El imán de neodimio más potente
Determinar el imán de neodimio "más fuerte" depende de la métrica específica que se utilice para definir la fuerza. Los imanes de neodimio más fuertes se caracterizan normalmente por su producto de energía máxima, que es una medida de su fuerza magnética. El producto de energía máxima se suele dar en unidades de MegaGauss Oersteds (MGOe) o Tesla.
Desde mi última actualización en enero de 2022, los imanes de neodimio más potentes con productos de energía máxima en el rango de 40 MGOe a 52 MGOe estaban comúnmente disponibles. Sin embargo, vale la pena señalar que la investigación y el desarrollo en tecnología de imanes siguen avanzando, por lo que puede haber imanes de neodimio aún más fuertes disponibles ahora.
Cuando busque el imán de neodimio "más fuerte", normalmente querrá encontrar uno con el producto de mayor energía máxima que se adapte a su aplicación. También es importante tener en cuenta factores como el tamaño, la forma y la estabilidad térmica, ya que pueden afectar al rendimiento del imán en diferentes aplicaciones.
Haga que el imán de neodimio permanente más fuerte tenga una forma determinada, tome como ejemplo el imán en bloque de la figura siguiente. Si se mide la curva de magnetización en el estado de circuito abierto a lo largo de las direcciones x, y, y z del imán, se puede encontrar que la magnetización a lo largo de la dirección x sólo requiere un campo magnético más bajo. (H1), puede magnetizarse hasta la saturación técnica, mientras que medida a lo largo de las direcciones y y z, respectivamente, se requiere un campo magnético mayor para magnetizarlo hasta la saturación técnica.
Este fenómeno se denomina anisotropía de forma del imán permanente de neodimio más fuerte. La dirección que requiere un campo magnético más pequeño para magnetizarlo hasta la saturación técnica se denomina dirección de magnetización fácil; la dirección que requiere el campo magnético más grande para magnetizarlo hasta la saturación técnica se denomina dirección de magnetización difícil.
¿Por qué el imán permanente de neodimio más potente de una determinada forma (no esférica) muestra anisotropía de forma? Esto está relacionado con el campo de desmagnetización del imán permanente.
Sabemos que los imanes permanentes de bloque o cilíndricos siempre tendrán polos N y polos S. La presencia de polos magnéticos generará un campo magnético a su alrededor y en el interior del imán de neodimio más fuerte.
El campo magnético generado por los polos magnéticos de un imán permanente siempre va del polo N al polo S, tanto alrededor como dentro del imán. El campo de desmagnetización dentro del imán permanente de neodimio más fuerte está representado por Hd, y su dirección va del polo N al polo S. La dirección del momento magnético Mm del imán permanente o la dirección de la intensidad de magnetización es del polo S al polo N. El Hd dentro del imán permanente está en la dirección opuesta a la intensidad de magnetización M y juega el papel de desmagnetización, por lo que se llama campo de desmagnetización.
¿Cómo se genera el campo de desmagnetización de un imán permanente de neodimio más potente? Podemos pensar que un imán permanente está formado por dos imanes, A y B. El imán A está en el campo magnético generado por el imán B, y el imán B también está en el campo magnético generado por el imán A. Estos campos magnéticos sólo van del polo N al polo S, por lo que es opuesto a la dirección de magnetización del imán de neodimio más potente, por lo que se denomina campo de desmagnetización.
La intensidad del campo de desmagnetización del imán permanente de neodimio más potente está relacionada con la forma y el tamaño del imán permanente. Por ejemplo, la intensidad del campo de desmagnetización de un imán permanente anular cambia con el tamaño del hueco del imán permanente anular (es decir, la longitud del imán permanente).
Cuando el imán permanente anular de neodimio más fuerte se magnetiza a lo largo de la dirección del eje del anillo, no se genera ningún campo de desmagnetización; cuando se corta la mitad del imán permanente anular, el campo de desmagnetización del anillo semicircular es Hd; cuanto más corto se corta el imán permanente anular , el valor absoluto de su campo desmagnetizante Hd también aumenta gradualmente. El orden en que aumenta gradualmente el valor absoluto del campo de desmagnetización es Hd(e)>Hd(d)>Hd(c)>Hd(b)>Hd(a)→0.
Se puede deducir que cuando la fuerza coercitiva Hcj del imán permanente no es lo suficientemente grande, si el imán permanente se hace delgado y se magnetiza a lo largo de la dirección delgada, es posible que no se pueda cargar porque el campo desmagnetizante es demasiado grande.
El tamaño del campo de desmagnetización de un imán permanente está relacionado con la forma y la relación de tamaño del imán. Los experimentos y los cálculos teóricos pueden demostrar que el campo de desmagnetización del imán permanente Hd=-NM, donde M es la intensidad de magnetización del imán permanente de neodimio más fuerte, N es el factor de desmagnetización, y el signo negativo de la fórmula indica que la dirección de Hd es opuesta a M.
Para un imán de neodimio permanente más fuerte en forma de varilla redonda infinitamente larga, el factor de desmagnetización N1 a lo largo de la dirección de la longitud y el factor de desmagnetización Nd en la dirección del diámetro se pueden expresar como la siguiente fórmula, donde k es el factor de tamaño, k=l/d, d es el diámetro del imán de varilla, l es la longitud.
El prensado en caliente y la deformación térmica de los imanes de neodimio NdFeB más potentes se investigaron y desarrollaron con éxito casi simultáneamente con los imanes NdFeB sinterizados. En 1985, el Centro de Investigación de General Motors (GM) de Estados Unidos informó de que utilizando la tecnología de prensado en caliente para comprimir polvo magnético de NdFeB de enfriamiento rápido en un entorno de argón a 700 °C, se puede obtener un imán isótropo de densidad sólida, que posteriormente se denominó imán MQ-Ⅱ.
Si el imán de neodimio isótropo de densidad sólida más fuerte se somete a un proceso de deformación térmica, es decir, el imán MQ-Ⅱ se somete a un proceso de magnetización en caliente a menos de 50% de la altura original a una temperatura superior a 700°C, el eje de magnetización fácil puede aumentar a más de 75% en la dirección de orientación. Se fabrican imanes de deformación térmica anisotrópicos de densidad sólida y grado de orientación. Estos tres imanes de neodimio más fuertes se denominan MQ.
La figura siguiente muestra la curva de desmagnetización del polvo de temple rápido Nd0,13(Fe0,95B0,05)0,87 de alta velocidad de enfriamiento (sobreenfriamiento), el imán MQ-Ⅱ, el imán MQ-Ⅲ, en los que la dirección de prensado (∥) y perpendicular a la dirección de prensado (⊥) La diferencia entre las curvas medidas puede reflejar el grado de orientación del imán. Obviamente, la diferencia medida en las dos direcciones de MQ-II no es grande, pero todavía hay cierta orientación, mientras que MQ-III muestra una fuerte orientación. Característicamente, la curva de desmagnetización en la dirección de prensado (∥) se aproxima mucho a la forma cuadrada del imán de NdFeB sinterizado, mientras que la gran remanencia mantenida perpendicular a la dirección de prensado (⊥) indica una orientación insuficiente.
Dado que las temperaturas de prensado en caliente y de deformación térmica no son elevadas y el tiempo de acción no es largo, la estructura de grano fino (nano o submicrónico) del polvo magnético de NdFeB sometido a temple rápido se mantiene básicamente, por lo que los imanes MQ-Ⅱ y MQ-Ⅲ siguen teniendo un HcJ elevado, especialmente el HcJ del MQ-Ⅱ es sólo 1~2kOe inferior al del polvo original. Durante mucho tiempo después, GM Company estuvo produciendo imanes MQ-Ⅱ y MQ-Ⅲ. Hasta principios del siglo XXI, transfirieron la producción de polvo magnético NdFeB de templado rápido a Tianjin, y las líneas de producción de imanes MQ-Ⅱ y MQ-Ⅲ se trasladaron a Tianjin. México cesó la producción poco después.
El análisis de la composición química de los materiales magnéticos de neodimio más potentes de NdFeB incluye generalmente:
1-Análisis de la composición química de las materias primas, incluida la composición química de las materias primas de metales de tierras raras, así como la composición química del Fe puro industrial, las aleaciones de B-Fe y otros metales, como Ga, Al, Nb, Zr, etc;
2-La composición química del imán. Si hay un imán desconocido o hay algún problema con el imán, es necesario analizarlo. Si la calidad del producto es normal, no es necesario analizarlo. La composición química del imán incluye elementos metálicos de tierras raras, como Nd, Pr, Ce, Dy, Ho, Gd, Tb, etc., y otros elementos metálicos, como Cu, Al, Nb, Zr, Ga, Co, Ti, etc;
3-Análisis del contenido de otros elementos no metálicos, como hidrógeno, oxígeno, carbono y otros elementos.
En este artículo, presentamos principalmente el análisis de la composición de las materias primas y los imanes. En el próximo número hablaremos del análisis del hidrógeno, el oxígeno y el carbono en los imanes.
El análisis de la composición del NdFeB es el mismo que el de los materiales de acero y los materiales metálicos no ferrosos, incluidos los métodos de análisis tradicionales y los métodos modernos de análisis físico.
El método de análisis tradicional consiste en utilizar los cambios de color, masa y volumen de los reactivos producidos por la reacción química entre un determinado elemento del material y una determinada sustancia para realizar el análisis químico. Este método requiere mucho tiempo y trabajo, y la experiencia personal tiene un impacto significativo en los resultados del análisis. Rara vez se utiliza en el control de calidad de los materiales de NdFeB.
Los métodos modernos de análisis físico utilizan principalmente la longitud de onda y la intensidad de las líneas espectrales emitidas cuando los electrones de los átomos de un determinado elemento saltan en distintas envolturas para analizar los elementos y el contenido que contiene el material. Los métodos modernos de análisis físico utilizan principalmente instrumentos de análisis que pueden analizar varios elementos al mismo tiempo. La velocidad de análisis es rápida, pero el coste también es elevado. Hay tres categorías principales de métodos modernos de análisis físico: espectrometría de plasma, espectrometría de absorción atómica y espectrometría de fluorescencia atómica. El análisis por espectroscopia de plasma se utiliza más comúnmente en el análisis de composición de materiales de acero, metales de tierras raras y materiales compuestos, y materiales de imanes permanentes de tierras raras.
La composición química de los imanes NdFeB (Neodimio Hierro Boro) es fundamental para sus excepcionales propiedades magnéticas. He aquí un análisis de la composición química típica de los imanes NdFeB:
Neodimio (Nd): El neodimio es el elemento de tierras raras que da nombre a los imanes NdFeB. Suele constituir alrededor del 30-35% de la aleación en peso. El neodimio contribuye a la elevada magnetización del material.
Hierro (Fe): El hierro es uno de los principales componentes de los imanes NdFeB, y suele representar alrededor del 60-65% de la aleación. El hierro proporciona integridad estructural al imán y contribuye a mantener sus propiedades magnéticas.
Boro (B): El boro es otro elemento esencial en los imanes de NdFeB, y suele constituir alrededor de 1-1,5% de la aleación. El boro desempeña un papel crucial en la formación de la estructura cristalina del material, esencial para sus propiedades magnéticas.
Otros elementos: Además de los elementos primarios, pueden añadirse pequeñas cantidades de otros elementos a la aleación para mejorar sus propiedades. Puede tratarse de elementos como el disprosio (Dy), el terbio (Tb), el cobalto (Co) y el aluminio (Al). Estos elementos suelen añadirse para mejorar la coercitividad del imán (su capacidad para resistir la desmagnetización) y su estabilidad térmica.
La composición exacta de los imanes de NdFeB puede variar en función del grado o la formulación específica del imán, así como de las personalizaciones realizadas para aplicaciones concretas. Los fabricantes controlan cuidadosamente la composición y el procesamiento de la aleación para conseguir las propiedades magnéticas deseadas, incluido el máximo producto energético y coercitividad, al tiempo que garantizan la integridad y estabilidad mecánicas.
En general, la combinación de neodimio, hierro, boro y otros elementos en proporciones precisas da como resultado imanes NdFeB con una fuerza magnética excepcional, lo que los hace indispensables en diversas aplicaciones industriales, comerciales y de consumo.
