Un imant de neodimi (Nd-Fe-B).és un imant de terres rares comú compost per neodimi (Nd), ferro (Fe), bor (B) i metalls de transició.Tenen un rendiment superior en aplicacions a causa del seu camp magnètic fort, que és d'1,4 tesles (T), una unitat d'inducció magnètica o densitat de flux.
Els imants de neodimi es classifiquen per com es fabriquen, que es sintereixen o s'uneixen.S'han convertit en els imants més utilitzats des del seu desenvolupament l'any 1984.
En el seu estat natural, el neodimi és ferromagnètic i només es pot magnetitzar a temperatures extremadament baixes.Quan es combina amb altres metalls, com el ferro, es pot magnetitzar a temperatura ambient.
Les habilitats magnètiques d'un imant de neodimi es poden veure a la imatge de la dreta.
Els dos tipus d'imants de terres rares són el neodimi i el cobalt samari.Abans del descobriment dels imants de neodimi, els imants de samari cobalt eren els més utilitzats, però van ser substituïts per imants de neodimi a causa de la despesa de fabricació d'imants de samari cobalt.
Quines són les propietats d'un imant de neodimi?
La característica principal dels imants de neodimi és la força que tenen per la seva mida.El camp magnètic d'un imant de neodimi es produeix quan se li aplica un camp magnètic i s'alineen els dipols atòmics, que és el bucle d'histèresi magnètica.Quan s'elimina el camp magnètic, part de l'alineació roman al neodimi magnetitzat.
Els graus dels imants de neodimi indiquen la seva força magnètica.Com més gran sigui el nombre de grau, més forta és la potència de l'imant.Els números provenen de les seves propietats expressades com a mega gauss Oersteds o MGOe, que és el punt més fort de la seva corba BH.
L'escala de qualificació "N" comença a N30 i va a N52, tot i que els imants N52 s'utilitzen poques vegades o només s'utilitzen en casos especials.El nombre "N" pot anar seguit de dues lletres, com SH, que indiquen la coercivitat de l'imant (Hc).Com més alt sigui el Hc, més alta serà la temperatura que pot suportar el neoimant abans que perdi la seva sortida.
El gràfic següent enumera els graus més comuns d'imants de neodimi que s'utilitzen actualment.
Les propietats dels imants de neodimi
Remanència:
Quan el neodimi es col·loca en un camp magnètic, els dipols atòmics s'alineen.Després de ser eliminat del camp, una part de l'alineació queda creant neodimi magnetitzat.La remanència és la densitat de flux que queda quan el camp extern torna d'un valor de saturació a zero, que és la magnetització residual.Com més gran sigui la remanència, més gran serà la densitat de flux.Els imants de neodimi tenen una densitat de flux d'1,0 a 1,4 T.
La remanència dels imants de neodimi varia segons com es fabriquen.Els imants de neodimi sinteritzats tenen una T d'1,0 a 1,4.Els imants de neodimi units tenen una capacitat de 0,6 a 0,7 T.
Coacció:
Després de magnetitzar el neodimi, no torna a la magnetització zero.Per tornar a la magnetització zero, ha de ser impulsat enrere per un camp en la direcció oposada, que s'anomena coercivitat.Aquesta propietat d'un imant és la seva capacitat de suportar la influència d'una força magnètica externa sense ser desmagnetitzat.La coercitivitat és la mesura de la intensitat necessària d'un camp magnètic per reduir la magnetització d'un imant a zero o la resistència d'un imant a desmagnetitzar.
La coercivitat es mesura en unitats d'oersted o amperes etiquetades com a Hc.La coercibilitat dels imants de neodimi depèn de com es fabriquen.Els imants de neodimi sinteritzats tenen una coercitivitat de 750 Hc a 2000 Hc, mentre que els imants de neodimi units tenen una coercitivitat de 600 Hc a 1200 Hc.
Producte energètic:
La densitat de l'energia magnètica es caracteritza pel valor màxim de la densitat de flux multiplicada per la intensitat del camp magnètic, que és la quantitat de flux magnètic per unitat de superfície.Les unitats es mesuren en tesles per a les unitats SI i el seu Gauss amb el símbol de la densitat de flux B. La densitat de flux magnètic és la suma del camp magnètic extern H i la polarització magnètica del cos magnètic J en unitats SI.
Els imants permanents tenen un camp B al seu nucli i al seu entorn.La direcció de la força del camp B s'atribueix als punts dins i fora de l'imant.Una agulla de brúixola en un camp B d'un imant apunta cap a la direcció del camp.
No hi ha una manera senzilla de calcular la densitat de flux de formes magnètiques.Hi ha programes informàtics que poden fer el càlcul.Les fórmules simples es poden utilitzar per a geometries menys complexes.
La intensitat d'un camp magnètic es mesura en Gauss o Teslas i és la mesura habitual de la força d'un imant, que és una mesura de la densitat del seu camp magnètic.S'utilitza un mesurador de gauss per mesurar la densitat de flux d'un imant.La densitat de flux d'un imant de neodimi és de 6000 Gauss o menys perquè té una corba de desmagnetització en línia recta.
Temperatura de Curie:
La temperatura de curie, o punt de curie, és la temperatura a la qual els materials magnètics canvien les seves propietats magnètiques i esdevenen paramagnètics.En els metalls magnètics, els àtoms magnètics s'alineen en la mateixa direcció i es reforcen mútuament el camp magnètic dels altres.L'augment de la temperatura de curie canvia la disposició dels àtoms.
La coercibilitat augmenta a mesura que augmenta la temperatura.Tot i que els imants de neodimi tenen una alta coercivitat a temperatura ambient, baixa a mesura que augmenta la temperatura fins a assolir la temperatura de curie, que pot ser d'uns 320 ° C o 608 ° F.
Independentment de la força que siguin els imants de neodimi, les temperatures extremes poden alterar els seus àtoms.L'exposició prolongada a altes temperatures pot fer que perdin completament les seves propietats magnètiques, que comença a 80 ° C o 176 ° F.
Com es fabriquen els imants de neodimi?
Els dos processos utilitzats per fabricar imants de neodimi són la sinterització i l'enllaç.Les propietats dels imants acabats varien en funció de com es produeixen, sent la sinterització el millor dels dos mètodes.
Com es fabriquen els imants de neodimi
Sinterització
-
Fusió:
El neodimi, el ferro i el bor es mesuren i es posen en un forn d'inducció al buit per formar un aliatge.S'afegeixen altres elements per a graus específics, com ara cobalt, coure, gadolini i disprosi per ajudar amb la resistència a la corrosió.L'escalfament es crea mitjançant corrents de Foucault elèctrics al buit per mantenir els contaminants fora.La barreja de neoaliatge és diferent per a cada fabricant i grau d'imant de neodimi.
-
En pols:
L'aliatge fos es refreda i es forma en lingots.Els lingots es molen a raig en una atmosfera de nitrogen i argó per crear una pols de mida micres.La pols de neodimi es posa en una tremuja per premsar.
-
Pressing:
La pols es pressiona en una matriu una mica més gran que la forma desitjada mitjançant un procés conegut com a revolt a una temperatura d'uns 725 ° C. La forma més gran de la matriu permet la contracció durant el procés de sinterització.Durant el premsat, el material està exposat a un camp magnètic.Es col·loca en una segona matriu per ser premsada en una forma més àmplia per alinear la magnetització paral·lela a la direcció de premsat.Alguns mètodes inclouen accessoris per generar camps magnètics durant la pressió per alinear les partícules.
Abans d'alliberar l'imant premsat, rep un pols desmagnetitzant per deixar-lo desmagnetitzat per crear un imant verd, que s'esmicola fàcilment i té propietats magnètiques pobres.
-
Sinterització:
La sinterització, o frittage, compacta i forma l'imant verd utilitzant calor per sota del seu punt de fusió per donar-li les seves propietats magnètiques finals.El procés es controla acuradament en una atmosfera inert i lliure d'oxigen.Els òxids poden destruir el rendiment d'un imant de neodimi.Es comprimeix a temperatures que arriben als 1080 ° C però per sota del seu punt de fusió per forçar les partícules a adherir-se entre elles.
S'aplica un apagat per refredar ràpidament l'imant i minimitzar les fases, que són variants de l'aliatge que tenen propietats magnètiques pobres.
-
Mecanitzat:
Els imants sinteritzats es molen amb eines de tall de filferro o diamant per donar-los forma a les toleràncies correctes.
-
Revestiment i revestiment:
El neodimi s'oxida ràpidament i és propens a la corrosió, cosa que pot eliminar les seves propietats magnètiques.Com a protecció, estan recoberts amb plàstic, níquel, coure, zinc, estany o altres formes de recobriments.
-
Magnetització:
Tot i que l'imant té una direcció de magnetització, no està magnetitzat i ha d'estar exposat breument a un camp magnètic fort, que és una bobina de filferro que envolta l'imant.La magnetització implica condensadors i alta tensió per produir un corrent fort.
-
Inspecció final:
Els projectors de mesura digitals verifican les dimensions i la tecnologia de fluorescència de raigs X verifica el gruix del revestiment.El recobriment es prova d'altres maneres per garantir la seva qualitat i resistència.La corba BH es prova mitjançant un gràfic d'histèresi per confirmar l'ampliació total.
Vinculació
L'enllaç, o unió per compressió, és un procés de premsat de matriu que utilitza una barreja de pols de neodimi i un agent aglutinant epoxi.La mescla és un 97% de material magnètic i un 3% d'epoxi.
La barreja epoxi i neodimi es comprimeix en una premsa o s'extrudeix i es cura en un forn.Com que la barreja es pressiona en una matriu o es sotmet a extrusió, els imants es poden modelar en formes i configuracions complexes.El procés d'unió per compressió produeix imants amb toleràncies ajustades i no requereix operacions secundàries.
Els imants units per compressió són isòtrops i es poden magnetitzar en qualsevol direcció, que inclou configuracions multipolars.L'enquadernació epoxi fa que els imants siguin prou forts per ser fresats o tornejats, però no perforats ni roscats.
Sinteritzat radial
Els imants de neodimi orientats radialment són els imants més nous del mercat dels imants.El procés per produir imants alineats radials es coneix des de fa molts anys, però no va ser rendible.Els desenvolupaments tecnològics recents han racionalitzat el procés de fabricació fent que els imants orientats radialment siguin més fàcils de produir.
Els tres processos per a la fabricació d'imants de neodimi alineats radials són l'emmotllament per pressió anisòtrop, l'extrusió cap enrere de premsat en calent i l'alineació del camp rotatiu radial.
El procés de sinterització garanteix que no hi hagi punts febles a l'estructura dels imants.
La qualitat única dels imants alineats radialment és la direcció del camp magnètic, que s'estén al voltant del perímetre de l'imant.El pol sud de l'imant es troba a l'interior de l'anell, mentre que el pol nord es troba a la seva circumferència.
Els imants de neodimi orientats radialment són anisòtrops i estan magnetitzats des de l'interior de l'anell cap a l'exterior.La magnetització radial augmenta la força magnètica dels anells i es pot donar forma a múltiples patrons.
Els imants d'anell radial de neodimi es poden utilitzar per a motors síncrons, motors pas a pas i motors sense escombretes de corrent continu per a les indústries de l'automoció, la informàtica, l'electrònica i les comunicacions.
Aplicacions dels imants de neodimi
Transportadors de separació magnètica:
A la demostració següent, la cinta transportadora està coberta amb imants de neodimi.Els imants estan disposats amb pols alterns cap a fora, cosa que els dóna una forta retenció magnètica.Les coses que no se senten atretes pels imants cauen, mentre que el material ferromagnètic es deixa caure a un contenidor de recollida.
Unitats de disc dur:
Els discs durs tenen pistes i sectors amb cèl·lules magnètiques.Les cel·les es magnetitzen quan s'escriuen dades a la unitat.
Pastilles de guitarra elèctrica:
Una pastilla de guitarra elèctrica detecta les cordes vibrants i converteix el senyal en un corrent elèctric feble per enviar-lo a un amplificador i altaveu.Les guitarres elèctriques són a diferència de les guitarres acústiques que amplifiquen el seu so a la caixa buida sota les cordes.Les guitarres elèctriques poden ser de metall massís o de fusta amb el seu so amplificat electrònicament.
Tractament d'aigües:
Els imants de neodimi s'utilitzen en el tractament de l'aigua per reduir l'escala de l'aigua dura.L'aigua dura té un alt contingut mineral de calci i magnesi.Amb el tractament magnètic de l'aigua, l'aigua passa a través d'un camp magnètic per capturar l'escala.La tecnologia no s'ha acceptat completament com a eficaç.Hi ha hagut resultats encoratjadors.
Interruptors de canya:
Un interruptor de canya és un interruptor elèctric accionat per un camp magnètic.Tenen dos contactes i canyes metàl·liques en un sobre de vidre.Els contactes de l'interruptor estan oberts fins que s'activa per un imant.
Els interruptors de canya s'utilitzen en sistemes mecànics com a sensors de proximitat a portes i finestres per a sistemes d'alarma anti-robatori i a prova de manipulacions.En els ordinadors portàtils, els interruptors de canya posen l'ordinador portàtil en mode de repòs quan la tapa està tancada.Els teclats de pedals per a orgues de tubs utilitzen interruptors de canya que es troben en un recinte de vidre per als contactes per protegir-los de la brutícia, la pols i els residus.
Imants de costura:
Els imants de cosir de neodimi s'utilitzen per a tancaments magnètics a bosses, roba i carpetes o quaderns.Els imants de cosir es venen per parelles, un imant és a+ i l'altre a-.
Imants per dentadura postiza:
Les pròtesis es poden mantenir al seu lloc mitjançant imants incrustats a la mandíbula d'un pacient.Els imants estan protegits de la corrosió de la saliva mitjançant un revestiment d'acer inoxidable.S'aplica nitrur de titani ceràmic per evitar l'abrasió i reduir l'exposició al níquel.
Tapes de portes magnètiques:
Els topalls magnètics són un topall mecànic que manté una porta oberta.La porta s'obre, toca un imant i es manté oberta fins que la porta es treu de l'imant.
Tancament de joieria:
Els tancaments magnètics de joieria vénen amb dues meitats i es venen com a parell.Les meitats tenen un imant en una carcassa de material no imant.Un llaç metàl·lic a l'extrem uneix la cadena d'una polsera o un collaret.Les carcasses dels imants s'ajusten una a l'altra evitant el moviment de costat a costat o de tall entre els imants per proporcionar una subjecció sòlida.
Ponents:
Els altaveus converteixen l'energia elèctrica en energia mecànica o moviment.L'energia mecànica comprimeix l'aire i converteix el moviment en energia sonora o nivell de pressió sonora.Un corrent elèctric, enviat a través d'una bobina de filferro, crea un camp magnètic en un imant connectat a l'altaveu.La bobina de veu és atreta i repel·lida per l'imant permanent, que fa que el con, al qual s'uneix la bobina de veu, es mogui cap endavant i cap enrere.El moviment dels cons crea ones de pressió que s'escolten com a so.
Sensors de fre antibloqueig:
En els frens antibloqueig, els imants de neodimi s'emboliquen dins de bobines de coure als sensors del fre.Un sistema de frenada antibloqueig controla l'acceleració i desacceleració de les rodes mitjançant la regulació de la pressió de la línia aplicada al fre.Els senyals de control, generats pel controlador i aplicats a la unitat moduladora de pressió de fre, es prenen dels sensors de velocitat de la roda.
Les dents de l'anell del sensor giren més enllà del sensor magnètic, la qual cosa provoca una inversió de polaritat del camp magnètic que envia un senyal de freqüència a la velocitat angular de l'eix.La diferenciació del senyal és l'acceleració de les rodes.
Consideracions sobre l'imant de neodimi
Com els imants més potents i forts de la terra, els imants de neodimi poden tenir efectes negatius perjudicials.És important que es manipulin correctament tenint en compte el dany que poden causar.A continuació es mostren descripcions d'alguns dels efectes negatius dels imants de neodimi.
Efectes negatius dels imants de neodimi
Lesions corporals:
Els imants de neodimi poden saltar junts i pessigar la pell o causar lesions greus.Poden saltar o xocar junts des de diverses polzades fins a diversos peus de distància.Si un dit està en el camí, es pot trencar o fer-se greument.Els imants de neodimi són més potents que altres tipus d'imants.La força increïblement poderosa entre ells sovint pot ser sorprenent.
Trencament de l'imant:
Els imants de neodimi són fràgils i poden pelar-se, trencar-se, trencar-se o trencar-se si s'ajunten, cosa que fa volar petites peces metàl·liques afilades a gran velocitat.Els imants de neodimi estan fets d'un material dur i trencadís.Tot i ser de metall, i tenir un aspecte brillant i metàl·lic, no són duradors.S'han d'utilitzar protecció ocular quan els manipuleu.
Mantenir allunyat dels nens:
Els imants de neodimi no són joguines.No s'ha de permetre que els nens els manipulin.Els petits poden ser un perill d'asfixia.Si s'empassa diversos imants, s'uneixen entre si a través de les parets de l'intestí, cosa que provocarà problemes de salut greus, que requeriran una cirurgia d'emergència immediata.
Perill per als marcapassos:
Una intensitat de camp de deu gauss a prop d'un marcapassos o desfibril·lador pot interactuar amb el dispositiu implantat.Els imants de neodimi creen camps magnètics forts, que poden interferir amb marcapassos, ICD i dispositius mèdics implantats.Molts dispositius implantats es desactiven quan estan a prop d'un camp magnètic.
Mitjans magnètics:
Els forts camps magnètics dels imants de neodimi poden danyar suports magnètics com ara disquets, targetes de crèdit, targetes d'identificació magnètiques, cintes de casset, cintes de vídeo, danyar televisors antics, VCR, monitors d'ordinador i pantalles CRT.No s'han de col·locar a prop d'aparells electrònics.
GPS i telèfons intel·ligents:
Els camps magnètics interfereixen amb les brúixoles o magnetòmetres i les brúixoles internes dels telèfons intel·ligents i els dispositius GPS.L'Associació de Transport Aeri Internacional i les normes i regulacions federals dels EUA cobreixen l'enviament d'imants.
Al·lèrgia al níquel:
Si teniu al·lèrgia al níquel, el sistema immunitari confon el níquel com un intrús perillós i produeix productes químics per lluitar contra ell.Una reacció al·lèrgica al níquel és envermelliment i una erupció cutània.Les al·lèrgies al níquel són més freqüents en dones i nenes.Aproximadament, el 36 per cent de les dones, menors de 18 anys, tenen al·lèrgia al níquel.La manera d'evitar l'al·lèrgia al níquel és evitar els imants de neodimi recoberts de níquel.
Desmagnetització:
Els imants de neodimi conserven la seva eficàcia fins a 80 ° C o 175 ° F. La temperatura a la qual comencen a perdre la seva eficàcia varia segons el grau, la forma i l'aplicació.
Inflamable:
Els imants de neodimi no s'han de perforar ni mecanitzar.La pols i la pols produïdes per la mòlta són inflamables.
Corrosió:
Els imants de neodimi estan acabats amb algun tipus de recobriment o revestiment per protegir-los dels elements.No són impermeables i s'oxiden o es corroeixen quan es col·loquen en ambients humits o humits.
Normes i normatives per a l'ús d'imants de neodimi
Tot i que els imants de neodimi tenen un camp magnètic fort, són molt fràgils i requereixen un maneig especial.Diverses agències de control industrial han desenvolupat regulacions sobre la manipulació, fabricació i enviament d'imants de neodimi.A continuació es mostra una breu descripció d'algunes de les normatives.
Normes i normatives per a imants de neodimi
Societat Americana d'Enginyers Mecànics:
La Societat Americana d'Enginyers Mecànics (ASME) té estàndards per a dispositius d'elevació per sota del ganxo.La norma B30.20 s'aplica a la instal·lació, inspecció, prova, manteniment i funcionament dels dispositius elevadors, que inclou imants elevadors on l'operador col·loca l'imant sobre la càrrega i guia la càrrega.L'estàndard ASME BTH-1 s'aplica juntament amb ASME B30.20.
Anàlisi de perills i punts crítics de control:
Anàlisi de perills i punts crítics de control (APPCC) és un sistema de gestió de riscos preventiu reconegut internacionalment.Examina la seguretat alimentària davant els perills biològics, químics i físics requerint la identificació i control dels perills en determinats punts del procés de producció.Ofereix certificació per a equips utilitzats en instal·lacions d'alimentació.HACCP ha identificat i certificat certs imants de separació utilitzats en la indústria alimentària.
Departament d'Agricultura dels Estats Units:
L'equip de separació magnètica ha estat aprovat pel Servei de Màrqueting Agrícola del Departament d'Agricultura dels Estats Units com a compatible amb dos programes de processament d'aliments:
- Programa de revisió d'equips làctics
- Programa de revisió d'equips de carn i aus
Les certificacions es basen en dos estàndards o directrius:
- Disseny sanitari i fabricació d'equips de processament de lactis
- Disseny sanitari i fabricació d'equips de processament de carn i aus que compleixen els requisits d'higiene NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014
Restricció d'ús de substàncies perilloses:
Les normatives de restricció d'ús de substàncies perilloses (RoHS) limiten l'ús de retardants de flama de plom, cadmi, bifenil polibromat (PBB), mercuri, crom hexavalent i èter difenílic polibromat (PBDE) en equips electrònics.Com que els imants de neodimi poden ser perillosos, RoHS ha desenvolupat estàndards per al seu maneig i ús.
Organització d'Aviació Civil Internacional:
Es determina que els imants són un bé perillós per als enviaments fora dels Estats Units continentals a destinacions internacionals.Qualsevol material envasat, que s'envia per via aèria, ha de tenir una intensitat de camp magnètic de 0,002 Gauss o més a una distància de set peus de qualsevol punt de la superfície del paquet.
Administració Federal d'Aviació:
Els paquets que contenen imants que s'envien per aire s'han de provar per complir els estàndards establerts.Els paquets d'imants han de mesurar menys de 0,00525 gauss a 15 peus del paquet.Els imants potents i forts han de tenir algun tipus de blindatge.Hi ha nombroses regulacions i requisits que s'han de complir per enviar imants per aire a causa dels possibles perills de seguretat.
Restricció, avaluació, autorització de productes químics:
Restriction, Evaluation, and Authorization of Chemicals (REACH) és una organització internacional que forma part de la Unió Europea.Regula i desenvolupa normes per a materials perillosos.Disposa de diversos documents que especifiquen l'ús, el maneig i la fabricació adequats dels imants.Gran part de la literatura es refereix a l'ús d'imants en dispositius mèdics i components electrònics.
Conclusió
- Els imants de neodimi (Nd-Fe-B), coneguts com a neoimants, són imants de terres rares comuns compostos per neodimi (Nd), ferro (Fe), bor (B) i metalls de transició.
- Els dos processos utilitzats per fabricar imants de neodimi són la sinterització i l'enllaç.
- Els imants de neodimi s'han convertit en els més utilitzats de les moltes varietats d'imants.
- El camp magnètic d'un imant de neodimi es produeix quan se li aplica un camp magnètic i s'alineen els dipols atòmics, que és el bucle d'histèresi magnètica.
- Els imants de neodimi es poden produir en qualsevol mida, però conserven la seva força magnètica inicial.
Hora de publicació: 11-jul-2022