外部磁场对稀土永磁材料的剩磁有何影响
2025-06-10 10:36:33
外部磁场对稀土永磁材料剩磁的影响与其强度、方向及作用时间密切相关,可能导致可逆或不可逆的磁性能变化,具体机制如下:
一、基本作用原理
稀土永磁材料的剩磁由内部磁畴的有序取向决定,而外部磁场会通过影响磁畴运动改变这种取向。其规律可通过退磁曲线(B-H曲线)描述:
可逆区间:当反向磁场较弱时,磁畴壁发生可逆位移,磁通量密度沿退磁曲线线性下降,去除磁场后剩磁完全恢复。
不可逆区间:当反向磁场超过材料的不可逆矫顽力阈值时,部分磁畴克服能垒发生永久性反转,导致剩磁永久降低。
二、反向磁场的具体影响
1. 弱反向磁场(可逆退磁)
若反向磁场强度小于材料的可逆矫顽力(例如钕铁硼在低强度瞬态磁场中),磁畴壁会因磁场作用发生微小偏移,使磁感应强度暂时下降。此时磁畴并未突破能垒,仅处于亚稳态,去除磁场后磁畴壁复位,剩磁完全恢复。这种变化常见于电机启动等短时弱磁场场景。
2. 强反向磁场(不可逆退磁)
当反向磁场强度接近或超过材料的矫顽力(如铝镍钴在强磁场中),部分磁畴会克服畴壁能垒,发生不可逆反转。即使去除磁场,这些磁畴也无法恢复原取向,导致剩磁永久性降低至新的平衡状态。例如,磁体几何形状若为扁平状(退磁因子大),内部有效磁场(H内= H外 + NM),N为退磁因子,M为磁化强度)会显著增强,加剧退磁风险。
三、正向磁场的影响
1.未饱和磁体的磁化:
若永磁体在制备或使用中未完全饱和,施加正向磁场可使其磁畴进一步趋同取向,剩磁接近理论最大值。
2.过饱和磁体的稳定性:
对于已饱和的磁体,正向磁场超过一定强度后不会显著改变剩磁,但可能通过诱导微结构应力(如晶粒边界损伤)间接影响长期稳定性,这种影响通常较缓慢。
四、关键影响参数
1.磁场强度与作用时间
短时强磁场(如脉冲磁场)可能比长时弱磁场更易引发不可逆退磁,因瞬时能量可突破能垒。
交变磁场(如电机高频运行)会通过磁滞损耗产热,协同降低材料矫顽力(如钕铁硼矫顽力温度系数约 - 0.6%/°C),加剧退磁效应。
2.磁体取向与几何尺寸
磁场平行于磁体易磁化轴时,需更强磁场才能退磁;垂直于易磁化轴时,退磁阈值显著降低。
扁片状或短柱状磁体因退磁因子大,相同外磁场下内部有效退磁场更强,更易退磁。
3.材料本征特性
矫顽力越高的材料(如添加镝、铽的钕铁硼),抗退磁能力越强。
细晶结构(接近单畴尺寸)的磁体因畴壁能低,抗磁畴反转能力更强,剩磁稳定性更高。
外部磁场对稀土永磁剩磁的影响呈现 “双向性”:弱反向磁场引起可逆变化,强反向磁场导致不可逆损失;正向磁场可优化未饱和磁体的剩磁,但对饱和磁体作用有限。实际应用中,需通过材料选型(高矫顽力)、结构设计(低退磁因子)和环境控制(避免高温、强磁场),综合提升磁体抗退磁能力,防止性能劣化。
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