Íman de ferrite de bloco Ndfeb

Resumo
Examinamos as características magnéticas dos pós isotrópicos de NdFeB utilizados para fabricar ímanes ligados. Dois pós recentemente criados, MQP-13-9 e MQP-S-9-8, tiveram suas propriedades comparadas com as de pós já existentes. Os pós esféricos para moldagem por injeção têm várias vantagens, que foram realçadas. Os nanocompósitos de NdFeB e os objectivos de desenvolvimento da aplicação a 180°C foram também mencionados.

Introdução
Durante muitos anos, os ímanes permanentes têm sido amplamente utilizados numa variedade de aplicações para transformar energia eléctrica em energia mecânica ou vice-versa [1], [2]. A remanência (Br), a coercividade intrínseca (Hci) e o produto energético máximo (BH)max são três características cruciais que caracterizam o desempenho dos ímanes permanentes. Os ímanes com maior (BH)max necessitam frequentemente de menos volume para realizar determinadas tarefas.

Por conseguinte, os engenheiros de conceção de circuitos magnéticos devem utilizar ímanes de elevado (BH)max para miniaturizar os seus circuitos.

Desde os primeiros relatórios sobre ímanes de alta energia baseados em Nd2Fe14B no final de 1983 [3], [4], muita investigação tem sido feita para melhorar as características inerentes do material e criar métodos de produção. Os ímanes metálicos e os ímanes ligados são os dois grandes grupos em que o íman do tipo NdFeB pode ser geralmente dividido. O íman metálico pode ser fabricado utilizando técnicas de deformação a quente ou os métodos tradicionais de fundição de ligas e metalurgia do pó [5]. Os materiais formados por solidificação rápida são tipicamente utilizados como materiais precursores para a prensagem a quente e/ou para a estampagem (nanocristalinos). Os ímanes ligados, ao contrário dos ímanes metálicos, necessitam de um aglutinante para "colar" os grânulos magnéticos.

Para ímanes ligados, é normalmente necessária uma fase de moldagem [6], [7]. Atualmente, a maioria dos ímanes ligados de NdFeB também utiliza a solidificação rápida para criar pós.

Os ímanes permanentes foram criados utilizando materiais NdFeB que solidificam rapidamente durante mais de 15 anos [3]. A fase primária deste material é uma combinação intermetálica denominada Nd2Fe14B. Tradicionalmente, a fiação por fusão é utilizada para criar ligas com composições nominais próximas do Nd2Fe14B estequiométrico. As fitas ou flocos resultantes são subsequentemente triturados em partículas mais pequenas do que 40 mesh. A microestrutura e as características magnéticas necessárias são então desenvolvidas através de um tratamento térmico cuidadosamente regulado. Os pós produzidos são frequentemente isotrópicos do ponto de vista magnético devido ao tamanho diminuto dos cristais.

Os pós são combinados com polímeros de fixação térmica ou de tipo termoplástico para moldagem por compressão ou moldagem por injeção, respetivamente, para criar ímanes ligados. Tanto a moldagem por compressão como a moldagem por injeção podem criar ímanes com uma forma próxima da forma líquida com a conceção correcta da ferramenta. Recentemente, os ímanes de NdFeB também foram fabricados por extrusão ou calandragem para satisfazer determinados segmentos de aplicação.

Para produzir ímanes de elevado valor (BH)max para ímanes ligados, as propriedades magnéticas do pó, o fator de carga e as qualidades de moldagem são cruciais. Em geral, são necessários pós de alta (BH)max para produzir ímanes de alta (BH)max. Para obter ímanes de elevado valor (BH)max, deve ser efectuada uma elevada carga de pó de NdFeB, permitindo ao mesmo tempo a moldagem.

Em todas as situações, seria necessário moldar ímanes utilizando uma máquina comercialmente acessível para obter as formas necessárias com as qualidades magnéticas e mecânicas correctas. A magnetização de um íman é uma consideração crucial quando se avalia a sua adequação a uma determinada aplicação.

Para aplicações que podem ser sujeitas a altas temperaturas, a perda de fluxo por envelhecimento e a estabilidade térmica dos ímanes são cruciais, para além do (BH)max. Uma vez que existem muitos tipos diferentes de pó magnético e de polímeros que podem ser utilizados para moldar ímanes ligados, é fundamental determinar as suas propriedades térmicas para produzir ímanes ligados de elevado (BH)max com as propriedades adequadas.

Neste estudo, o desempenho dos pós de NdFeB fabricados utilizando a abordagem de solidificação rápida será comparado com as propriedades básicas dos polímeros frequentemente utilizados em ímanes ligados.

A Figura 1 mostra o Br e o Hci típicos de muitos ímanes permanentes disponíveis no mercado, incluindo ímanes ligados e metálicos. Cada família de materiais, como se pode observar, tem uma determinada gama de Br e Hci. As ferrites com Br entre 130 e 420 mT e Hci entre 175 e 320 kA/m encontram-se frequentemente no canto inferior esquerdo do gráfico, enquanto os ímanes metálicos de NdFeB com Br entre 1100 e 1400 mT e Hci até 2600 kA/m se encontram no canto superior direito.

O vazio entre os cantos de dois tipos diferentes de ímanes é preenchido por ímanes NdFeB ligados com Br entre 400 e 800 mT e Hci entre 600 e 1400 kA/m. Por coincidência, os preços destes ímanes permanentes variam entre ferrite barata e ímanes de NdFeB completamente densos e caros, com os preços dos ímanes de NdFeB ligados a situarem-se novamente entre a ferrite e os ímanes metálicos de terras raras. Para além dos valores de Br e Hci, devem ser tidas em conta as características do coeficiente de temperatura, magnetizabilidade, condutividade eléctrica e maquinabilidade. As características básicas dos ímanes permanentes frequentemente utilizados estão reunidas no Quadro 1.

Convencionalmente, quantidades comerciais facilmente adquiridas de pós isotrópicos de solidificação rápida com Br de 800-920 mT, Hci de 320-1360 kA/m, e (BH)max de 80-130 kJ/m3 à temperatura ambiente podem ser encontradas no Quadro 2. O tipo de pó também afecta a temperatura de Curie (Tc), o coeficiente de temperatura de indução ou a temperatura máxima de trabalho. Para a moldagem, estes pós podem ser utilizados com diferentes ligantes poliméricos que têm diferentes factores de carga. A Tabela 3 compara as várias técnicas de moldagem, as características que as acompanham e os valores usuais de Br e (BH)max que elas representam. A fração volumétrica máxima de partículas magnéticas pode frequentemente ser obtida utilizando uma técnica de moldagem por compressão em conjunto com um ligante epoxídico.

A moldagem por compressão facilita a produção de ímanes com valores Br entre 620 e 720 mT e valores (BH)max entre 48 e 85 kJ/m3. O fator de carga para a moldagem por injeção pode variar entre 50 e cerca de 75 vol%, dependendo do tipo de polímeros utilizados, nomeadamente poliamidas (nylon) ou sulfureto de polifenileno (PPS). Normalmente, utilizando um processo de moldagem por injeção, podem ser produzidos ímanes com valores Br de 480-600 mT e valores (BH)max de 40-55 kJ/m3. Estes ímanes podem ser fabricados numa gama mais vasta de tamanhos e para uma gama mais vasta de utilizações [10]. Em comparação com os ímanes moldados por compressão, o Br e o (BH)max dos ímanes moldados por injeção tendem a ser inferiores devido à maior percentagem de volume dos polímeros utilizados no processo.

Apesar do Br e (BH)max mais baixos, a tecnologia de moldagem por injeção é particularmente atractiva e adaptável devido à sua capacidade de criar ímanes e componentes baratos.
Os ímanes NdFeB mecanicamente flexíveis também podem ser fabricados para utilizações específicas através de extrusão ou calandragem. Pode ser criada quase qualquer forma desejável com ímanes flexíveis, dependendo do objetivo. O Br e o (BH)max dos ímanes criados por calandragem são normalmente inferiores aos criados por compressão, injeção ou extrusão, devido aos baixos factores de carga. Os engenheiros de aplicação precisam frequentemente de ter em conta os valores Br, (BH)max e Hci e as suas características de temperatura, juntamente com o procedimento de moldagem, antes de o íman ideal poder ser selecionado com base nas temperaturas de funcionamento necessárias para uma determinada aplicação.

Existem várias utilizações para os ímanes NdFeB ligados. Os ímanes NdFeB ligados têm um enorme potencial de crescimento devido ao desenvolvimento de importantes economias emergentes, à expansão da indústria dos computadores pessoais e das tecnologias conexas e às regulamentações governamentais que promovem a eficiência dos aparelhos domésticos e dos veículos. Para acompanhar a procura de novos tipos de pó e técnicas de produção, tanto os fabricantes de pó como os fabricantes de ímanes têm de melhorar continuamente os seus produtos.

fragmentos de secções
últimos avanços
A Magnequench está empenhada em aumentar a sua eficácia de processamento para baixar o preço de venda do pó MQP-B mais popular, a fim de permitir a utilização de ímanes NdFeB em novas aplicações. De acordo com as nossas estimativas, este programa de redução de preços tornará o NdFeB ligado uma alternativa viável à ferrite cerâmica ou aos ímanes híbridos ligados em termos de custo e fluxo para uma variedade de novas aplicações. A Magnequench também lançou um novo tipo de pó, o MQP-13-9, em resposta à necessidade de um pó menos dispendioso.

Conclusões
Foi descrita a funcionalidade do pó isotrópico de NdFeB vendido comercialmente. Além disso, foram abordadas as qualidades fundamentais dos ímanes produzidos utilizando técnicas de moldagem industrial. Os valores Br e (BH)max dos ímanes de NdFeB ligados dependem principalmente do fator de carga do tipo de ligante e do método de moldagem. Os desempenhos dos pós de NdFeB de baixo custo MQP-13-9 e MQP-S-9-8 de forma esférica foram comparados com os do pó MQP-B mais utilizado. As vantagens