来的大约50%。

10.工作温度

烧结钕铁硼的最高工作温度远低于其居里点。在工作温度范围内,随着温度的升高,磁力会有所下降,但在冷却后大部分磁力可以恢复。

居里点越高,磁性材料的工作温度也相对越高,且温度稳定性更佳。通过在烧结钕铁硼中添加钴、铽、镝等元素,可以提高其居里点,这也是高矫顽力产品中普遍含有镝的原因。

烧结钕铁硼的最高使用温度取决于其磁性能和工作点的选择。对于同一块烧结钕铁硼磁铁,工作磁路越闭合,其最高使用温度越高,性能也越稳定。因此,磁铁的最高使用温度并非一个固定值,而是随着磁路的闭合程度而变化。

11.磁场取向

磁性材料可以分为各向同性磁体和各向异性磁体。各向同性磁体在所有方向上的磁性能都相同,可以随意吸附;而各向异性磁体在不同方向上的磁性能不同,能够获得最佳磁性能的方向被称为磁体的定向方向。

以一块方形的烧结钕铁硼磁铁为例,其定向方向上的磁场强度最大,而其他两个方向的磁场强度则相对较小。如果磁性材料在生产过程中进行了定向处理,那么它就是各向异性磁体。烧结钕铁硼通常采用磁场定向压制成型,因此属于各向异性磁体。在生产前,需要确定定向方向,即未来的磁化方向。粉末磁场定向是制造高性能钕铁硼的关键技术之一。(粘结钕铁硼可以是各向同性的,也可以是各向异性的)


12.表磁

是指磁体表面某一点的磁感应强度(磁体中心和边缘的表磁不一样),是高斯计与磁体某一表面接触测得的数值,并非该磁体整体的磁性能。

13.磁通量

设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面,磁感应强度B与面积S的乘积,叫做穿过这个平面的磁通量,简称磁通,符号“Φ”,单位是韦伯(Wb)。磁通量是表示磁场分布情况的物理量,是一个标量,但有正负,正负仅代表其方向。Φ=B·S,当S与B的垂面存在夹角θ时,Φ=B·S·cosθ。

14.电镀

烧结钕铁硼永磁材料,通过粉末冶金工艺制造,具有很高的化学活性,其内部存在微小的孔隙和空洞,容易在空气中遭受腐蚀和氧化。因此,在应用前,必须进行彻底的表面处理,而电镀作为一种广泛应用的金属表面处理技术,被广泛采用。
对于钕铁硼强磁铁,最常见的电镀层为镀锌和镀镍,它们在外观、耐腐蚀性、使用寿命和成本等方面有显著差异:
  • 抛光效果:镀镍在抛光效果上优于镀锌,外观更为光亮。对外观要求较高的产品通常选择镀镍,而那些不外露的磁铁,对外观要求不高的,则通常选择镀锌。
  • 耐腐蚀性:锌是活泼金属,易与酸反应,因此耐腐蚀性较差;而镀镍的耐腐蚀性更强。
  • 使用寿命:由于耐腐蚀性的差异,镀锌的使用寿命通常短于镀镍,主要表现在长期使用后表面镀层易脱落,导致磁体氧化,影响磁性能。
  • 硬度:镀镍的硬度高于镀锌,能有效防止碰撞导致的损坏,如磁铁的掉角或碎裂。
  • 成本:在成本方面,镀锌具有明显优势,价格从低到高依次为镀锌、镀镍和环氧树脂等。

15.单面磁铁

所有磁铁都具有两个磁极,但在某些应用场景中,可能需要仅显示一个磁极的磁铁。为了实现这一点,通常使用铁片覆盖磁铁的一面,以屏蔽该面的磁性,这种磁铁被称为单面磁或单面磁性材料。实际上,并不存在真正的单面磁铁。


 

02

进阶版 


 

1、磁滞回曲线

硬磁性材料(如钕铁硼强磁)有两个显著特征,一是在外磁场作用下能被强烈磁化,另一个是磁滞,即撤走外磁场后硬磁材料仍保留磁化状态,下图为硬磁材料的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线,叫做磁滞回曲线

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2、退磁曲线

当磁场反向从O逐渐变至-Hc时,磁感应强度B消失,说明要消除剩磁,必须施加反向磁场,Hc称为矫顽力,它的大小反映磁性材料保持剩磁状态的能力,紫色线段称为退磁曲线。

3、内禀曲线与矩形度/方形度

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。描述内禀磁感应强度Bi(J)与磁场强度H关系的曲线是反应永磁材料内在磁性能的曲线,称为内禀退磁曲线,简称内禀曲线。

内禀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。

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4、表面处理——磷化

烧结钕铁硼磁体在未进行表面处理时,容易在空气中发生氧化和腐蚀。当这些磁体在运输和储存过程中暴露时间过长,且后续处理方法尚未确定时,通常采用磷化处理作为临时的防腐措施。磷化处理的步骤包括:去油→清洗→酸洗→再次清洗→表面调整→磷化处理→封闭和干燥。目前,磷化处理主要使用商业化的磷化液进行。经过磷化处理后,产品颜色均匀,表面清洁,可以通过真空包装显著延长储存时间,这种方法优于传统的油浸和涂油储存方式。


5、表面处理——电泳

电泳涂装技术涉及将部件浸入含有水溶性电泳涂料的槽中,槽内同时放置阳极和阴极,通过直流电使水溶性涂料(通常是高分子树脂,如环氧树脂)均匀沉积在部件表面,形成防腐涂层。电泳涂层与多孔磁体表面的附着力强,并且能够抵抗盐雾、酸、碱等腐蚀,具有出色的防腐蚀性能,但在耐湿热方面表现较差。


6、表面处理——派瑞林Parylene

Parylene,中文名为聚对二甲苯,是一种高分子保护材料,能够在真空中通过气相沉积的方式形成保护层。Parylene的活性分子能够穿透元件的内部和底部,形成无针孔、厚度均匀的透明绝缘涂层,为元件提供全面的保护,抵御酸碱、盐雾、霉菌及各种腐蚀性气体的侵蚀。Parylene的独特制备工艺和卓越性能使其能够对小型和超小型磁材进行全面涂敷,无薄弱点。经过Parylene涂层的磁材能够浸泡在盐酸中超过10天而不腐蚀。目前,国际上许多小型和超小型磁材都采用Parylene作为绝缘和防护涂层。


7、尺寸公差

公差,即尺寸公差,指的是在机械加工过程中,零件尺寸的可接受变化范围。对于磁材而言,一定程度的尺寸差异是被认可的。公差是指最大极限尺寸与最小极限尺寸之间的差值,或者是允许的上偏差与下偏差之间的差值。

8、形位公差

几何公差,也称为形位公差,涵盖了形状公差和位置公差。所有机械零件都是由点、线、面等基本要素构成的。在机械加工后,零件的实际要素与理想要素之间总会存在一定的误差,这些误差包括形状误差和位置误差。这些误差可能会影响机械产品的性能,因此在设计时应规定相应的公差,并按照既定的标准在图纸上标注这些公差。
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9、中性盐雾试验(NSS)

盐雾试验是一种主要利用盐雾试验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金属材料耐腐蚀性能的环境试验,分为中性盐雾和酸性盐雾两种,其区别在于符合的标准与试验方法不同,又名“NSS”和"CASS"试验。烧结钕铁硼进行中性盐雾试验,根据国家标准采用连续喷雾试验方式,测试条件为:35℃±2℃、5%±1%NaCl溶液(质量分数)、收集的盐雾沉降溶液的pH在6.5-7.2之间,试样放置角度对试验结果有影响,试样表面在盐雾箱中放置的倾斜角度为45°±5°。

10、湿热试验

烧结钕铁硼的湿热测试是一种加速模拟方法,用以评估样品在湿热环境下的耐久性。在这一测试中,样品将长时间暴露于高湿度和高温的环境中。具体的测试条件包括:温度控制在85℃±2℃、相对湿度维持在85%±5%,使用的加湿水源为蒸馏水或去离子水。测试的严酷等级被设定为1级,即持续时间为168小时。


11、高压加速老化试验(PCT)

高压加速老化测试,也被称作压力锅测试或饱和蒸汽测试,旨在通过将样品置于高温、高湿和高压的环境中,来评估其耐高湿性能。烧结钕铁硼的高压加速老化测试涉及将样品放置在装有电阻率超过1.0MΩ·cm的蒸馏水或去离子水的高压设备中进行。

12、硬度和强度

硬度是指材料在局部区域抵抗外来物体压入的能力,是衡量不同材料硬度的指标。硬度的高低反映了金属材料抵抗塑性变形的能力。

强度则是指材料在受到外力作用时,能够承受的最大力量而不被破坏的能力。根据外力作用的形式,强度可以分为以下几种:
  • 抗拉强度(抗张强度),指外力是拉力时的强度极限

  • 抗压强度,指外力是压力时的强度极限

  • 抗弯强度,指外力与材料轴线垂直,并在作用后使材料呈弯曲时的强度极限

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13、断裂韧性
通常反映材料中存在裂纹扩张时的强度,单位是MPa·m1/2。材料的断裂韧性的测试要用拉伸试验机、应力传感器、引伸计、信号放大动态应变仪等,另外试样要做成薄片状。
14、冲击强度(冲击断裂韧性)

反应材料在冲击应力作用下,材料断裂过程吸收的能量,单位是J/m2。冲击强度的测量值对试样的尺寸、形状、加工精度与试验环境等过于敏感,测量值分散性会比较大。

15、抗弯强度

是用三点弯曲法测量材料抗弯曲断裂强度,因试样加工容易、测量简单,最常用来描述烧结钕铁硼磁体的力学性能


磁性材料行业新机遇


为助力磁性材料行业升级创新,2026上海国际磁性材料与应用产业链展览会(MMIC CHINA 2026)将于2026年3月24-26日 国家会展中心(上海)1.1馆 & 2.1馆 盛大启幕!

同期联动粉末冶金展、先进陶瓷展、增材制造展、粉体加工展。五展协同,总规模可覆盖55,000超大展区,达到80,000+人次专业观众。展会将携手1,000+家 中外名企,共同助力磁性材料产业升级!


【观众预登记】正式开启,免费登记通道将于3月23日晚上12:00正式关闭,提前预登记免费领取电子参观证!识别下图了解更多:


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提前预登记,免费领取电子参观证

*免费领票通道截止至3月23日晚24时


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