Fabricantes de imanes permanentes
Por supuesto. Los imanes permanentes son materiales que producen un campo magnético de forma continua. A diferencia de los electroimanes, que necesitan una corriente eléctrica para generar un campo magnético, los imanes permanentes conservan su magnetismo sin necesidad de una fuente de energía externa.
Como su nombre indica, el NdFeB sinterizado es un material de aleación compuesto por Nd2Fe14B, un compuesto formado por tres elementos: neodimio Nd, hierro Fe y boro B. Sin embargo, el NdFeB sinterizado no es una fase única. Consta de fase Nd2Fe14B y fase rica en B (también conocida como fase Nd1 .1Fe4B4) y fase rica en Nd (también conocida como fase rica en tierras raras), de las cuales la fase Nd2Fe14B es la fase principal o término básico de los fabricantes de imanes permanentes.
La mayoría de los elementos de tierras raras (RE) forman el compuesto RE 2Fe14B, que es la fase básica de los materiales magnéticos permanentes de hierro boro de tierras raras sinterizados y representa 96%-98% de los imanes permanentes de hierro boro de tierras raras sinterizados. Todos los compuestos RE 2Fe14B tienen la misma estructura cristalina, pero sus propiedades magnéticas son muy diferentes, lo que significa que añadir otros elementos de tierras raras en lugar de neodimio al NdFeB sinterizado puede cambiar algunas propiedades del imán.
El papel del metal pesado de tierras raras Dy en la sustitución del Nd
1. Mejorar significativamente la fuerza coercitiva de los imanes
El campo anisotrópico HA del compuesto Dy 2Fe14B es unas 2,14 veces superior al del Nd2Fe14B. Por lo tanto, la sustitución de Nd por una pequeña cantidad de Dy puede aumentar significativamente la fuerza coercitiva Hcj del imán. Teóricamente, cada vez que se utiliza 1% (fracción atómica) Dy en lugar de los fabricantes de imanes permanentes Nd, la fuerza coercitiva Hcj del imán puede aumentar en 11,4kA/m. Sin embargo, en las aplicaciones prácticas, el aumento de la fuerza coercitiva Hcj está relacionado con la presencia de otros componentes fabricantes de imanes permanentes.
2. Reducir la intensidad de polarización magnética Js del imán, reduciendo así el magnetismo residual Br y el producto de energía magnética máxima (BH) m
Teóricamente, cada vez que se utiliza 1% (fracción atómica) Dy para sustituir al Nd, la intensidad de polarización magnética Js del imán disminuye en 90mT.
3. Reducir el coeficiente de temperatura del magnetismo residual del imán Br y el producto máximo de energía magnética (BH) m
Hay que tener en cuenta que la adición del elemento de tierras raras pesadas Dy aumentará significativamente el coste de la materia prima de los imanes permanentes de NdFeB sinterizados, por lo que la relación entre el coste y el rendimiento del imán debe considerarse de forma exhaustiva.
El papel del metal pesado de tierras raras Tb en la sustitución del Nd
La adición de Tb para sustituir parcialmente al Nd en los imanes de NdFeB sinterizados tiene el mismo efecto que la sustitución del Nd por el Dy mencionada anteriormente, pero el campo anisótropo HA del Tb 2Fe14B es mayor, por lo que puede aumentar más eficazmente la fuerza coercitiva del imán permanente. Sin embargo, el Tb tiene menos reservas de minerales de tierras raras que el Dy, y su precio es más elevado.
El papel del Gd metálico y del Ho metálico en la sustitución del Nd
El Gd tiene las mayores reservas entre los metales pesados de tierras raras. El Gd también puede formar el compuesto Gd2Fe14B. La intensidad de polarización magnética Js y el campo anisotrópico HA de este compuesto son obviamente bajos, pero su temperatura de Curie Tc es la más alta. Debido a las elevadas reservas y al bajo precio del Gd, algunos fabricantes añaden Gd en forma de aleación de gadolinio y hierro para sustituir parcialmente al Nd y producir imanes permanentes NdFeB sinterizados de bajo coste. Pero, de hecho, utilizar Gd para sustituir al Nd es un desperdicio. Cuando se descubra que el Gd tiene usos más importantes en el futuro, se descubrirá que es una pérdida irreparable. Sustituir el Nd por Ho tiene el mismo efecto y el mismo problema para los fabricantes de imanes permanentes.
El papel de los metales ligeros de tierras raras La, Ce y Pr en la sustitución del Nd
Los elementos ligeros de tierras raras son abundantes en reservas y relativamente baratos. El desarrollo de metales ligeros de tierras raras para su uso en la fabricación de materiales NdFeB sinterizados es digno de aliento.
Es relativamente difícil que los metales La, Fe y B formen La2Fe14B, y la temperatura es muy estrecha, pero una vez formado, es estable por debajo de 860ºC. El Nd representa 65%-75% del coste del NdFeB sinterizado, y el coste actual del La es aproximadamente una décima parte del Nd.
La sustitución del Nd por La puede reducir los costes y promover la utilización integral de los recursos de tierras raras. A medida que aumenta el contenido de La, disminuirán la polarización magnética Js, la remanencia Br, la fuerza coercitiva Hcj y el producto de energía magnética máxima (BH) m de la aleación. La es un átomo no magnético, lo que provoca una disminución de (BH)m debido a la dilución magnética. Disminuye mucho más rápido que los fabricantes de imanes permanentes Br.
El Ce2Fe14B tiene poca estabilidad y es más difícil de formar. A medida que aumenta el contenido de Ce, disminuyen todas las propiedades magnéticas. Al mismo tiempo, la adición de Ce hará que disminuyan la temperatura de Curie y la estabilidad térmica del imán.
El compuesto Pr2Fe14B tiene varias condiciones básicas que se pueden utilizar como material para imanes permanentes fabricantes de imanes permanentes, y se pueden obtener buenas propiedades magnéticas sinterizándolo a unos 1060°C fabricantes de imanes permanentes. Los imanes permanentes NdFeB sinterizados con buenas propiedades magnéticas se pueden producir utilizando (PrNd)-Fe metálico como materia prima. Debe tenerse en cuenta que el Pr se oxida más fácilmente que el Nd, y la cantidad de Pr debe controlarse adecuadamente para algunos materiales que requieren una alta estabilidad.
El papel de otros metales en sustitución del Fe
El material magnético permanente de NdFeB sinterizado presenta deficiencias como una coercitividad y una temperatura de Curie bajas, una estabilidad térmica deficiente, una temperatura de funcionamiento baja (unos 80 °C) y una resistencia a la corrosión deficiente. Por este motivo, se han estudiado ampliamente los efectos de diversos elementos en los materiales magnéticos permanentes de NdFeB.
1. El efecto del cobalto Co sustituyendo parcialmente al Fe en el NdFeB sinterizado
A medida que aumenta el contenido de Co, la temperatura de Curie de la aleación aumenta linealmente, y el coeficiente de temperatura reversible de inducción magnética α disminuye significativamente. Cuando el contenido de Co es inferior a 5% (fracción atómica), (BH) m y Br apenas disminuyen los fabricantes de imanes permanentes; cuando el contenido de Co es superior a 30%, varios parámetros de rendimiento magnético disminuyen significativamente. El contenido de Co añadido inferior a 10% es muy beneficioso. No sólo aumenta la temperatura de Curie de la aleación, sino que también mantiene unas propiedades magnéticas elevadas. Al mismo tiempo, también mejora el coeficiente de temperatura de inducción magnética.
2. El papel del Al en la sustitución parcial del Fe
Los resultados de la investigación muestran que la adición de una pequeña cantidad de aluminio puede mejorar significativamente la fuerza coercitiva del material ternario Nd-Fe-B. Los resultados de la investigación señalan que, sobre la base de los materiales de los fabricantes de imanes permanentes Nd-Fe-Co-B, la adición de Al puede compensar la reducción de la fuerza coercitiva causada por la adición de Co, por lo que se puede obtener Nd-Fe-Co-Al-Nd-Fe-Co-Al- con un mayor rendimiento integral. Aleación B.
3. El papel del Cu en la sustitución parcial del par Fe
La investigación ha descubierto que la adición de una pequeña cantidad de cobre Cu a los sistemas (Nd,Dy)-Fe-B y (Nd,Dy)-(Fe, Co)-B puede aumentar significativamente la fuerza coercitiva, mientras que el Br es casi reducido, de modo que se pueden fabricar imanes permanentes con alta Hcj y alta (BH)m.
4. Otros elementos sustituyen parcialmente el papel del par Fe
Sobre la base de la aleación ternaria Nd-Fe-B, la adición de una pequeña cantidad de niobio Nb o circonio Zr para sustituir parte del hierro puede mejorar eficazmente el Hcj y la cuadratura Hk de los fabricantes de imanes permanentes de aleación, mientras que el Br disminuye muy poco. Al mismo tiempo, es imposible reducir el flujo magnético de la aleación. pérdida. Los resultados experimentales muestran que el contenido máximo de niobio Nb en la aleación Nd-Fe-B es de 3% (fracción atómica). Si se añade un exceso de Nb, la fuerza coercitiva de la aleación disminuirá rápidamente y el Nd2Fe14B se volverá inestable.
La adición de galio Ga puede aumentar significativamente la coercitividad de la aleación y reducir el campo magnético irreversible hirr. En las aleaciones Nd-Fe-Co-B, a medida que aumenta el contenido de Co, disminuye la Hcj de la aleación, pero cuando se añade Ga en este caso fabricantes de imanes permanentes, aumenta la fuerza coercitiva fabricantes de imanes permanentes. Se espera que en las aleaciones con adición de Ga sea posible preparar materiales de imanes permanentes de la serie Nd-Fe-B con alto punto Curie y alto Hcj.
La adición combinada de galio Ga y niobio Nb puede mejorar significativamente la estabilidad térmica de la aleación.
Los imanes de neodimio hierro boro (NdFeB) sinterizados suelen constar de los siguientes elementos:
Neodimio (Nd):
El neodimio es el elemento clave de las tierras raras en los imanes NdFeB y contribuye a su gran fuerza magnética. Forma la base del material del imán.
Hierro (Fe):
El hierro es el principal elemento magnético de los imanes NdFeB. Constituye la mayor parte de la composición del imán y le confiere propiedades ferromagnéticas.
Boro (B):
El boro se añade a la aleación NdFeB para mejorar sus propiedades magnéticas, en particular la coercitividad y la remanencia. El boro ayuda a estabilizar la magnetización del imán.
Disprosio (Dy):
El disprosio se suele añadir en pequeñas cantidades para mejorar la coercitividad y la estabilidad térmica de los imanes de NdFeB, especialmente en aplicaciones de alta temperatura.
Terbio (Tb):
El terbio es otro elemento de tierras raras que suele añadirse a los imanes de NdFeB para mejorar su coercitividad, sobre todo a altas temperaturas.
Otros oligoelementos:
También pueden incluirse pequeñas cantidades de otros elementos como praseodimio (Pr), samario (Sm), gadolinio (Gd) y holmio (Ho) para refinar aún más las propiedades magnéticas del imán de NdFeB.
La composición exacta y la proporción de estos elementos pueden variar en función de los requisitos específicos de la aplicación del imán. Sin embargo, el neodimio, el hierro y el boro son los componentes principales, mientras que el disprosio y el terbio se añaden en cantidades menores para adaptar las propiedades del imán.
Medición del magnetismo superficial
El magnetismo superficial es el parámetro de rendimiento de los imanes más fácil de medir en la vida cotidiana. Puede medirse directamente con un gaussímetro, lo que resulta muy cómodo. Cuando la forma y el tamaño del imán son ciertos, la gente suele juzgar y comparar el rendimiento del imán comparando el magnetismo superficial (en el caso de la magnetización no multipolar, etc.) fabricantes de imanes permanentes. Para algunos imanes que son particularmente grandes o pequeños en tamaño y tienen formas especiales, es difícil medir el flujo magnético. En este momento, la medición del flujo magnético del medidor se vuelve muy importante.
Para medir el magnetismo superficial de los imanes de los fabricantes de imanes permanentes, se suele utilizar un gaussímetro, también llamado teslímetro. Los elementos de detección Hall de los gaussímetros de distintos fabricantes son diferentes, y el magnetismo superficial medido para el mismo imán no es exactamente el mismo. Además, hay que tener en cuenta que las normas de medición de los gaussímetros utilizados en los distintos países son diferentes.
La medición del magnetismo superficial no es objetiva y no es un parámetro que pueda reflejar plenamente el rendimiento del imán. Por lo tanto, no se recomienda utilizarlo como índice de evaluación a la hora de comercializar productos.
Relación entre el magnetismo superficial y el rendimiento del imán (remanencia)
El magnetismo residual se refiere a la intensidad de inducción magnética retenida en el ferromagneto cuando el campo magnético externo se utiliza para magnetizar el ferromagneto a un estado saturado y luego reduce gradualmente el campo magnético externo a cero fabricantes de imanes permanentes. Su nombre completo es intensidad de inducción magnética residual (Br), y la unidad es Tesla o Gauss fabricantes de imanes permanentes. La remanencia viene determinada por las características del propio imán. La remanencia de un mismo imán no varía en condiciones específicas y tiene un valor único.
El magnetismo residual determina hasta cierto punto el magnetismo superficial de un imán, pero los imanes con el mismo magnetismo residual no tienen el mismo magnetismo superficial. El magnetismo superficial también se ve afectado por la forma, el tamaño y el método de magnetización del imán.
Dos imanes con la misma forma y tamaño, el que tiene mayor magnetismo residual también tiene mayor magnetismo superficial.
Para dos imanes con formas y tamaños diferentes, el magnetismo residual no puede determinarse simplemente por el magnetismo superficial.
El magnetismo remanente se comprueba en circuito cerrado, mientras que el magnetismo superficial se comprueba en circuito abierto con un medidor de Gauss. Al mismo tiempo, el propio imán tiene un campo desmagnetizante, por lo que los fabricantes de imanes permanentes el magnetismo superficial máximo de un solo imán es mucho menor que su magnetismo remanente. En la actualidad, el magnetismo remanente máximo de los imanes de NdFeB sinterizados ronda los 14000Gs, por lo que podemos afirmar con certeza que el magnetismo superficial máximo de un solo imán de NdFeB no puede superar los 14000Gs fabricantes de imanes permanentes. (Nótese que se trata de un "solo imán". En algunos conjuntos magnéticos y matrices de imanes, el magnetismo superficial del imán se puede mejorar mediante un diseño especial del circuito magnético)
Cálculo del magnetismo superficial del imán de NdFeB
Dado que los fabricantes de imanes permanentes sinterizados tienen un campo de anisotropía magnética extremadamente alto y los vectores de magnetización están dispuestos en la dirección de magnetización fácil fabricantes de imanes permanentes, podemos considerarlo como un cuerpo uniformemente magnetizado. De este modo, se puede aplicar el modelo de cáscara actual para calcular el campo magnético generado por el imán en el espacio. campo magnético. En la actualidad, muchos modelos de cálculo de magnetismo de superficie en Internet se basan en este principio para derivar la fórmula de cálculo.
Sin embargo, hay dos suposiciones en él. Una es que el imán es un cuerpo magnetizado completamente uniforme, y la otra es que la curva de desmagnetización es completamente una línea recta. La situación real no es del todo cierta. Por tanto, existe una cierta diferencia entre los resultados calculados y los resultados reales medidos. Además del magnetismo residual, el magnetismo superficial de los imanes se ve muy afectado por la forma y el tamaño. Las fórmulas de cálculo del magnetismo superficial aplicables a imanes de distintas formas son diferentes.
