Un imán de neodimio (Nd-Fe-B).é un imán común de terras raras composto por neodimio (Nd), ferro (Fe), boro (B) e metais de transición. Teñen un rendemento superior en aplicacións debido ao seu forte campo magnético, que é de 1,4 teslas (T), unha unidade de indución magnética ou densidade de fluxo.
Os imáns de neodimio clasifícanse segundo como se fabrican, que son sinterizados ou unidos. Convertéronse nos imáns máis utilizados desde o seu desenvolvemento en 1984.
No seu estado natural, o neodimio é ferromagnético e só se pode magnetizar a temperaturas extremadamente baixas. Cando se combina con outros metais, como o ferro, pódese magnetizar a temperatura ambiente.
As capacidades magnéticas dun imán de neodimio pódense ver na imaxe da dereita.
Os dous tipos de imáns de terras raras son o neodimio e o samario cobalto. Antes do descubrimento dos imáns de neodimio, os imáns de samario cobalto eran os máis utilizados, pero foron substituídos por imáns de neodimio debido ao gasto de fabricación de imáns de samario cobalto.
Cales son as propiedades dun imán de neodimio?
A principal característica dos imáns de neodimio é o forte que son para o seu tamaño. O campo magnético dun imán de neodimio prodúcese cando se lle aplica un campo magnético e se aliñan os dipolos atómicos, que é o bucle de histérese magnética. Cando se elimina o campo magnético, parte do aliñamento permanece no neodimio magnetizado.
Os graos dos imáns de neodimio indican a súa forza magnética. Canto maior sexa o número de grao, máis forte é a potencia do imán. Os números proveñen das súas propiedades expresadas como mega gauss Oersteds ou MGOe, que é o punto máis forte da súa curva BH.
A escala de clasificación "N" comeza en N30 e vai ata N52, aínda que os imáns N52 raramente se usan ou só se usan en casos especiais. O número "N" pode ir seguido de dúas letras, como SH, que indican a coercitividade do imán (Hc). Canto maior sexa o Hc, maior será a temperatura que o neoimán pode soportar antes de que perda a súa saída.
O seguinte cadro enumera os tipos máis comúns de imáns de neodimio que se usan actualmente.
Propiedades dos imáns de neodimio
Remanencia:
Cando o neodimio se coloca nun campo magnético, os dipolos atómicos alíñanse. Despois de ser eliminado do campo, unha parte do aliñamento permanece creando neodimio magnetizado. A remanencia é a densidade de fluxo que permanece cando o campo externo volve dun valor de saturación a cero, que é a magnetización residual. Canto maior sexa a remanencia, maior será a densidade de fluxo. Os imáns de neodimio teñen unha densidade de fluxo de 1,0 a 1,4 T.
A remanencia dos imáns de neodimio varía segundo como estean feitos. Os imáns de neodimio sinterizados teñen unha T de 1,0 a 1,4. Os imáns de neodimio unidos teñen unha capacidade de 0,6 a 0,7 T.
Coercitividade:
Despois de magnetizar o neodimio, non volve á magnetización cero. Para que volva a magnetización cero, ten que ser impulsado cara atrás por un campo na dirección oposta, que se chama coercitividade. Esta propiedade dun imán é a súa capacidade para soportar a influencia dunha forza magnética externa sen ser desmagnetizado. A coercitividade é a medida da intensidade necesaria dun campo magnético para reducir a magnetización dun imán a cero ou a resistencia dun imán a desmagnetizar.
A coercitividade mídese en unidades de oersted ou amperes etiquetadas como Hc. A coercitividade dos imáns de neodimio depende de como se fabriquen. Os imáns de neodimio sinterizados teñen unha coercitividad de 750 Hc a 2000 Hc, mentres que os imáns de neodimio unidos teñen unha coercitividad de 600 Hc a 1200 Hc.
Produto Enerxético:
A densidade da enerxía magnética caracterízase polo valor máximo da densidade de fluxo multiplicada pola intensidade do campo magnético, que é a cantidade de fluxo magnético por unidade de superficie. As unidades mídense en teslas para as unidades do SI e o seu Gauss co símbolo da densidade de fluxo B. A densidade de fluxo magnético é a suma do campo magnético externo H e da polarización magnética do corpo magnético J en unidades do SI.
Os imáns permanentes teñen un campo B no seu núcleo e arredores. A dirección da forza do campo B atribúese aos puntos dentro e fóra do imán. Unha agulla de compás nun campo B dun imán apunta cara á dirección do campo.
Non hai un xeito sinxelo de calcular a densidade de fluxo das formas magnéticas. Hai programas informáticos que poden facer o cálculo. Pódense usar fórmulas sinxelas para xeometrías menos complexas.
A intensidade dun campo magnético mídese en Gauss ou Teslas e é a medida común da forza dun imán, que é unha medida da densidade do seu campo magnético. Un medidor de gauss úsase para medir a densidade de fluxo dun imán. A densidade de fluxo para un imán de neodimio é de 6000 Gauss ou menos porque ten unha curva de desmagnetización en liña recta.
Temperatura de Curie:
A temperatura de curie, ou punto de curie, é a temperatura á que os materiais magnéticos teñen un cambio nas súas propiedades magnéticas e se fan paramagnéticos. Nos metais magnéticos, os átomos magnéticos están aliñados na mesma dirección e reforzan o campo magnético do outro. O aumento da temperatura de curie cambia a disposición dos átomos.
A coercitividade aumenta a medida que aumenta a temperatura. Aínda que os imáns de neodimio teñen unha alta coercitividade a temperatura ambiente, baixa a medida que a temperatura aumenta ata alcanzar a temperatura de curie, que pode ser duns 320 ° C ou 608 ° F.
Independentemente do forte que sexan os imáns de neodimio, as temperaturas extremas poden alterar os seus átomos. A exposición prolongada a altas temperaturas pode facer que perdan completamente as súas propiedades magnéticas, que comezan a 80 ° C ou 176 ° F.
Como se fabrican os imáns de neodimio?
Os dous procesos utilizados para fabricar imáns de neodimio son a sinterización e a unión. As propiedades dos imáns acabados varían dependendo de como se produzan, sendo a sinterización o mellor dos dous métodos.
Como se fabrican os imáns de neodimio
Sinterización
-
Fusión:
O neodimio, o ferro e o boro son medidos e colocados nun forno de indución ao baleiro para formar unha aliaxe. Engádense outros elementos para calidades específicas, como cobalto, cobre, gadolinio e disprosio para axudar coa resistencia á corrosión. O quecemento é creado por correntes de Foucault eléctricas no baleiro para evitar contaminantes. A mestura de neoaliaxe é diferente para cada fabricante e grao de imán de neodimio.
-
Pulverización:
A aliaxe derretida arrefríase e fórmase en lingotes. Os lingotes son moídos a chorro nunha atmosfera de nitróxeno e argón para crear un po de tamaño micrónico. O po de neodimio ponse nunha tolva para prensar.
-
Presionando:
O po preséntase nunha matriz lixeiramente maior que a forma desexada mediante un proceso coñecido como revolto a unha temperatura duns 725 ° C. A forma máis grande da matriz permite o encollemento durante o proceso de sinterización. Durante o prensado, o material está exposto a un campo magnético. Colócase nunha segunda matriz para ser presionada nunha forma máis ancha para aliñar a magnetización paralela á dirección de prensado. Algúns métodos inclúen accesorios para xerar campos magnéticos durante a presión para aliñar as partículas.
Antes de soltar o imán presionado, recibe un pulso desmagnetizador para deixalo desmagnetizado para crear un imán verde, que se desmorona facilmente e ten malas propiedades magnéticas.
-
Sinterización:
A sinterización, ou frittage, compacta e forma o imán verde utilizando calor por debaixo do seu punto de fusión para darlle as súas propiedades magnéticas finais. O proceso é coidadosamente monitorizado nunha atmosfera inerte e sen osíxeno. Os óxidos poden destruír o rendemento dun imán de neodimio. Comprímese a temperaturas que alcanzan os 1080 °C pero por debaixo do seu punto de fusión para forzar que as partículas se adhiran entre si.
Aplícase un quench para arrefriar rapidamente o imán e minimizar as fases, que son variantes da aliaxe que teñen propiedades magnéticas pobres.
-
Mecanizado:
Os imáns sinterizados son moídos usando ferramentas de corte de diamante ou arame para darlles forma ás tolerancias correctas.
-
Revestimento e recubrimento:
O neodimio oxidase rapidamente e é propenso á corrosión, o que pode eliminar as súas propiedades magnéticas. Como protección, están recubertos de plástico, níquel, cobre, cinc, estaño ou outras formas de revestimento.
-
Magnetización:
Aínda que o imán ten unha dirección de magnetización, non está magnetizado e ten que estar brevemente exposto a un forte campo magnético, que é unha bobina de fío que rodea o imán. A magnetización implica capacitores e alta tensión para producir unha corrente forte.
-
Inspección final:
Os proxectores de medición dixitais verifican as dimensións e a tecnoloxía de fluorescencia de raios X verifica o grosor da placa. O revestimento é probado doutras formas para garantir a súa calidade e resistencia. A curva BH é probada mediante un gráfico de histérese para confirmar a ampliación total.
Vinculación
A unión, ou unión por compresión, é un proceso de prensado de matrices que usa unha mestura de po de neodimio e un axente de unión epoxi. A mestura é un 97% de material magnético e un 3% de epoxi.
A mestura de epoxi e neodimio comprime nunha prensa ou extrúese e cura nun forno. Dado que a mestura é prensada nunha matriz ou sometida a extrusión, os imáns pódense moldear en formas e configuracións complexas. O proceso de unión por compresión produce imáns con tolerancias estreitas e non require operacións secundarias.
Os imáns unidos por compresión son isótropos e pódense magnetizar en calquera dirección, o que inclúe configuracións multipolares. A unión epoxi fai que os imáns sexan o suficientemente fortes como para fresarse ou tornear, pero non perforarse nin roscar.
Sinterizado radial
Os imáns de neodimio orientados radialmente son os imáns máis novos do mercado de imáns. O proceso para producir imáns aliñados radiais coñécese desde hai moitos anos, pero non foi rendible. Os desenvolvementos tecnolóxicos recentes simplificaron o proceso de fabricación, facilitando a produción de imáns de orientación radial.
Os tres procesos para a fabricación de imáns de neodimio aliñados radiais son o moldeo por presión anisotrópica, a extrusión cara atrás por prensado en quente e o aliñamento radial de campo rotatorio.
O proceso de sinterización garante que non haxa puntos débiles na estrutura dos imáns.
A calidade única dos imáns aliñados radialmente é a dirección do campo magnético, que se estende ao redor do perímetro do imán. O polo sur do imán está no interior do anel, mentres que o polo norte está na súa circunferencia.
Os imáns de neodimio orientados radialmente son anisótropos e están magnetizados dende o interior do anel cara o exterior. A magnetización radial aumenta a forza magnética dos aneis e pódese dar forma a varios patróns.
Os imáns radiais de aneis de neodimio pódense usar para motores síncronos, motores paso a paso e motores sen escobillas de CC para as industrias da automoción, informática, electrónica e comunicacións.
Aplicacións dos imáns de neodimio
Transportadores de separación magnética:
Na seguinte demostración, a cinta transportadora está cuberta con imáns de neodimio. Os imáns están dispostos con polos alternativos orientados cara a fóra, o que lles proporciona unha forte suxeición magnética. As cousas que non son atraídas polos imáns caen, mentres que o material ferromagnético cae nun colector.
Unidades de disco duro:
Os discos duros teñen pistas e sectores con celas magnéticas. As celas son magnetizadas cando se escriben datos na unidade.
Pastillas para guitarra eléctrica:
Unha pastilla de guitarra eléctrica detecta as cordas que vibran e converte o sinal nunha corrente eléctrica débil para enviar a un amplificador e un altofalante. As guitarras eléctricas son a diferenza das guitarras acústicas que amplifican o seu son na caixa oca debaixo das cordas. As guitarras eléctricas poden ser de metal sólido ou madeira co seu son amplificado electrónicamente.
Tratamento de augas:
Os imáns de neodimio úsanse no tratamento da auga para reducir a incrustación da auga dura. A auga dura ten un alto contido mineral de calcio e magnesio. Co tratamento magnético da auga, a auga atravesa un campo magnético para capturar a escala. A tecnoloxía non foi completamente aceptada como eficaz. Houbo resultados alentadores.
Interruptores Reed:
Un interruptor de lengüeta é un interruptor eléctrico accionado por un campo magnético. Teñen dous contactos e canas metálicas nun sobre de vidro. Os contactos do interruptor están abertos ata que se activa mediante un imán.
Os interruptores de láminas utilízanse en sistemas mecánicos como sensores de proximidade en portas e fiestras para sistemas de alarma antirrobo e a proba de manipulacións. Nos ordenadores portátiles, os interruptores de lengüeta poñen o portátil en modo de suspensión cando a tapa está pechada. Os teclados de pedais para órganos de tubos usan interruptores de lengüeta que están nun recinto de vidro para os contactos para protexelos da sucidade, o po e os restos.
Imáns de costura:
Os imáns de costura de neodimio úsanse para peches magnéticos en carteiras, roupa e carpetas ou carpetas. Os imáns de costura véndense en pares, sendo un imán a+ e o outro a-.
Imáns para dentaduras:
As dentaduras poden manterse no seu lugar mediante imáns incrustados na mandíbula do paciente. Os imáns están protexidos da corrosión da saliva mediante unha placa de aceiro inoxidable. Aplícase nitruro de titanio cerámico para evitar a abrasión e reducir a exposición ao níquel.
Topes de porta magnéticos:
Os topes magnéticos son un tope mecánico que mantén aberta unha porta. A porta ábrese, toca un imán e permanece aberta ata que a porta se tira do imán.
Peche de xoias:
Os broches magnéticos para xoias veñen con dúas metades e véndense como un par. As metades teñen un imán nunha carcasa de material non imán. Un lazo metálico no extremo une a cadea dunha pulseira ou colar. As carcasas dos imáns encaixan unhas dentro das outras evitando o movemento de lado a lado ou de cizallamento entre os imáns para proporcionar unha suxeición robusta.
Relatores:
Os altofalantes converten a enerxía eléctrica en enerxía mecánica ou movemento. A enerxía mecánica comprime o aire e converte o movemento en enerxía sonora ou nivel de presión sonora. Unha corrente eléctrica, enviada a través dunha bobina de fío, crea un campo magnético nun imán unido ao altofalante. A bobina de voz é atraída e repelida polo imán permanente, o que fai que o cono, a bobina de voz está unida, se mova cara atrás e cara atrás. O movemento dos conos crea ondas de presión que se escoitan como son.
Sensores de freos antibloqueo:
Nos freos antibloqueo, os imáns de neodimio están envoltos dentro de bobinas de cobre nos sensores do freo. Un sistema de freos antibloqueo controla a velocidade das rodas de aceleración e desaceleración regulando a presión da liña aplicada ao freo. Os sinais de control, xerados polo controlador e aplicados á unidade de modulación de presión de freo, son tomados dos sensores de velocidade das rodas.
Os dentes do anel sensor xiran máis alá do sensor magnético, o que provoca unha inversión de polaridade do campo magnético que envía un sinal de frecuencia á velocidade angular do eixe. A diferenciación do sinal é a aceleración das rodas.
Consideracións sobre o imán de neodimio
Como os imáns máis poderosos e fortes da terra, os imáns de neodimio poden ter efectos negativos prexudiciais. É importante que se manexan correctamente tendo en conta o dano que poden causar. A continuación móstranse descricións dalgúns dos efectos negativos dos imáns de neodimio.
Efectos negativos dos imáns de neodimio
Lesión corporal:
Os imáns de neodimio poden saltar xuntos e beliscar a pel ou causar feridas graves. Poden saltar ou bater de varios centímetros a varios pés de distancia. Se un dedo está no camiño, pódese romper ou danar gravemente. Os imáns de neodimio son máis poderosos que outros tipos de imáns. A forza incriblemente poderosa entre eles adoita ser sorprendente.
Rotura do imán:
Os imáns de neodimio son fráxiles e poden pelarse, astillarse, racharse ou romperse se baten, o que fai voar pequenas pezas metálicas afiadas a gran velocidade. Os imáns de neodimio están feitos dun material duro e fráxil. A pesar de ser de metal, e de ter un aspecto brillante e metálico, non son duradeiros. Debe usar protección ocular ao manipulalos.
Mantéñase lonxe dos nenos:
Os imáns de neodimio non son xoguetes. Non se debe permitir que os nenos os manipulen. Os pequenos poden ser un perigo de asfixia. Se se tragan varios imáns, únense entre si a través das paredes do intestino, o que provocará graves problemas de saúde, que requirirán unha cirurxía inmediata e de emerxencia.
Perigo para marcapasos:
Unha intensidade de campo de dez gauss preto dun marcapasos ou desfibrilador pode interactuar co dispositivo implantado. Os imáns de neodimio crean campos magnéticos fortes, que poden interferir con marcapasos, ICD e dispositivos médicos implantados. Moitos dispositivos implantados desactívanse cando están preto dun campo magnético.
Medios magnéticos:
Os fortes campos magnéticos dos imáns de neodimio poden danar medios magnéticos como disquetes, tarxetas de crédito, tarxetas de identificación magnéticas, cintas de casete, cintas de vídeo, danar televisores, videograbadoras, monitores de ordenador e pantallas CRT máis antigas. Non deben colocarse preto de aparellos electrónicos.
GPS e Smartphones:
Os campos magnéticos interfiren cos compás ou magnetómetros e os compás internos de teléfonos intelixentes e dispositivos GPS. A Asociación Internacional de Transporte Aéreo e as regras e regulamentos federais dos Estados Unidos cobren o envío de imáns.
Alerxia ao níquel:
Se tes alerxia ao níquel, o sistema inmunitario confunde o níquel como un intruso perigoso e produce produtos químicos para loitar contra el. Unha reacción alérxica ao níquel é vermelhidão e erupción cutánea. As alerxias ao níquel son máis comúns en mulleres e nenas. Aproximadamente, o 36 por cento das mulleres menores de 18 anos teñen alerxia ao níquel. A forma de evitar a alerxia ao níquel é evitar os imáns de neodimio revestidos de níquel.
Desmagnetización:
Os imáns de neodimio manteñen a súa eficacia ata 80 ° C ou 175 ° F. A temperatura á que comezan a perder a súa eficacia varía segundo o grao, a forma e a aplicación.
Inflamable:
Non se deben perforar nin mecanizar os imáns de neodimio. O po e o po producidos pola moenda son inflamables.
Corrosión:
Os imáns de neodimio están rematados con algún tipo de revestimento ou recubrimento para protexelos dos elementos. Non son impermeables e oxidaranse ou corroeranse cando se colocan en ambientes húmidos ou húmidos.
Normas e regulamentos para o uso de imáns de neodimio
Aínda que os imáns de neodimio teñen un campo magnético forte, son moi fráxiles e requiren un manexo especial. Varias axencias de vixilancia industrial desenvolveron normativas relativas á manipulación, fabricación e envío de imáns de neodimio. A continuación móstrase unha breve descrición dalgunhas das normas.
Normas e regulamentos para imáns de neodimio
Sociedade Americana de Enxeñeiros Mecánicos:
A Sociedade Americana de Enxeñeiros Mecánicos (ASME) ten estándares para dispositivos de elevación por baixo do gancho. A norma B30.20 aplícase á instalación, inspección, proba, mantemento e operación de dispositivos de elevación, que inclúe imáns de elevación nos que o operador coloca o imán sobre a carga e guía a carga. A norma ASME BTH-1 aplícase xunto coa ASME B30.20.
Análise de perigos e puntos críticos de control:
Análise de perigos e puntos críticos de control (APPCC) é un sistema de xestión de riscos preventivo recoñecido internacionalmente. Examina a seguridade alimentaria fronte aos perigos biolóxicos, químicos e físicos ao esixir a identificación e control dos perigos en determinados puntos do proceso de produción. Ofrece certificación para equipos utilizados en instalacións de alimentación. HACCP identificou e certificou certos imáns de separación utilizados na industria alimentaria.
Departamento de Agricultura dos Estados Unidos:
O equipo de separación magnética foi aprobado polo Servizo de Marketing Agrícola do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos como conforme para o seu uso con dous programas de procesamento de alimentos:
- Programa de revisión de equipamentos lácteos
- Programa de revisión de equipamentos de carne e aves
As certificacións baséanse en dúas normas ou directrices:
- Deseño sanitario e fabricación de equipamentos de procesamento de produtos lácteos
- Deseño sanitario e fabricación de equipos de procesamento de carne e aves que cumpren os requisitos de hixiene NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014
Restrición de uso de substancias perigosas:
As regulacións de restrición de uso de substancias perigosas (RoHS) limitan o uso de retardantes de chama de chumbo, cadmio, bifenilo polibromado (PBB), mercurio, cromo hexavalente e éter difenílico polibromado (PBDE) nos equipos electrónicos. Dado que os imáns de neodimio poden ser perigosos, RoHS desenvolveu normas para o seu manexo e uso.
Organización de Aviación Civil Internacional:
Está determinado que os imáns son un ben perigoso para os envíos fóra dos Estados Unidos continentais a destinos internacionais. Calquera material embalado, para ser enviado por vía aérea, debe ter unha intensidade de campo magnético de 0,002 Gauss ou máis a unha distancia de sete pés de calquera punto da superficie do paquete.
Administración Federal de Aviación:
Os paquetes que conteñan imáns que se envían por vía aérea deben ser probados para cumprir os estándares establecidos. Os paquetes de imáns teñen que medir menos de 0,00525 gauss a 15 pés do paquete. Os imáns poderosos e fortes teñen que ter algún tipo de blindaxe. Hai numerosas normativas e requisitos que se deben cumprir para o envío de imáns por vía aérea debido aos posibles perigos de seguridade.
Restricción, avaliación, autorización de produtos químicos:
Restriction, Evaluation, and Authorization of Chemicals (REACH) é unha organización internacional que forma parte da Unión Europea. Regula e desenvolve normas para materiais perigosos. Conta con varios documentos que especifican o uso, manexo e fabricación adecuados dos imáns. Gran parte da literatura fai referencia ao uso de imáns en dispositivos médicos e compoñentes electrónicos.
Conclusión
- Os imáns de neodimio (Nd-Fe-B), coñecidos como neoimáns, son imáns comúns de terras raras compostos por neodimio (Nd), ferro (Fe), boro (B) e metais de transición.
- Os dous procesos utilizados para fabricar imáns de neodimio son a sinterización e a unión.
- Os imáns de neodimio convertéronse nos máis utilizados entre as moitas variedades de imáns.
- O campo magnético dun imán de neodimio prodúcese cando se lle aplica un campo magnético e se aliñan os dipolos atómicos, que é o bucle de histérese magnética.
- Os imáns de neodimio pódense producir en calquera tamaño pero conservan a súa forza magnética inicial.
Hora de publicación: 11-Xul-2022