Imán permanente NdFeb
En el caso de los materiales magnéticos permanentes, como el NdFeB, utilizamos principalmente su capacidad para generar y conservar magnetismo, que es el requisito funcional más básico de los materiales magnéticos. Entonces, ¿cómo medir la capacidad de los imanes para generar y conservar magnetismo? Solemos utilizar cuatro indicadores: la remanencia Br, la coercitividad Hcb, la coercitividad intrínseca Hcj y el producto de energía magnética máxima BH (max).
Para comprender realmente los indicadores anteriores, primero debemos entender la curva de desmagnetización. Dado que los materiales magnéticos permanentes deben magnetizarse primero, los imanes permanentes magnetizados deben soportar diversos factores desfavorables para el magnetismo durante su uso. La curva de desmagnetización puede reflejar eficazmente el rendimiento general del imán.
La imagen anterior es un típico bucle de histéresis de imán permanente. El primer cuadrante es la curva de magnetización, el segundo cuadrante es la curva de desmagnetización, el tercer cuadrante es la curva de magnetización inversa y el cuarto cuadrante es la curva de desmagnetización inversa Imán permanente de NdFeB. El eje horizontal representa la intensidad de campo magnético aplicado H, y el eje vertical representa la intensidad de inducción magnética B y la intensidad de polarización magnética J.
Los cuatro parámetros de rendimiento magnético de remanencia, fuerza coercitiva, fuerza coercitiva intrínseca y producto de energía magnética máxima se derivan de la curva de desmagnetización del imán permanente de NdFeB.
La línea roja de la figura anterior se denomina curva de desmagnetización J-H (la curva del cambio de intensidad de polarización magnética J y el campo magnético externo H), también llamada curva de desmagnetización intrínseca, y la línea azul se denomina curva de desmagnetización B-H (la curva del cambio de intensidad de inducción magnética B y el campo magnético externo H). Utilizamos cuadrados pequeños para representar los dominios magnéticos. Los dominios magnéticos pueden entenderse como pequeños imanes.
Un imán está compuesto por muchos dominios magnéticos. La flecha es la dirección de magnetización espontánea eje C del dominio magnético. En los imanes permanentes en estado magnético neutro Imán permanente de NdFeB (entendidos simplemente como imanes que no se han cargado), la mayoría de los dominios magnéticos se encuentran en las mismas coordenadas, pero las direcciones se anulan entre sí, de modo que no se muestra magnetismo hacia el exterior.
Cuando se aplica un campo magnético a lo largo de la dirección de magnetización, los dominios magnéticos se mueven y giran gradualmente a través de la pared del dominio magnético para hacer que sus direcciones del eje C coincidan, como se muestra en las figuras 2 y 3. Esta es la curva de magnetización. El valor de la intensidad de polarización magnética correspondiente al imán en la magnetización de saturación se denomina intensidad de polarización magnética de saturación Js
Cuando el imán está saturado y se retira el campo magnético externo, se puede observar en la figura que la mayoría de los dominios magnéticos siguen manteniendo la misma dirección, y una pequeña parte gira ligeramente pero la dirección principal permanece inalterada, como se muestra en la figura 4. De este modo, tanto la intensidad de inducción magnética como la intensidad de polarización magnética del imán conservan valores elevados.
Este valor se denomina intensidad de inducción magnética residual Br o intensidad de polarización magnética residual Jr. La comprensión intuitiva es que cuando se retira el campo magnético externo del Imán Permanente de NdFeB saturado, la intensidad de inducción magnética residual B o la intensidad de polarización magnética J del imán. Cuando el campo magnético externo H es 0, Br=Jr. A menudo utilizamos Br para describirlo, que es lo que más a menudo llamamos remanencia, en unidades de Gs o T. Cuanto mayor sea Br, más fuerte será la intensidad de inducción magnética que se puede retener, y más potencial tiene para convertirse en un material magnético fuerte.
Cuando el campo magnético externo aplicado aumenta en sentido contrario, los dominios magnéticos del imán se desplazan y giran gradualmente, como se muestra en la figura 5. Cuando la intensidad del campo magnético alcanza un determinado valor Imán permanente NdFeB, la intensidad de inducción magnética B del imán desciende a 0. En pocas palabras, la intensidad de campo magnético retenida en el interior del imán y la intensidad de campo magnético inverso externo se anulan mutuamente.
El valor correspondiente de la intensidad de campo magnético en este momento se denomina coercitividad magnética Hcb (también escrita como bHc), con unidades de Oe o kA/m. La coercitividad magnética Hcb está estrechamente relacionada con la pendiente de la curva de desmagnetización J-H.
Si es improbable que los dominios magnéticos del imán se desplacen o giren en un corto período de tiempo, la línea J-H será muy recta, de modo que el valor de Hcb será infinitamente cercano a Br, y el límite superior de Hcb es Br, Hcb=Br Imán Permanente de NdFeB. Esta es una situación ideal, lo que significa que no hay tendencia a que los dominios magnéticos se inviertan antes de que la intensidad del campo magnético inverso alcance el valor Br. De esta manera, el imán es muy estable, es decir, el imán tiene una capacidad muy fuerte para resistir la desmagnetización en el estado inicial del valor del campo magnético inverso por debajo de Br.
Cuando el campo magnético inverso sigue aumentando y alcanza un valor crítico, aparecen rápidamente dominios magnéticos inversos, lo que hace que la intensidad de polarización magnética del imán caiga rápidamente a 0. En términos sencillos, la intensidad de campo magnético retenida en el interior del imán cae a 0 Imán permanente de NdFeB, como se muestra en la figura 6. El valor de intensidad de campo magnético correspondiente en este momento se denomina fuerza coercitiva intrínseca Hcj (también escrita como jHc), con unidades de Oe o kA/m.
La fuerza coercitiva intrínseca es una cantidad física que refleja la magnitud de la capacidad del imán para resistir la desmagnetización. Cuanto mayor es la fuerza coercitiva intrínseca, más fuerte es la capacidad de resistir la desmagnetización, o más exactamente Imán Permanente de NdFeB, más fuerte es la capacidad de resistir la desmagnetización completa. Debe prestarse especial atención a la diferencia entre Hcj y Hcb. Cuando Hcj es mayor que Br, el valor límite de Hcb es Br. Cuando Hcj es menor que Br, el valor límite de Hcb es Hcj.
El producto de B y H correspondiente a cualquier punto de la curva de desmagnetización B-H se denomina producto de energía. El valor máximo es el producto energético máximo (BH)max. Teóricamente, el producto de energía máximo (BH)max=(½ Br)² Imán permanente de NdFeB. El producto de energía máxima tiene en cuenta tanto la remanencia como la coercitividad magnética. Su valor representa la magnitud de la energía magnética contenida en el imán y también puede reflejar la inclinación inicial de la línea J-H. La unidad es GOe o j/m³.
Si los cuatro parámetros anteriores son todavía difíciles de entender, se puede pensar simplemente que el imán es una taza de agua. La magnetización es el calentamiento, la remanencia es el calor del agua después de dejar de calentarse, la desmagnetización es como enfriar el agua Imán permanente NdFeB, Hcb es cuando la baja temperatura ambiente alcanza un determinado valor, compensa el calor del agua, y el calor global no se refleja al exterior, y Hcj es el valor de la baja temperatura ambiente necesario para reducir completamente el calor del agua a 0. A continuación se presenta una versión simplificada del segundo cuadrante del bucle de histéresis, que puede ayudarle a profundizar en la comprensión de los conceptos relacionados.
Para los parámetros magnéticos anteriores, debemos prestar atención a los siguientes puntos en las aplicaciones prácticas:
1. En el caso de los imanes que requieren campos magnéticos fuertes, normalmente necesitamos aumentar su remanencia lo máximo posible para liberar más magnetismo, pero hay que tener en cuenta que esto es bajo la premisa de que no haya desmagnetización.
Si existe desmagnetización, el simple aumento de la remanencia puede ser ineficaz, y es necesario aumentar Hcj para reducir la desmagnetización. El ejemplo más sencillo es un imán de disco D10*1. El magnetismo superficial de 54H es mayor que el del imán permanente N54 NdFeB. La razón es que el Hcj del 54H es más alto, lo que permite aprovechar al máximo su Br, mientras que el Hcj del N54 es muy bajo y no puede mantenerlo en estado no desmagnetizado. Por muy alto que sea el Br, su magnetismo no puede aprovecharse plenamente.
2. Para los imanes que requieren una fuerte capacidad de antidesmagnetización y estabilidad, normalmente necesitamos aumentar Hcj, y el valor de Hcb tiene que ser lo más cercano posible a Br.
3. Para los imanes que necesitan una buena resistencia a la temperatura, solemos optar por aumentar Hcj, porque el coeficiente de temperatura de la fuerza coercitiva de los imanes permanentes de NdFeB con el mismo Hcj no es muy diferente Imán permanente de NdFeB. El efecto más directo de aumentar Hcj es hacer que el punto de inflexión de la línea B-H aparezca lo más tarde posible o no aparezca en absoluto. Si se imponen requisitos estrictos a la estabilidad de la temperatura, también deben considerarse los requisitos para Hcb a fin de minimizar la pendiente de la línea B-H para reducir la amplitud de atenuación irreversible del imán.
Comprender las propiedades magnéticas, como la remanencia, la coercitividad, la coercitividad intrínseca y el producto de energía magnética máxima, es clave para evaluar el rendimiento de los imanes, en particular del imán permanente de NdFeB. Estas propiedades pueden visualizarse mediante un bucle de histéresis, que representa gráficamente la densidad de flujo magnético (B) frente a la intensidad de campo magnético (H). He aquí una explicación detallada de cada término:
1. Remanencia (Br)
Definición: La remanencia es la densidad de flujo magnético que permanece en un material después de eliminar un campo magnético externo. Indica cuánta magnetización permanece en el material: En el bucle de histéresis, la remanencia está representada por el punto donde el bucle interseca el eje B (eje Y) después de que el campo magnetizante (H) se reduce a cero.
2. Coercitividad (Hc)
Definición: La coercitividad es la medida de la resistencia de un material ferromagnético a desmagnetizarse Imán Permanente NdFeB. Es la cantidad de campo magnético inverso necesario para reducir la magnetización a cero después de que el material ha sido magnetizado.
Localización en el bucle de histéresis: La coercitividad está indicada por el punto en el eje H (eje X) Imán Permanente de NdFeB donde el valor B cruza cero al invertirse el campo magnético. La distancia del origen a este punto refleja la fuerza coercitiva.
3. Coercitividad intrínseca (Hci)
Definición: La coercitividad intrínseca es una medida de la coercitividad de un material cuando se minimizan los efectos de la magnetización y la desmagnetización. Proporciona una comprensión más fundamental de la resistencia del material a la desmagnetización independiente de factores externos Imán Permanente de NdFeB.
Ubicación en el bucle de histéresis: A menudo puede considerarse como una medida específica de la coercitividad en condiciones ideales, típicamente representada en contextos de investigación en lugar del bucle de histéresis estándar.
4. Producto de energía magnética máxima (BHmax)
Definición: El producto máximo de energía magnética es una medida de la cantidad máxima de energía magnética que puede almacenarse por unidad de volumen del imán. Es un importante factor de mérito para los imanes, ya que indica la eficacia con la que pueden convertir la energía eléctrica en energía mecánica.
Localización en el bucle de histéresis: Este valor se encuentra determinando el producto de la densidad de flujo magnético (B) y la intensidad de campo magnético (H) en el punto del producto más alto en la curva del bucle de histéresis. Se suele denotar como BHBH y el punto máximo se suele destacar en los debates sobre el rendimiento de los imanes.
Visión general del bucle de histéresis
El propio bucle de histéresis ilustra la relación entre la intensidad del campo magnético y la densidad del flujo magnético en un material. Cuando se aplica un campo magnético a un material, éste se magnetiza, siguiendo una curva. Al aumentar el campo, B aumenta hasta alcanzar la saturación Imán permanente de NdFeB. Cuando el campo disminuye hasta cero, el material conserva cierta magnetización (remanencia). La inversión del campo conduce finalmente a la desmagnetización, y el proceso crea un bucle cerrado, lo que indica una pérdida de energía durante los ciclos de magnetización.
Resumen
La remanencia muestra cuánta magnetización queda después de retirar el campo externo Imán permanente de NdFeB.
La coercitividad indica cuánto campo inverso se necesita para desmagnetizar el material.
La coercitividad intrínseca refleja la resistencia inherente del material a la desmagnetización.
El producto máximo de energía magnética cuantifica la eficacia de un imán en aplicaciones energéticas.
