MUOVIINSIDOTUT MAGNEETIT

Transkriptio

1 MUOVIINSIDOTUT MAGNEETIT Martti Paju LTY jatko-opiskelijaseminaari 8./ Martti Paju

2 Muovimagneetit - periaate Magneettijauhe Polymeeri (muovi/kumi) Sekoitus Työstö Valmis magneetti Apuaineet (pinta/voitelu) 2

3 Muovimagneetit vs. metalliset Muovi Metallinen Remanenssi Koersitiivivoima Energiatiheys Lämpötilastabiilius Käyttölämpötila Remanenssi Koersitiivivoima Energiatiheys Lämpötilastabiilius Käyttölämpötila 3

4 Miksi siis käyttää muovimagneetteja? 4

5 Täyteasteen vaikutus - Teoria - Br = xv * Js (BH)max = xv2 *Js2/4µ0 bhc = xv *Js/µ0 ihc = 2Ki /Js Br (mt) bhc (ka/m)(bh)max (kj/m3) mt alt. ka/m kj/m3 Br (mt) bhc (ka/m) (BH)max (kj/m3) vol-% magnet powder 0 5

6 Täyteasteen vaikutus - käytännössä - Anisotropic Ferrite in PA Br/bHc/iHc kj/m3 Br ihc bhc (BH)max Viiva density 0 6

7 Muovimagneettien koersitiivivoima Pulverin valmistus -> Hilavirheitä Metallimagneetit -> Sintraus poistaa Hilavirheet Muovimagneeteissa Ei mahdollista 7

8 Magneettimateriaalit 8

9 9

10 Magneettimateriaalit Tärkeimmät Ferriitti NdFeB (MQP) SmCo SmFeN Myös/uusia Alnico Anisotr. NdFeB Hybridit Ferriiti + NdFeB Ferriitti + SmFeN Nanokiteiset Nanokomposiitit 10

11 Ferriitti Halpa ja helppo, valinta nr. 1 Ruiskupuristus, kalenterointi, pursotus Alhainen Br (max 300 mt), Hc, BHmax Korkea dbr/dt (-0.2%/K) Positiivinen dhc/dt (0.27%/K) Ei korroosio- tai hapettumisvaaraa Hieno jauhe (1-2µm): helppo ruiskupuristaa ja orientoida (mekaaniset osat) Helppo demagnetisoida ja kierrättää 11

12 NdFeB Isotrooppinen (MQP-materiaalit) Ahtopuristus, ruiskupuristus, myös kalanterointi Hinta n. 10 x ferriitti, Valinta nr. 2 Korkeat Br (0.8/0.65 T)), Hic & BHmax Vain yksi laillinen lähde (Magnequench) Keskinkertainen dbr/dt ( %/K) Korkea dhc/dt (-0.4%/K) Lämpötilastabiilisuus (90-150C) Korroosioriski Hankalahko ruiskupuristettava (isot partikkelit) 12

13 Magnequench pulverityypit 13

14 NdFeB-MQP Kaasuatomisoitu S-11-9, helpompi ruiskupuristettava Loput laadut hiutalemaisia 14

15 15

16 Esimerkkejä MQ-magneeteista - Magneettiset ominaisuudet - 16

17 Esimerkkejä MQ-magneeteista - Lämpötilastabiilius - 17

18 MQP Materiaalivalinta MQP-B and -B+ Yleisimmin käytetyt, T C MQP-B2 and Halpavariantti B:stä (matala Co) MQP-O and korkelämpötilalaadut ( C), vähemmän korrodoituvia Pintakäsitelty pulveri MQP-15-7 and Korkea Br, matala ihc, helpompi magnetointi (moninapaiset) Matala käyttölämpötila ( C) MQP-S-11-9 (pyöreä) Pienille monimutkaisille kappaleille Korkea T ( C) MQP-C, D ja -A Korkea ihc, keskinketainen käyttölämpötila ( C) 18

19 SmCo 2:17 Suuret pyöreät partikkelit Ahtopuristus, ruiskupuristus Vaikea orientoitava Korkea Br (0.8/0.65 T), keskinkertainen Hic Alhainen dbr/dt (-0.03%/K) Lämpötilakesto Kallis (20 x ferriitti) Korroosio ei yleensä ongelma 19

20 SmCo/PA12 - demag-käyrät - 20

21 SmCo/PPS stabiilisuus φ 10x7 mm (Pc=2), 120 deg.c Irreversible flux loss 0% -2% -4% -6% -8% -10% -12% -14% -16% -18% -20% time (h) PH10 S2P-8M S2P-8M 180 Ž 21

22 SmFeN Hieno (1-2µm), isomorfinen jauhe suhteellisen helppo ruiskupuristaa ja orientoida Mekaaniset yksityiskohdat mahdollisia Suhteellisen helppo magnetisoida Korkeat Br (0.7 T), Hic and BHmax Keskinkertainen dbr/dt (-0.07%/K) Rajoitettu T stabiliteetti (max 100C) Hinta n. 10 x ferriitti Kevyt 22

23 23

24 Polymeerit 24

25 Ruiskupuristetut magneetit PA6 Tavallisesti halvin Korkea lujuus, < 160 C Absorboi vettä -> ei sovi NdFeB tai SmCo PA12 Sitkeä, < 140/150 C Ei absorboi vettä, kestää hyvin rasvoja jne. PPS Hauras, < 200 C Kemiallisesti inertti Alhainen Br, koska v-% jää alhaiseksi 25

26 Muovimagneetit Muovimagneetit Ruiskupuristus Ahtopuristus Pursotus Kalenterointi Muita: -valu -UV-kovetus --litografia -Jne. 26

27 Ahtopuristetut magneetit Ahto- Puristetut magneetit Magneetti Pulveri > 80 v-% NdFeB, SmCo Polymeeri Epoksi Apuaineet -stearaatti 27

28 Ahtopuristus - prosessi Magneettijauhe Epoksi Sekoitus Puristus Kovetus Valmis magneetti Stearaatti Orientointi Pintakäsittely 28

29 Ahtopuristus - Prosessi - 29

30 Ahtopuristetut magneetit Korkea Br, BHmax Edullinen valmistusprosessi Eniten käytetty Vain 2D muodot Pääosin kiinalaisia Pintakäsittely tarpeellinen Ohuet renkaat (pienet moottorit) Segmentit 30

31 Ahtopuristettuja magneetteja 31

32 MQ1 magneetteja 32

33 Aichi MagFine aniso NdFeB Ahtopuristus Ruiskupuristus 33

34 Muovimagneetit Muovimagneetit Ruiskupuristus Ahtopuristus Pursotus Kalenterointi Muita: -valu -UV-kovetus --litografia -Jne. 34

35 Ruiskupuristetut magneetit Ruisku- Puristetut magneetit Magneetti Pulveri v-% Ferrite, NdFeB SmCo, SmFeN Polymeeri PA6, PA12, PPS (PP, etc.) Apuaineet -silaanit -stearaatit 35

36 Prosessikaavio kompoundointi Magneettipulveri Polymeeri Apuaineet Pintakäsittely Sekoitus Vaivaus Pelletointi Tarkastus Toimitus 36

37 Kompoundointi Magneettijauhe 2 tai 3 partikkelikokoa Pintakäsittely Jauhe-muovi sidos Korroosio/oksidaatiosuoja Titanaatit (m.m.) Muovi PA6, PA12 & PPS Apuaineet Sisäinen voiteluaine Stearaatit 37

38 Valmistusprosessi - ruiskupuristus 38

39 Ruiskupuristus Ferriitti, SmCo, MQI, SmFeN PA6, PA12, PPS Lähes rajattomat muotoilumahdollisuudet Ohuet (min. 0.8mm) renkaat Tarkat toleranssit Orientointi: myös säteettäinen & lateraalinen Magnetointi: myös työkalussa Anturimagneetit, pienet moottorit jne. Korkea kg-hinta Työkalukustannukset Magneetit aina asiakaskohtaisia 39

40 Orientaatiomahdollisuudet ruiskupuristuksessa Aksiaalinen Diametraalinen Säteettäinen Lateraalinen Moninapainen säteettäinen Diametraalinen (neliösignaali) 40

41 41

42 42

43 43

44 44

45 SmCo + PA12, radial SmCo + PPS, radial SmCo + PA12, axial Ferrite + PP NdFeB + PPS Ferrite + PA6, radial 45

46 Ferrite + PA12 10-pole lateral Basic Features - functional details - Ferrite + PA6 diametral 46

47 Basic Features - magnetisation in the tool - Ferrite + PA6 47

48 48

49 Magnetisation in the tool SmCo 49

50 Overmolding SmCo + PA12, radial 50

51 Overmolding Somalloy Fe composite SmCo + PA12 radial 51

52 Overmolding 52

53 Kaksikomponentti rp 53

54 Kaksikomponentti rp Float Foamed PU Magnet Ferrite + PA12 2 poles polar orientation 54

55 3K ruiskupuristus Magnet Ferrite + PA12 Axially oriented Piston body PA6 + GF Seal TE PU 55

56 Uudet materiaalit 56

57 Uudet materiaalit 57

58 Anisotrooppinen NdFeB Hyvin korkea Br (1.1/>0.8T) Hyvin kallis Rajoitettu T Valmistaja: < 150 C Hyvin hankala orientoida Patenttikiista 58

59 59

60 Nanokomposiitti-materiaalit Kombinaatio magneettisesti kova ja pehmeä faasi Molempien oltava < 50 nm Tavoitteena maksimoida Br (Hic alenee) Kaksi materiaalia kaupallisesti saatavilla MQP-16-7 Nd2Fe14B + α-fe Sprax Nd2Fe14B + Fe3B 60

61 SPRAX rakenne Fe 3 B 20 nm Nd 2 Fe 14 B 61

62 Hybridit Ferriitti + MQ & Ferriitti + SmFeN saatavilla Idea: Matalampi hinta ferriittiseostuksella Ominaisuudet kuten sintratulla ferriitillä -> korvaus helppoa Outo demag-käyrä Vaikea demagnetisoida Hyvin hankala kierrättää 62

63 Ferrit + SmFeN kompound 63

64 Muovimagneetit Muovimagneetit Ruiskupuristus Ahtopuristus Pursotus Kalenterointi Muita: -valu -UV-kovetus --litografia -Jne. 64

65 Kalanterointi Ferriitti ja SmFeN Mekaaninen orientointi Paksuus: mm Voidaan päällystää/painaa Taipuisaa Helppo magnetoida Mainokset, lelut, stickers Halvat moottorit (pienet tuulettimet jne.) + dynamot Tonnimäärältään suurin muoviinsidottu 65

66 Pursotus Ferriitti, MQP ja SmFeN Magneetit taipuisia profiileja Br (250/400/500 mt) Käyttölämpöt. < 80 C Listat: jääkaappi-, suihku-, mainokset jne. 66

67 Kalanteroituja magneetteja 67

68 68