Introducere
Aliajele de neodim reprezintă materiale esențiale pentru aplicațiile moderne de înaltă performanță. În special, acestea sunt utilizate ca bază pentru magneți permanenți de înaltă performanță în motoare electrice, generatoare, turbine eoliene, senzori și unități de stocare pe disc. Pe lângă proprietățile magnetice, caracteristicile termofizice ale aliajelor de neodim joacă, de asemenea, un rol decisiv. La densități mari de putere și temperaturi de funcționare în creștere, difuzivitatea termică, capacitatea termică specifică și conductivitatea termică au o influență semnificativă asupra comportamentului termic al unui material. Aceste proprietăți sunt esențiale pentru o gestionare termică eficientă, evitând supraîncălzirea locală și asigurând stabilitatea pe termen lung a materialului și a funcționalității.
Cunoașterea difuzivității termice are o importanță deosebită în acest context, deoarece aceasta descrie cât de repede se propagă o schimbare de temperatură în interiorul materialului. În combinație cu densitatea și capacitatea termică specifică, din aceasta se poate determina conductivitatea termică – un parametru central pentru proiectarea componentelor supuse la solicitări termice.
Metoda și condițiile de măsurare
Proprietățile termofizice ale aliajului de neodim au fost determinate cu ajutorul LFA 717 HyperFlash® HT. Analiza cu impuls laser este una dintre cele mai consacrate metode de măsurare a conductivității termice, caracterizându-se prin precizie ridicată și timpi de măsurare scurți. În timpul măsurării, suprafața frontală a probei este excitată de un impuls scurt de energie, iar creșterea de temperatură rezultată pe suprafața posterioară este înregistrată fără a intra în contact cu un detector cu infraroșu. Pe baza unei ajustări matematice a curbei, difuzivitatea termică este determinată din semnalul măsurat.
Pe lângă difuzivitatea termică, s-a determinat și capacitatea termică specifică prin LFA, conform metodei de comparație. În acest scop, s-a utilizat o referință din cupru cu proprietăți termofizice cunoscute. Pe baza difuzivității termice, a capacității termice specifice și a densității, s-a calculat apoi conductivitatea termică. Condițiile exacte de măsurare pot fi găsite în Tabelul 1.
Tabelul 1: Condiții de măsurare
| Material | Aliaj de neodim |
| Suport pentru probă | Ø 8 mm, SiC |
| Program de temperatură | De la temperatura camerei la 800 °C; intervale de 50 K |
| Dimensiunile probei | Ø 8 mm, grosime: 2,8 mm |
| Acoperire | Grafit |
| Referință pentruCapacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp | Cu pur |
| Atmosferă | Argon |
| Viteză de încălzire | 10 K/min |
| Energie de impuls | 250 V / 600 μs |
Rezultate și discuții
Figura 1 prezintă difuzivitatea termică, capacitatea termică specifică și conductivitatea termică ale aliajului de neodim studiat, în intervalul de temperaturi de la temperatura camerei până la 800 °C. Pe măsură ce temperatura crește, toate caracteristicile termofizice tind să crească. Cu toate acestea, în intervalul de aproximativ 300 °C – 350 °C, capacitatea termică specifică atinge un maxim evident, în timp ce difuzivitatea termică atinge un minim local în același timp. Acest comportament corelat indică o tranziție legată de transformarea Curie a aliajului.
Ambele proprietăți sunt sensibile la modificările structurale sau magnetice ale materialului și permit identificarea clară a intervalului de temperatură relevant.
Conductivitatea termică calculată nu prezintă însă un vârf de tranziție pronunțat, ci crește aproape continuu pe întregul interval de măsurare. Acest comportament se datorează faptului că efectele opuse ale creșterii capacității termice specifice și ale reducerii difuzivității termice se compensează în mare măsură reciproc la calcularea conductivității termice. Influența tranziției este, prin urmare, mult mai puțin pronunțată în cazul conductivității termice decât în cazul parametrilor individuali măsurați direct.
Rezultatele arată că, prin determinarea combinată a difuzivității termice și a capacității termice specifice cu ajutorul LFA, comportamentul termofizic al materialelor poate fi evaluat cu mai multă precizie. În special, anomaliile dependente de temperatură, precum cele care pot apărea în apropierea transformării Curie, pot fi detectate și interpretate în mod fiabil pe baza parametrilor individuali.
Rezumat
Aceasta LFA 717 HyperFlash® HT permite caracterizarea precisă a proprietăților termice la temperaturi ridicate, în special prin metoda laser flash fără contact pentru determinarea difuzivității termice. În combinație cu probe de referință și Density Determination, se pot determina în mod fiabil și capacitatea termică specifică și conductivitatea termică.