¿Qué son los imanes de NdFeB?
Según los procesos de producción,Imanes de neodimiose puede dividir enNeodimio sinterizadoyNeodimio adherido. El neodimio adherido tiene magnetismo en todas las direcciones y es resistente a la corrosión; El neodimio sinterizado es propenso a la corrosión y requiererevestimientoen su superficie, que generalmente incluye cincado, niquelado, cincado ecológico, niquelado ecológico, niquelado de cobre y níquel, niquelado de cobre y níquel ecológico, etc.
Clasificación de imanes de neodimio
Dependiendo del método de fabricación empleado, los materiales del imán de neodimio se pueden dividir enNeodimio sinterizadoyNeodimio adherido. El neodimio adherido tiene magnetismo en todas las direcciones y es resistente a la corrosión; El neodimio sinterizado es propenso a la corrosión y requiererevestimientoen su superficie, que generalmente incluye cincado, niquelado, cincado ecológico, niquelado ecológico, niquelado de cobre y níquel, niquelado de cobre y níquel ecológico, etc.aplicacionesen productos contemporáneos que necesitan potentes imanes permanentes, como motores eléctricos en herramientas inalámbricas, unidades de disco duro y sujetadores magnéticos, han reemplazado a otros tipos de imanes.
El tipo más común de imán de tierras raras es unImán de neodimio, comúnmente conocido comoNdFeB, NIB o Neo imán. Se combinaron neodimio, hierro y boro para crear la estructura cristalina tetragonal Nd2Fe14B del imán permanente. Los imanes de neodimio son el tipo de imán permanente más potente que existe actualmente en el mercado. Fueron desarrollados por separado en 1984 por General Motors y Sumitomo Special Metals.
Imán de neodimioEs un material relativamente duro y quebradizo con baja densidad pero altas propiedades mecánicas, y su costo de producción es menor que el de otros materiales de imanes permanentes de tierras raras. En la actualidad, según la comparación horizontal de la cuota de mercado con los materiales de imanes permanentes de tierras raras de tercera generación, los imanes de neodimio tienen la cuota de mercado y la producción anual más altas, sólo que inferiores a los más baratos.Imanes de ferrita.
Imanes NdFeB sinterizadosTienen las más altas cualidades magnéticas y se utilizan en varios sectores, incluidos pestillos de puertas, motores, generadores y componentes industriales pesados.
Imanes comprimidos adheridosSon más fuertes que los imanes moldeados por inyección.
Imán de NdFeB de plástico de inyecciónes un material compuesto de nueva generación compuesto por polvo magnético permanente y plástico, con extraordinarias cualidades magnéticas y plásticas, así como alta precisión y resistencia al estrés.
Imanes de neodimio sinterizados
Imán de neodimio sinterizadoes un imán fuerte contemporáneo, que no solo tiene excelentes características como alta remanencia, alta coercitividad, producto de alta energía magnética y relación precio de alto rendimiento, sino que también es fácil de procesar en varias formas y tamaños, especialmente adecuado para alta potencia y campos de alto campo magnético, así como varios productos de reemplazo miniaturizados y livianos.
Los imanes de neodimio sinterizados se utilizan principalmente en automóviles (propulsión eléctrica, dirección asistida eléctrica, sensores, etc.), generación de energía eólica, industria de la información (discos duros, unidades de disco óptico), electrónica de consumo (teléfonos móviles, cámaras digitales), hogar. electrodomésticos (aire acondicionado de frecuencia variable, frigoríficos y lavadoras), motores lineales de ascensores, máquinas de resonancia magnética nuclear, etc. En la fabricación inteligente, la conducción inteligente, representada por robotsAplicacionesen áreas como los servicios inteligentes están en aumento.
Imanes de neodimio adheridos
El imán de neodimio adherido es un tipo de material magnético permanente compuesto fabricado mediante la combinación de polvo magnético de boro, hierro y neodimio nanocristalino de enfriamiento rápido con un alto contenido de polímero (como resina epoxi termoestable, plásticos de ingeniería termoplásticos, etc.) como aglutinante, dividido enImanes comprimidos de neodimio adheridosyImanes de inyección de neodimio adheridos. Tiene una precisión dimensional extremadamente alta, buena uniformidad magnética y consistencia, y puede adoptar formas complejas que son difíciles de lograr con imanes de neodimio sinterizados y es fácil de integrar con otros componentes metálicos o plásticos para su conformación. Los imanes de neodimio adheridos también tienen varios métodos de magnetización, baja pérdida por corrientes parásitas y una fuerte resistencia a la corrosión.
Los imanes de neodimio adheridos se utilizan principalmente en industrias de tecnología de la información, como discos duros de computadoras y motores de husillo de unidades de discos ópticos, motores de impresoras/copiadoras y rodillos magnéticos, así como componentes de accionamiento y control para electrodomésticos y electrónica de consumo de frecuencia variable que ahorran energía. Su aplicación en micromotores y sensores especiales de vehículos de nueva energía se está convirtiendo gradualmente en un mercado emergente.
Explicación de la fuerza
El neodimio es un metal antiferromagnético que exhibe características magnéticas cuando es puro, pero sólo a temperaturas inferiores a 19 K (254,2 °C; 425,5 °F). Para crear imanes de neodimio se utilizan compuestos de neodimio con metales de transición ferromagnéticos como el hierro, que tienen temperaturas de Curie muy superiores a la temperatura ambiente.
La fuerza de los imanes de neodimio es una combinación de varias cosas. La más significativa es la extremadamente alta anisotropía magnetocristalina uniaxial de la estructura cristalina tetragonal de Nd2Fe14B (HA 7 T - intensidad del campo magnético H en unidades de A/m contra el momento magnético en Am2). Esto indica que un cristal de la sustancia se magnetiza preferentemente a lo largo de un determinado eje del cristal, pero resulta extremadamente difícil magnetizar en otras direcciones. La aleación del imán de neodimio, al igual que otros imanes, está hecha de granos microcristalinos que durante la fabricación se alinean en un fuerte campo magnético de modo que todos sus ejes magnéticos apunten en la misma dirección. El compuesto tiene una coercitividad o resistencia a la desmagnetización extremadamente alta, debido a la resistencia de la red cristalina a cambiar la dirección del magnetismo.
Debido a que contiene cuatro electrones desapareados en su estructura electrónica en comparación con (en promedio) tres en el hierro, el átomo de neodimio puede tener un momento dipolar magnético significativo. Los electrones desapareados en un imán que están alineados de modo que sus espines miran en la misma dirección producen el campo magnético. Esto da como resultado una fuerte magnetización de saturación para la combinación Nd2Fe14B (Js 1,6 T o 16 kG) y una magnetización residual típica de 1,3 teslas. Como resultado, esta fase magnética tiene capacidad para almacenar cantidades significativas de energía magnética (BHmax 512 kJ/m3 o 64 MGOe), ya que la mayor densidad de energía es proporcional a Js2.
Este valor de energía magnética es aproximadamente 18 veces mayor en volumen y 12 veces en masa que lo "normal".imanes de ferrita. Samario cobalto (SmCo), el primer imán de tierras raras disponible comercialmente, tiene un nivel más bajo de esta característica de energía magnética que las aleaciones de NdFeB. Las características magnéticas de los imanes de neodimio están realmente influenciadas por la microestructura, el proceso de fabricación y la composición de la aleación.
Los átomos de hierro y una combinación de neodimio y boro se encuentran en capas alternas dentro de la estructura cristalina de Nd2Fe14B. Los átomos de boro diamagnéticos promueven la cohesión a través de fuertes enlaces covalentes pero no contribuyen directamente al magnetismo. Los imanes de neodimio son menos costosos que los imanes de samario-cobalto debido a la concentración comparativamente baja de tierras raras (12% en volumen, 26,7% en masa), así como a la relativa disponibilidad de neodimio y hierro en comparación con el samario y el cobalto.
Propiedades
Grados:
Para clasificarlos se utiliza el producto energético máximo de los imanes de neodimio, que corresponde a la producción de flujo magnético por unidad de volumen. Los imanes más fuertes se indican con valores más altos. Existe una categorización mundial generalmente aceptada para los imanes de NdFeB sinterizados. Su valor varía entre 28 y 52. El neodimio, o imanes de NdFeB sinterizados, se indica con la N inicial antes de los valores. Los valores van seguidos de letras que denotan coercitividad intrínseca y temperaturas máximas de funcionamiento, que se correlacionan positivamente con la temperatura Curie y varían desde la predeterminada (hasta 80 °C o 176 °F) hasta TH (230 °C o 446 °F). .
Grados de imanes NdFeB sinterizados:
N30-N56, N30M-N52M, N30H-N52H, N30SH-N52SH, N28UH-N45UH, N28EH-N42EH, N30AH-N38AH
Entre las características importantes que se utilizan para contrastar los imanes permanentes se encuentran:
remanencia(Hermano),que cuantifica la fuerza del campo magnético.
coercitividad(Hci),Resistencia a la desmagnetización del material.
Producto energético máximo(BHmáx),el mayor valor de la densidad de flujo magnético (B) veces
intensidad del campo magnético, que mide la densidad de la energía magnética (H).
Temperatura de Curie (TC), el punto en el que una sustancia deja de ser magnética.
Los imanes de neodimio superan a otros tipos de imanes en términos de remanencia, coercitividad y producto energético, pero frecuentemente tienen temperaturas de Curie más bajas. El terbio y el disprosio son dos aleaciones especiales de imanes de neodimio que se han creado con temperaturas Curie más altas y una mayor tolerancia a la temperatura. El rendimiento magnético de los imanes de neodimio se contrasta con el de otros tipos de imanes permanentes en la siguiente tabla.
| Imán | hermano(t) | hcj(kA/m) | BHmáxkJ/m3 | TC | |
| (℃) | (℉) | ||||
| Nd2Fe14B, sinterizado | 1.0-1.4 | 750-2000 | 200-440 | 310-400 | 590-752 |
| Nd2Fe14B, unido | 0,6-0,7 | 600-1200 | 60-100 | 310-400 | 590-752 |
| SmCo5, sinterizado | 0,8-1,1 | 600-2000 | 120-200 | 720 | 1328 |
| Sm(Co, Fe, Cu, Zr)7 sinterizado | 0,9-1,15 | 450-1300 | 150-240 | 800 | 1472 |
| AlNiCi, sinterizado | 0,6-1,4 | 275 | 10-88 | 700-860 | 1292-1580 |
| Sr-Ferrita, sinterizada | 0,2-0,78 | 100-300 | 10-40 | 450 | 842 |
Problemas de corrosión
Los límites de grano de un imán sinterizado son particularmente susceptibles a la corrosión en el Nd2Fe14B sinterizado. Este tipo de corrosión puede provocar daños importantes, como el desconchado de una capa superficial o el desmoronamiento de un imán hasta convertirlo en un polvo de diminutas partículas magnéticas.
Muchos productos comerciales abordan este riesgo incluyendo una cubierta protectora para detener la exposición al medio ambiente. Los revestimientos más comunes son níquel, níquel-cobre-níquel y zinc, aunque también se pueden utilizar otros metales, así como polímeros y lacas protectoras.revestimientos.
Efectos de la temperatura
El neodimio tiene un coeficiente negativo, lo que significa que cuando la temperatura aumenta, tanto la coercitividad como la densidad máxima de energía magnética (BHmax) disminuyen. A temperatura ambiente, los imanes de neodimio-hierro-boro tienen una alta coercitividad; sin embargo, cuando la temperatura aumenta por encima de los 100 °C (212 °F), la coercitividad cae rápidamente hasta alcanzar la temperatura de Curie, que ronda los 320 °C o 608 °F. Esta disminución de la coercitividad restringe la eficacia del imán en aplicaciones de alta temperatura como turbinas eólicas, motores híbridos, etc. Para evitar que el rendimiento caiga debido a las fluctuaciones de temperatura, se añade terbio (Tb) o disprosio (Dy), aumentando el coste del imán. imán.
Aplicaciones
Debido a que su mayor resistencia permite el uso de imanes más pequeños y livianos para un determinadosolicitud, los imanes de neodimio han suplantado a los imanes de alnico y ferrita en muchas de las innumerables aplicaciones de la tecnología contemporánea donde se requieren fuertes imanes permanentes. A continuación se muestran varios ejemplos:
Actuadores de cabezal para discos duros de ordenador
Interruptores mecánicos de disparo de cigarrillos electrónicos
Cerraduras para puertas
Altavoces para teléfonos móviles y actuadores de enfoque automático.
Acoplamientos y rodamientos magnéticos
Espectrómetros de RMN portátiles
Motores eléctricos y actuadores
Dirección asistida eléctrica
herramientas inalámbricas
ServomotoresY motores síncronos
Motores para elevación y compresores.
Motores de husillo y paso a paso.
Motores de propulsión para coches híbridos y eléctricos.
Generadores eléctricos para aerogeneradores (con excitación de imanes permanentes)
Desacopladores de cajas de medios minoristas
En las industrias de procesos se utilizan potentes imanes de neodimio para capturar cuerpos extraños y proteger productos y procesos.
La mayor resistencia de los imanes de neodimio ha inspirado nuevos usos, como cierres magnéticos de joyería, juegos de construcción magnéticos para niños (y otros imanes de neodimio).juguetes magnéticos), y como parte del mecanismo de cierre de los actuales equipos de paracaidismo deportivo. Son el metal principal de los alguna vez populares imanes de juguete de escritorio conocidos como "Buckyballs" y "Buckycubes". Sin embargo, algunas tiendas en los Estados Unidos han optado por no venderlos debido a preocupaciones de seguridad infantil y han sido prohibidos en Canadá. por la misma razón.
Con la aparición de los escáneres abiertos de resonancia magnética (MRI) utilizados para visualizar el cuerpo en los departamentos de radiología como alternativa a los imanes superconductores, la fuerza y la homogeneidad del campo magnético de los imanes de neodimio también han abierto nuevas posibilidades en la industria médica.
Los imanes de neodimio se utilizan para tratar la enfermedad por reflujo gastroesofágico como un sistema antirreflujo implantado quirúrgicamente, que es una banda de imanes implantados quirúrgicamente alrededor del esfínter esofágico inferior (ERGE). También se han implantado en los dedos para permitir una sensación sensorial de campos magnéticos, aunque se trata de una operación experimental con la que sólo los biohackers y los trituradores están familiarizados.
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