¿Qué son los imanes de neodimio/imanes de NdFeB?
El tipo más común deimán de tierras rarases un imán de neodimio, comúnmente conocido como imán NdFeB, NIB o Neo.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.
Según el método de fabricación empleado, los imanes de NdFeB se pueden clasificar comosinterizadoo en condiciones de servidumbre.En muchas aplicaciones de productos contemporáneos que necesitan potentes imanes permanentes, como motores eléctricos en herramientas inalámbricas, unidades de disco duro y sujetadores magnéticos, han ocupado el lugar de otros tipos de imanes.
Explicación de la fuerza
El neodimio es un metal antiferromagnético que exhibe características magnéticas cuando está puro, pero solo a temperaturas inferiores a 19 K (254,2 °C; 425,5 °F).Los compuestos de neodimio con metales de transición ferromagnéticos como el hierro, que tienen temperaturas de Curie muy por encima de la temperatura ambiente, se utilizan para crear imanes de neodimio.
La fuerza de los imanes de neodimio es una combinación de varias cosas.La más significativa es la anisotropía magnetocristalina uniaxial extremadamente alta de la estructura cristalina tetragonal de Nd2Fe14B (HA 7 T - intensidad de campo magnético H en unidades de A/m frente al momento magnético en Am2).Esto indica que un cristal de la sustancia se magnetiza preferentemente a lo largo de un cierto eje de cristal, pero le resulta extremadamente difícil magnetizar en otras direcciones.La aleación de 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 apuntan en la misma dirección.El compuesto tiene una coercitividad extremadamente alta, o resistencia a la desmagnetización, 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 no apareados en un imán que están alineados de modo que sus espines estén 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 la capacidad de 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 alrededor de 18 veces por volumen y 12 veces por masa más grande que los imanes de ferrita "normales".El cobalto de samario (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-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 disponibilidad relativa de neodimio y hierro en comparación con el samario y el cobalto.
Propiedades
Los grados:
El producto de energía máxima de los imanes de neodimio, que corresponde a la producción de flujo magnético por unidad de volumen, se utiliza para clasificarlos.Los imanes más fuertes se indican con valores más altos.Existe una categorización mundial generalmente aceptada para los imanes NdFeB sinterizados.Varían en valor de 28 a 52. El neodimio, o los imanes NdFeB sinterizados, se denotan 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 de Curie y van desde el valor predeterminado (hasta 80 °C o 176 °F) hasta TH (230 °C o 446 °F) .
Grados deimanes NdFeB sinterizados:
N30-N56, N30M-N52M, N30H-N52H, N30SH-N52SH, N28UH-N45UH, N28EH-N42EH, N30AH-N38AH
Propiedades magnéticas:
Entre las características importantes que se utilizan para contrastar los imanes permanentes se encuentran:
remanencia(br),que cuantifica la fuerza del campo magnético.
coercitividad(Hci),resistencia a la desmagnetización del material.
Producto de máxima energía(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 con frecuencia tienen temperaturas de Curie más bajas.El terbio y el disprosio son dos aleaciones magnéticas especiales de neodimio que se han creado con temperaturas de Curie más altas y mayor tolerancia a la temperatura.El rendimiento magnético de los imanes de neodimio se compara con el de otros tipos de imanes permanentes en la siguiente tabla.
| Imán | hermano(T) | hcj(kA/m) | BHmáxkJ/m3 | CT | |
| (℃) | (℉) | ||||
| 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 Nd2Fe14B sinterizado.Este tipo de corrosión puede provocar daños significativos, como el desprendimiento de una capa superficial o el desmoronamiento de un imán en un polvo de partículas magnéticas diminutas.
Muchos productos comerciales abordan este riesgo al incluir una cubierta protectora para evitar la exposición al medio ambiente.Los recubrimientos más comunes son el níquel, el níquel-cobre-níquel y el zinc, aunque también se pueden utilizar otros metales, como protectores de polímeros y lacas.revestimientos.
Efectos de temperatura
El neodimio tiene un coeficiente negativo, lo que significa que cuando la temperatura aumenta, tanto la coercitividad como la densidad de energía magnética máxima (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 desciende rápidamente hasta alcanzar la temperatura de Curie, que ronda los 320 °C o 608 °F.Esta disminución de la coercitividad restringe la efectividad del imán en aplicaciones de alta temperatura como turbinas eólicas, motores híbridos, etc. Para evitar que el rendimiento disminuya debido a las fluctuaciones de temperatura, se agregan terbio (Tb) o disprosio (Dy), lo que aumenta el costo del imán.
Aplicaciones
Debido a que su mayor fuerza permite el uso de imanes más pequeños y livianos para una aplicación determinada, los imanes de neodimio han suplantado a los imanes de álnico y ferrita en muchas de las innumerables aplicaciones de la tecnología contemporánea donde se requieren imanes permanentes potentes.Aquí hay varios ejemplos:
Actuadores de cabeza para discos duros de computadora
Interruptores mecánicos de disparo de cigarrillos electrónicos
cerraduras para puertas
altavoces de teléfonos móviles y actuadores de enfoque automático
Acoplamientos y cojinetes 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 tracción de automóviles híbridos y eléctricos
Generadores eléctricos para aerogeneradores (con excitación de imanes permanentes)
Separadores de cajas de medios minoristas
Los potentes imanes de neodimio se utilizan en las industrias de procesos para capturar cuerpos extraños y proteger productos y procesos.
La mayor fuerza de los imanes de neodimio ha inspirado nuevos usos, como broches magnéticos para joyería, juegos de construcción magnéticos para niños (y otros imanes de neodimio).juguetes magnéticos), y como parte del mecanismo de cierre de los equipos de paracaídas deportivos actuales.Son el metal principal en los imanes de juguete de escritorio que alguna vez fueron populares, conocidos como "Buckyballs" y "Buckycubes", sin embargo, algunas tiendas en los Estados Unidos han optado por no venderlos debido a problemas de seguridad infantil, y han sido prohibidos en Canadá. por la misma razón.
Con la aparición de escáneres abiertos de imágenes por resonancia magnética (IRM) utilizados para ver el cuerpo en los departamentos de radiología como una alternativa a los imanes superconductores, la fuerza y la homogeneidad del campo magnético de los imanes de neodimio también ha 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 el sentido sensorial de los campos magnéticos, aunque esta es una operación experimental con la que solo los biohackers y grinders están familiarizados.
Imanes de NdFeB sinterizadostienen las cualidades magnéticas más altas y se utilizan en una serie de sectores, incluidos pestillos de puertas, motores, generadores y componentes industriales pesados.
Imanes comprimidos unidosson más fuertes que los imanes moldeados por inyección.
Imán de inyección de plástico NdFeBes 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 a la tensión.
