Alnico 磁钢高低温循环试验研究＊

杨 睿，郭晓杰，代 力，魏连春，姚雨廷，李 聪，孙建春

（重庆科技学院，重庆 401331）

1 研究背景

Alnico 磁钢作为性能优良的永磁材料，被广泛使用在航空航天、装备仪器制造及新能源开发等领域，其具有高居里温度、低温度系数、抗腐蚀、成本相对稀土永磁类磁钢材料价格更低等特点。研究表明，影响其磁稳定性的因素主要有合金的成分、温度、时间冲击、振动和化学作用等[1-3]。不同自然贮存时间的Alnico 磁钢的磁不可逆损失率不同，随着贮存时间的延长，Alnico 磁钢的磁不可逆损失率逐渐降低，磁稳定性逐渐增加[4]。Alnico 磁钢的温度稳定性较好，同时Alnico 磁钢的可逆磁通与温度呈现出较好的线性关系[5]。但随着使用者对其磁稳定性和使用寿命有更高的要求，使得材料使用环境更加恶劣，也对Alnico 磁钢环境适应性提出了更高要求。

2 试验材料及方法

实验材料为Alnico 磁钢，牌号为LNGT72，样品尺寸为圆柱Φ20 mm×13 mm，该型磁钢磁稳定性好，具有较高的剩磁和磁能积。样品平均剩磁和最大磁能积分别为1.0541 T 和73.82 kJ/m3，试样矫顽力Hcb和内禀矫顽力Hcj分别为127.7 kA/m 和133.3 kA/m。调研该磁钢自身工作环境和耐腐蚀等性能，参考GJB 4239《装备环境工程通用要求》和GJB 150A《军用装备实验室环境试验》等文件，确定试验环境条件、试验时间及取样周期等，具体试验方案如表1 所示。

高低温循环试验在不同的温度试验箱内完成，每组试样数量为3 个，试样先在不同高温箱内贮存1 h，之后取出样品置于常温环境和-50 ℃环境贮存1 h，即完成1 个循环周期，每5 个循环周期检测一次磁性能。常温试验期间记录平均室温为28 ℃，样品需恢复至常温进行测试。磁通量和表面磁场强度的测试分别采用湖南省联众科技有限公司的YC-820 型磁通计和LZ-610H 特斯拉计。

表1 LNGT72 磁钢高低温循环试验方案

3 结果与分析

本文选用磁通量和表面磁场强度为磁参量，通过计算磁参量的变化率α和保持率a，分析试验条件对该磁钢的影响规律，计算公式为：

式（1）（2）中：X 为磁通量和表面磁场强度；tj为取出时间；t0为样品初始时间。

高低温循环试验后磁通量和表面磁场强度变化情况如表2 所示。

高低温循环试验后磁参量变化率如图1 所示，不同的循环试验周期后磁参量的保持率如图2 所示。

表2 高低温循环试验磁通量和表面磁场强度变化表

图1 高低温循环试验磁参量变化率

图2 高低温循环试验磁参量保持率

根据表2、图1 和图2 可以得到高低温循环试验后试样磁参量变化情况。结果表明，高低温循环试验后，磁通量的变化率α数值分布总体较均匀。

由图1（a）可知，常温～120 ℃试验10 周期后，此时磁通量变化率最大值为每周期-1.39×10-3，试验30 周期后，此时-50～120 ℃试验条件对磁通量影响较大，磁通量变化率为每周期-1.18×10-3。由图2（a）也可看出，此时磁通量保持率由试验25 周期的99.51%降至试验30 周期的96.45%。常温～120 ℃、-50～120 ℃、常温～250 ℃和-50～250 ℃这4 种条件下试验30 周期后，磁通量保持率分别降至98.35%、96.45%、98.91%和99.38%。由图2（b）可以看出，-50～120 ℃条件下试验25～30 周期，此时表面磁场强度保持率由99.46%降至96.90%；-50～250 ℃条件下导致表面磁场强度逐渐升高，试验30 周期后表面磁场强度的保持率达到103.21%。

综上，LNGT72 磁钢磁稳定性总体较好，但是-50～120 ℃试验条件对本批次LNGT72 磁钢的磁通量和表面磁场强度影响最大；试验达25 周期后，磁通量和表面磁场强度降低更加明显。

磁参量在高低温循环试验后性能衰减主要是由于在Alnico 磁钢内部存在大量的缺陷，使其内能升高，这样处于高能状态的磁钢在加热过程中，磁矩取向度随温度变化受到的影响越来越大，从而影响磁性能。同时，Alnico 磁钢中含有强磁性相α1和弱磁性相α2，随着温度的冲击，二者的晶格常数会发生变化，使得磁畴的运动困难，导致其磁性能产生变化[6]。此外，高低温循环试验后样品表面出现明显锈点，其对试样磁性能的影响还需要进一步研究。

4 结论

试验结果表明，该批LNGT72 磁钢在本文所述的高低温循环试验条件下，磁稳定性总体较好，磁通量和表面磁场强度变化率较小。

不同的高低温循环试验条件对LNGT72 磁钢的稳定性影响程度有所差异。-50～120 ℃试验条件对本批次LNGT72 磁钢的磁通量和表面磁场强度影响最大，试验30 周期后，磁通量和表面磁场强度保持率分别为96.45%和96.90%。