Ímanes de neodímio de maiores dimensões
também conhecidos como ímanes de neodímio de terras raras, são utilizados em várias aplicações industriais, comerciais e de investigação em que são necessários campos magnéticos fortes. Estes ímanes de neodímio de maiores dimensões são normalmente fabricados a partir de neodímio, ferro e boro (Nd2Fe14B) e apresentam propriedades magnéticas excecionalmente fortes.
Eis algumas aplicações comuns para ímanes de neodímio de maiores dimensões:
Turbinas eólicas: os ímanes de neodímio de maiores dimensões são utilizados nos geradores das turbinas eólicas para converter energia mecânica em energia eléctrica. A sua elevada relação resistência/peso torna-os ideais para gerar eletricidade de forma eficiente.
Motores eléctricos: Os ímanes de neodímio de maiores dimensões são utilizados em motores eléctricos para várias aplicações, incluindo maquinaria industrial, veículos eléctricos e sistemas aeroespaciais. Proporcionam um binário e uma eficiência elevados em designs compactos.
Máquinas de ressonância magnética: os ímanes de neodímio de maiores dimensões são utilizados em máquinas de ressonância magnética (MRI) para gerar os fortes campos magnéticos necessários para produzir imagens detalhadas das estruturas internas do corpo para diagnóstico médico.
Separadores magnéticos: Em indústrias como a mineração, a reciclagem e o processamento de alimentos, os ímanes de neodímio de maiores dimensões são utilizados em separadores magnéticos para remover contaminantes ferrosos de materiais como minérios, plásticos e grãos.
Sistemas de levitação: os ímanes de neodímio de maiores dimensões são utilizados em sistemas de levitação magnética para aplicações como comboios maglev, rolamentos magnéticos e ecrãs levitantes.
Investigação e desenvolvimento: Os ímanes de neodímio de maiores dimensões são utilizados na investigação científica para experiências em domínios como a física, a química e a ciência dos materiais. Permitem aos investigadores estudar fenómenos magnéticos e desenvolver novas tecnologias.
Ao selecionar ímanes de neodímio de maiores dimensões, devem ser considerados factores como o tamanho, a forma, o grau (força magnética), a resistência à temperatura e o custo, com base nos requisitos específicos da aplicação.
Desde o seu aparecimento na década de 1980, os materiais dos ímanes de neodímio de maiores dimensões NdFeB têm sido amplamente utilizados em vários domínios, tais como automóveis, energia eólica, indústria aeroespacial e militar, devido às suas excelentes propriedades magnéticas. Nos últimos anos, a procura de produção de energia eólica, de veículos movidos a novas energias, etc., aumentou acentuadamente. A procura de materiais magnéticos permanentes de NdFeB é muito elevada, o que impõe requisitos mais elevados à coercividade e à estabilidade térmica dos materiais magnéticos permanentes de NdFeB, exigindo que trabalhem a mais de 200°C.
Uma vez que o campo de anisotropia magnetocristalina da fase Dy2Fe14B é muito mais forte do que o da fase Nd2Fe14B2, e a temperatura de Curie é relativamente elevada, a força coerciva e a estabilidade térmica do material podem ser muito melhoradas. Para materiais com maior força coerciva e requisitos de temperatura de funcionamento Nos materiais NdFeB sinterizados, o teor do elemento disprósio é muito elevado, até mais de 10%. Existem duas formas principais de reduzir a quantidade de disprósio no NdFeB, nomeadamente a miniaturização das partículas de cristal e a difusão nos limites dos grãos.
Prevê-se que o teor de disprósio seja reduzido em cerca de 1-2% através da miniaturização das partículas de cristal e em cerca de 2-3% utilizando o método de difusão nos limites dos grãos. No total, pode ser reduzido em cerca de 5%.
O método tradicional de adição de elementos consiste em adicioná-los durante o processo de fundição, ou seja, o Dy é fundido juntamente com Nd, Fe, B e outros elementos. No íman final preparado, o Dy é distribuído tanto nos limites dos grãos como na fase principal dentro dos grãos. No entanto, alguns estudos mostraram que o Dy nos limites do grão tem o efeito mais significativo no aumento da força coerciva.
Os investigadores japoneses propuseram pela primeira vez o conceito de "difusão nos limites do grão". Utilizaram um processo especial para que o Dy só existisse nos limites dos grãos, sem entrar nos grãos por difusão. Este processo não só melhorou o desempenho dos materiais NdFeB, como também reduziu significativamente o Dy.
A quantidade total de elementos reduz o custo dos materiais. Os átomos de Dy difundiram-se ao longo dos limites dos grãos durante o processo de sinterização subsequente. O Dy e o Fe localizados nos limites do grão são acoplados antiferromagneticamente, e a coercividade do material aumenta de 800kA/m para 1800kA/m quase sem redução do magnetismo residual.
A danificação da superfície dos ímanes de neodímio de maiores dimensões após a maquinagem conduzirá a um enfraquecimento das propriedades magnéticas. Especialmente em amostras de pequenas dimensões, a força coerciva é significativamente reduzida. A tecnologia de difusão no limite do grão pode ser utilizada para reparar e aumentar as propriedades magnéticas da superfície do íman. Atualmente, a tecnologia de difusão de limites de grão tem recebido uma atenção generalizada, e os seus processos de preparação incluem principalmente a difusão por evaporação, a pulverização catódica por magnetrão, o revestimento de superfícies, etc.
Difusão por evaporação
O processo de evaporação do Dy/Tb na superfície dos ímanes NdFeB foi desenvolvido pela primeira vez pela Japan Aifake Co., Ltd., que coloca os elementos pesados de terras raras ou os seus compostos e a amostra original a ser processada num vaporizador e utiliza o aquecimento a alta temperatura para produzir os elementos pesados de terras raras.
Utilizando o método de difusão por evaporação, a fonte de evaporação de Dy pode ser sublimada sob aquecimento a alta temperatura, e o NdFeB
A deposição superficial de boro e o processo de difusão no íman são realizados em simultâneo. A vantagem de utilizar o método de difusão por evaporação é fazer com que os elementos pesados de terras raras se difundam mais completamente, reduzir a utilização de elementos pesados de terras raras e reduzir o custo, preparando assim com êxito uma coercividade elevada e um baixo custo. Ímanes NdFeB com teor de terras raras.
Pulverização catódica por magnetrão
Ao contrário do método de difusão por evaporação acima descrito, a pulverização catódica por magnetrão separa o processo de deposição de Dy do processo de difusão. Deposita Dy na superfície dos ímanes de neodímio de maiores dimensões originais através de pulverização física e, em seguida, efectua a difusão a alta temperatura. A pulverização catódica por magnetrão tem as vantagens de uma preparação uniforme da camada de película e de uma melhoria óbvia da coercividade.
Os testes de investigação mostraram que, depois de os ímanes N35 sinterizados e temperados serem pulverizados e infiltrados com Dy, a força coerciva aumenta consideravelmente, com o magnetismo residual apenas reduzido em 0,009T e 0,03T, respetivamente por 708,44kA/m e 665,46 kA/m, os aumentos foram tão elevados como 73,5% e 64,8%, respetivamente, e a fração média de massa do elemento Dy no íman após o tratamento de infiltração de Dy não aumentou mais de 0,4%.
Após o tratamento de infiltração de Dy, os ímanes de neodímio maiores Dy são enriquecidos na fase rica em Nd numa forma de banda contínua, tornando a fase rica em Nd mais contínua e suave. A melhoria da morfologia da estrutura da fase rica em Nd é uma das razões para o aumento da força coerciva. A camada epitaxial (Nd, Dy)2Fe14B formada tem um grande campo de anisotropia magnetocristalina. O endurecimento da camada epitaxial de grão pode suprimir melhor a nucleação do domínio inverso, que é também a principal razão para o aumento da força coerciva.
Método de revestimento de superfícies
O método de revestimento da superfície refere-se ao revestimento de compostos de terras raras diretamente na superfície da amostra original de ímanes de neodímio de maiores dimensões e, em seguida, ao tratamento térmico a alta temperatura e à difusão numa atmosfera de gás raro após a secagem. A utilização deste método pode melhorar significativamente a força coerciva do íman. A vantagem é que o processo é simples e cómodo, mas a desvantagem é que pode facilmente conduzir a um revestimento irregular e a uma difusão insuficiente.
O magnetismo dos ímanes permanentes provém principalmente da sua estrutura cristalina facilmente magnetizável. Pode obter um magnetismo extremamente elevado sob a ação de um forte campo magnético externo, e o seu magnetismo não desaparecerá depois de o campo magnético externo desaparecer. Por conseguinte, "magnetização" é NdFeB. Um passo fundamental para os materiais magnéticos permanentes obterem magnetismo.
Ímanes isotrópicos e anisotrópicos
Os materiais magnéticos dividem-se em duas categorias: ímanes isotrópicos e ímanes anisotrópicos.
Os ímanes isotrópicos têm as mesmas propriedades magnéticas em qualquer direção e podem ser atraídos uns pelos outros à vontade
Os ímanes de neodímio de maiores dimensões anisotrópicos têm propriedades magnéticas diferentes em direcções diferentes. A direção em que pode obter as melhores propriedades magnéticas é designada por direção de orientação do íman.
Se o material magnético tiver um processo de orientação durante o processo de produção, trata-se de um íman de neodímio maior anisotrópico. O NdFeB sinterizado é geralmente moldado e prensado utilizando a orientação do campo magnético. Por isso, é necessário determinar a direção de orientação, ou seja, a futura direção de magnetização, antes da produção. A orientação do campo magnético em pó é uma das tecnologias-chave para o fabrico de NdFeB de elevado desempenho.
Direção de magnetização
Aplicar um campo magnético aos ímanes de neodímio maiores permanentes ao longo da direção de orientação do campo magnético e aumentar gradualmente a intensidade do campo magnético até atingir a saturação técnica. Este processo é designado por magnetização. O NdFeB sinterizado tem geralmente várias formas, como o quadrado, o cilindro, o anel, a telha, etc. Em seguida, falaremos sobre as suas direcções de magnetização comuns.
Método de magnetização:
O magnetizador é uma ferramenta para magnetizar materiais magnéticos ou ímanes de dispositivos magnéticos. Aplica um campo magnético aos produtos magnéticos permanentes maiores de neodímio que precisam de ser magnetizados. Se o campo magnético magnetizado não conseguir atingir o campo magnético de saturação técnica, a remanência Bj e a força coerciva Hcj do íman permanente não atingirão os valores esperados. Então, como determinar a energia do magnetizador? Primeiro, determinar o tamanho da ferramenta de magnetização com base no tamanho do íman e na direção da magnetização.
Em seguida, calcular a dimensão do campo magnético no centro da ferramenta. O tamanho do campo magnético da ferramenta deve ser 3-5 vezes a força coerciva do íman. Finalmente, calcular a corrente de magnetização. De acordo com a corrente e a tensão do magnetizador, a capacidade do condensador de armazenamento de energia do magnetizador é finalmente determinada, e a energia do magnetizador é finalmente determinada.
O princípio básico da magnetização consiste em colocar o objeto magnético a magnetizar no campo magnético formado por uma bobina com corrente contínua a passar por ela. Existem dois métodos principais: A magnetização por corrente contínua e a magnetização por impulsos.
