MUOVIINSIDOTUT MAGNEETIT Martti Paju LTY jatko-opiskelijaseminaari 8./9.11.2007 Martti Paju 29.10.2007
Muovimagneetit - periaate Magneettijauhe Polymeeri (muovi/kumi) Sekoitus Työstö Valmis magneetti Apuaineet (pinta/voitelu) 2
Muovimagneetit vs. metalliset Muovi Metallinen Remanenssi Koersitiivivoima Energiatiheys Lämpötilastabiilius Käyttölämpötila Remanenssi Koersitiivivoima Energiatiheys Lämpötilastabiilius Käyttölämpötila 3
Miksi siis käyttää muovimagneetteja? 4
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) 0.5 236 188 11.075 0.55 259.6 206.8 13.40075 0.6 283.2 225.6 15.948 0.65 306.8 244.4 18.71675 0.7 330.4 263.2 21.707 350 25 300 20 250 mt alt. ka/m 200 150 15 10 kj/m3 Br (mt) bhc (ka/m) (BH)max (kj/m3) 100 50 5 0 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 vol-% magnet powder 0 5
Täyteasteen vaikutus - käytännössä - Anisotropic Ferrite in PA12 350 250 300 200 250 Br/bHc/iHc 200 150 150 100 kj/m3 Br ihc bhc (BH)max Viiva 5 100 50 50 0 density 0 6
Muovimagneettien koersitiivivoima Pulverin valmistus -> Hilavirheitä Metallimagneetit -> Sintraus poistaa Hilavirheet Muovimagneeteissa Ei mahdollista 7
Magneettimateriaalit 8
9
Magneettimateriaalit Tärkeimmät Ferriitti NdFeB (MQP) SmCo SmFeN Myös/uusia Alnico Anisotr. NdFeB Hybridit Ferriiti + NdFeB Ferriitti + SmFeN Nanokiteiset Nanokomposiitit 10
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
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 (-0.07 0.13%/K) Korkea dhc/dt (-0.4%/K) Lämpötilastabiilisuus (90-150C) Korroosioriski Hankalahko ruiskupuristettava (isot partikkelit) 12
Magnequench pulverityypit 13
NdFeB-MQP Kaasuatomisoitu S-11-9, helpompi ruiskupuristettava Loput laadut hiutalemaisia 14
15
Esimerkkejä MQ-magneeteista - Magneettiset ominaisuudet - 16
Esimerkkejä MQ-magneeteista - Lämpötilastabiilius - 17
MQP Materiaalivalinta MQP-B and -B+ Yleisimmin käytetyt, T 120-160 C MQP-B2 and -13-9 Halpavariantti B:stä (matala Co) MQP-O and -14-1 korkelämpötilalaadut (140-180 C), vähemmän korrodoituvia Pintakäsitelty pulveri MQP-15-7 and -16-7 Korkea Br, matala ihc, helpompi magnetointi (moninapaiset) Matala käyttölämpötila (90-130 C) MQP-S-11-9 (pyöreä) Pienille monimutkaisille kappaleille Korkea T (140-180 C) MQP-C, D ja -A Korkea ihc, keskinketainen käyttölämpötila (120-160 C) 18
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
SmCo/PA12 - demag-käyrät - 20
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% 1 10 100 1000 10000 time (h) PH10 S2P-8M S2P-8M 180 Ž 21
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
Polymeerit 24
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
Muovimagneetit Muovimagneetit Ruiskupuristus Ahtopuristus Pursotus Kalenterointi Muita: -valu -UV-kovetus --litografia -Jne. 26
Ahtopuristetut magneetit Ahto- Puristetut magneetit Magneetti Pulveri > 80 v-% NdFeB, SmCo Polymeeri Epoksi Apuaineet -stearaatti 27
Ahtopuristus - prosessi Magneettijauhe Epoksi Sekoitus Puristus Kovetus Valmis magneetti Stearaatti Orientointi Pintakäsittely 28
Ahtopuristus - Prosessi - 29
Ahtopuristetut magneetit Korkea Br, BHmax Edullinen valmistusprosessi Eniten käytetty Vain 2D muodot Pääosin kiinalaisia Pintakäsittely tarpeellinen Ohuet renkaat (pienet moottorit) Segmentit 30
Ahtopuristettuja magneetteja 31
MQ1 magneetteja 32
Aichi MagFine aniso NdFeB Ahtopuristus Ruiskupuristus 33
Muovimagneetit Muovimagneetit Ruiskupuristus Ahtopuristus Pursotus Kalenterointi Muita: -valu -UV-kovetus --litografia -Jne. 34
Ruiskupuristetut magneetit Ruisku- Puristetut magneetit Magneetti Pulveri 50-60 v-% Ferrite, NdFeB SmCo, SmFeN Polymeeri PA6, PA12, PPS (PP, etc.) Apuaineet -silaanit -stearaatit 35
Prosessikaavio kompoundointi Magneettipulveri Polymeeri Apuaineet Pintakäsittely Sekoitus Vaivaus Pelletointi Tarkastus Toimitus 36
Kompoundointi Magneettijauhe 2 tai 3 partikkelikokoa Pintakäsittely Jauhe-muovi sidos Korroosio/oksidaatiosuoja Titanaatit (m.m.) Muovi PA6, PA12 & PPS Apuaineet Sisäinen voiteluaine Stearaatit 37
Valmistusprosessi - ruiskupuristus 38
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
Orientaatiomahdollisuudet ruiskupuristuksessa Aksiaalinen Diametraalinen Säteettäinen Lateraalinen Moninapainen säteettäinen Diametraalinen (neliösignaali) 40
41
42
43
44
SmCo + PA12, radial SmCo + PPS, radial SmCo + PA12, axial Ferrite + PP NdFeB + PPS Ferrite + PA6, radial 45
Ferrite + PA12 10-pole lateral Basic Features - functional details - Ferrite + PA6 diametral 46
Basic Features - magnetisation in the tool - Ferrite + PA6 47
48
Magnetisation in the tool SmCo 49
Overmolding SmCo + PA12, radial 50
Overmolding Somalloy Fe composite SmCo + PA12 radial 51
Overmolding 52
Kaksikomponentti rp 53
Kaksikomponentti rp Float Foamed PU Magnet Ferrite + PA12 2 poles polar orientation 54
3K ruiskupuristus Magnet Ferrite + PA12 Axially oriented Piston body PA6 + GF Seal TE PU 55
Uudet materiaalit 56
Uudet materiaalit 57
Anisotrooppinen NdFeB Hyvin korkea Br (1.1/>0.8T) Hyvin kallis Rajoitettu T Valmistaja: < 150 C Hyvin hankala orientoida Patenttikiista 58
59
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
SPRAX rakenne Fe 3 B 20 nm Nd 2 Fe 14 B 61
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
Ferrit + SmFeN kompound 63
Muovimagneetit Muovimagneetit Ruiskupuristus Ahtopuristus Pursotus Kalenterointi Muita: -valu -UV-kovetus --litografia -Jne. 64
Kalanterointi Ferriitti ja SmFeN Mekaaninen orientointi Paksuus: 0.2-2.0mm Voidaan päällystää/painaa Taipuisaa Helppo magnetoida Mainokset, lelut, stickers Halvat moottorit (pienet tuulettimet jne.) + dynamot Tonnimäärältään suurin muoviinsidottu 65
Pursotus Ferriitti, MQP ja SmFeN Magneetit taipuisia profiileja Br (250/400/500 mt) Käyttölämpöt. < 80 C Listat: jääkaappi-, suihku-, mainokset jne. 66
Kalanteroituja magneetteja 67
68