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Imanes de neodimio: Características especiales, producción y usos
Los imanes de neodimio son los imanes permanentes más potentes que existen y pueden producir campos magnéticos muy intensos en los espacios más reducidos. Esta propiedad les permite integrarse en una variedad de dispositivos y aplicaciones incluso cuando el espacio es limitado.
En este artículo se explica por qué los imanes de neodimio son tan potentes, qué aplicaciones tienen, cómo se fabrican y qué hay que tener en cuenta al utilizarlos.
¿Qué es el neodimio?
El neodimio es un elemento químico que pertenece al grupo de los lantanoides. Es un metal de tierras raras y en su forma natural se encuentra solo en compuestos químicos y en presencia de otros lantanoides, especialmente en los minerales monacita y bastneasito. El neodimio es relativamente común en la corteza terrestre, pero la concentración de este elemento suele ser tan baja que no es posible su extracción económica. Por lo tanto, a menudo se obtiene como subproducto cuando se extraen minerales más concentrados. Con más del 90 % de la producción anual mundial de neodimio, China es, con diferencia, el proveedor más importante de este metal (2023).
El neodimio es un metal muy reactivo y se oxida en el aire. Por sí mismo tiene una fuerza magnética relativamente débil, pero obtiene una capacidad de magnetización muy alta cuando se combina con hierro y boro.
¿Qué es un imán de neodimio?
Los imanes de neodimio son una aleación de boro y hierro neodimio, también abreviado como NdFeB. Estos compuestos se caracterizan por su fuerte fuerza magnética y actualmente son el material disponible con la mayor fuerza magnética. A veces se añaden elementos adicionales a la aleación para afectar las propiedades del imán posterior. La fuerza magnética de los imanes de neodimio respectivos depende en gran medida de su calidad y composición. MISUMI suele diferenciar entre imanes de neodimio potentes, imanes de neodimio e imanes de neodimio resistentes al calor. Para los distintos imanes y tipos de imanes que se ofrecen en nuestro taller, puede encontrar la densidad de flujo de superficie magnética respectiva en gauss (G) o Tesla y su fuerza de atracción del imán en N en forma de tabla claramente estructurada.
Producción de imanes de neodimio
Los imanes de neodimio se producen mediante la aleación de neodimio, hierro y boro, a la vez que se controla cuidadosamente la composición exacta. La producción se divide, por ejemplo, en los siguientes pasos:
| Paso | Descripción |
|---|---|
| Selección de material | En la primera etapa, los materiales necesarios de boro, hierro y neodimio y posiblemente otros componentes de aleación se funden por separado y se forman en barras redondas. |
| Aleación | Los metales para la aleación se seleccionan y licúan en un horno de fundición. El proceso de fusión hace que los átomos se mezclen a nivel atómico. La mezcla se lleva a cabo removiendo o vertiendo, por ejemplo. Los átomos de los diversos metales se combinan para formar una aleación homogénea. Cada imán de neodimio tiene una composición diferente, por ejemplo, Nd2Fe14B. |
| Fundición en banda | Durante la fundición en banda, los materiales se colocan en una gran máquina de fundición a presión. En esta máquina, la aleación caliente de hasta 1450 °C se funde en un horno de inducción al vacío, se conduce bajo presión a un tambor de refrigeración y se enfría allí con extrema rapidez. El rápido enfriamiento crea pequeñas plaquetas, que constituyen la base de los pasos posteriores de procesamiento. |
| Decrepitación por hidrógeno (fragilización) | A continuación, el material se somete a un tratamiento con hidrógeno. La infusión de hidrógeno provoca la fragilización y una mayor reducción de la aleación bajo la influencia de la atmósfera de hidrógeno. Esto facilita el procesamiento del material durante el proceso de fresado. |
| Proceso de fresado | A continuación, la mezcla se tritura en atmósfera protectora hasta obtener un polvo muy fino y homogéneo y se envía al dispositivo de prensado. |
| Proceso de moldeo | El proceso de moldeo prensa el polvo en la forma inicial aproximada (por ejemplo, bloque, cilindro). Se debe tener cuidado para asegurarse de que el oxígeno no vuelva a mezclarse._x000D_ En esta etapa, se aplica un fuerte campo magnético para la primera alineación de las partículas en la dirección del campo magnético deseado posteriormente._x000D_ En otro proceso de prensado, el material se compacta aún más y se crean las formas finales a una presión de hasta 1.000 bares. A continuación, una prensa de aceite comprime las formas hasta 1600 bares._x000D_ Existen los siguientes métodos de prensado:_x000D_ Axial: El material se encuentra en una cavidad de la herramienta, donde se comprime mediante punzones penetrantes. El campo de alineación magnética se aplica antes de la compresión, en paralelo a la dirección de compresión. Durante la compresión cruzada, el campo de alineación discurre perpendicular a la dirección de compresión._x000D_ Isostática: El campo de alineación se aplica en un recipiente flexible lleno de polvo. A continuación, el recipiente se inserta en la prensa isostática, donde se aplica presión desde el exterior, por ejemplo, mediante agua. Como resultado, el material se compacta uniformemente en todos los lados._x000D_ |
| Sinterización | Durante la sinterización, las piezas en bruto se introducen en un horno y se sinterizan durante varias horas a temperaturas de 250 °C - 900 °C. Este proceso puede durar unas 20 horas para los imanes de grado N35 y hasta 36 horas para los de grado N52._x000D_ Durante la sinterización se pierde casi toda la fuerza magnética, pero se mantiene la alineación._x000D_ El enfriamiento rápido después del sinterizado evita la formación de fases no deseadas y reduce la tensión en el material mediante el templado. |
| Proceso de moldeo | Tras la sinterización, las piezas en bruto adquieren su forma definitiva. Por ejemplo, los cilindros se rectifican hasta que tienen el diámetro deseado. Los bloques se colocan en la forma correcta sobre ruedas abrasivas y la superficie se rectifica hasta conseguir un acabado liso._x000D_ Los bloques son muy duros y se necesitan herramientas especiales para mecanizarlos. Las virutas y el polvo también deben enfriarse con líquido refrigerante para evitar la ignición espontánea._x000D_ Los imanes se pueden producir en una variedad de variantes:_x000D_ Imán de neodimio con orificio_x000D_ Imán de neodimio engomado_x000D_ Imanes rectangulares, redondos y cilíndricos_x000D_ Imanes de neodimio autoadhesivos_x000D_ Imanes de neodimio grandes y pequeños_x000D_ |
| Recubrimiento | A continuación se procede al recubrimiento, que protegerá el imán contra futuras oxidaciones. El revestimiento puede ser, por ejemplo, de níquel o epoxi y confiere al imán su aspecto típico. |
| Magnetización | El imán finalmente se magnetiza en el último paso. En este punto, no quedan propiedades magnéticas debido al tratamiento térmico. Para la magnetización, el imán de neodimio se expone a un campo magnético extremadamente fuerte y alineado a propósito. |
Después de la magnetización, los imanes están listos para su uso:
Propiedades de los imanes de neodimio
Los imanes de neodimio tienen una serie de propiedades beneficiosas:
- Fuerza magnética alta: Los imanes de neodimio son extremadamente fuertes.
- Tamaño compacto: En comparación con otros imanes, se pueden fabricar para que sean muy ligeros y compactos debido a su gran fuerza magnética.
- Miniaturización: Su reducido tamaño con la misma fuerza magnética influye en los dispositivos en los que están instalados. Como resultado, la electrónica y otros dispositivos pueden construirse mucho más pequeños.
- Conversión energética eficiente: Se utilizan, por ejemplo, en turbinas eólicas donde aumentan la eficiencia de los motores eléctricos debido a su mayor fuerza magnética y la capacidad de reducir la masa inercial, contribuyendo así a la producción de energía limpia.
- Durabilidad: Los imanes de neodimio conservan sus propiedades magnéticas durante mucho tiempo.
Sin embargo, también son frágiles, lo que los hace susceptibles a la fragmentación. La sinterización hace que sean muy difíciles de mecanizar. Los imanes de neodimio son sensibles a los golpes y son susceptibles a la corrosión sin recubrimiento. También debe prestarse atención a los campos magnéticos extraños cuando se utilicen. Los campos magnéticos extraños, de orientación diferente, pueden provocar la pérdida parcial o total de las propiedades magnéticas de los imanes de neodimio.
Instrucciones de uso
Se aplican las siguientes precauciones al instalar imanes:
- Son muy frágiles, es decir, no hay más opciones de mecanizado disponibles.
- El imán es sensible a los golpes y debe instalarse con cuidado.
- La radiación magnética puede tener un efecto negativo en los siguientes elementos: dispositivos eléctricos como teléfonos móviles, ordenadores, relojes y dispositivos médicos como marcapasos.
- A temperaturas superiores a la temperatura máxima de funcionamiento, la fuerza magnética puede disminuir.
- Los golpes graves o los cambios en los imanes pueden reducir la fuerza magnética. Se debe mantener una distancia de 0,1 ~ 0,3 mm del cuerpo de la base para evitar el impacto directo de choque en los imanes.
Instrucciones de instalación de los imanes de neodimio
- 1: Pieza de trabajo
- 2: Carcasa
- 3: Imán de neodimio
Por lo tanto, debe planificarse cuidadosamente con antelación en qué entorno se utiliza el imán de neodimio y qué grupos de personas pueden trabajar cerca de este.
Los siguientes rangos de temperatura se consideran como referencia para los diversos imanes:
Rangos de temperatura de diferentes composiciones magnéticas
- 1: Versión de alta resistencia, imán de neodimio
- 2: Imán de neodimio
- 3: Imán de neodimio resistente al calor
- 4: Imán de cobalto de samario
- 5: Imán de ferrita
- 6: Imán AlNiCo (AlNiCo)
Mantenimiento del imán de neodimio
El mantenimiento y cuidado de los imanes de neodimio es importante para maximizar su vida útil y garantizar que conservan sus propiedades magnéticas. Las siguientes medidas prolongan la vida útil de los imanes de neodimio:
- Protección contra choques y tensión mecánica: Debido a su estructura quebradiza, los imanes de neodimio pueden romperse fácilmente. Evite someterlos a impactos duros o dejarlos caer.
- Protección contra la corrosión: La corrosión puede hacer que el rendimiento de los imanes de neodimio se degrade. Esto puede evitarse mediante un recubrimiento adecuado. También deben almacenarse en un lugar seco.
- Protección contra temperaturas excesivas: Las altas temperaturas pueden provocar la pérdida de propiedades magnéticas. Por lo tanto, siempre deben observarse los límites de temperatura. Deben almacenarse en un lugar fresco.
- Desmagnetización: Los imanes de neodimio pueden desmagnetizarse cerca de otros campos magnéticos potentes. Por lo tanto, deben utilizarse o almacenarse fuera del rango de dichos campos magnéticos.
Uso de imanes de neodimio
Los imanes de neodimio se utilizan, por ejemplo, en rotores de imanes permanentes (p. ej., motores paso a paso y servomotores) o motores lineales para ejes de posicionamiento, como en aplicaciones CNC. A continuación se explican con más detalle algunos ejemplos.
Imanes de neodimio en motores lineales
Los imanes de neodimio se utilizan, por ejemplo, en rotores de motores lineales. En estos rotores producen un campo magnético extremadamente fuerte. Por el contrario, se genera un campo magnético en el estátor por corriente eléctrica (bobinas). El rotor se mueve ahora a lo largo de la línea inducida por la interacción entre los dos campos magnéticos. Dependiendo del diseño del motor lineal, los imanes permanentes también se pueden colocar en el estátor y el rotor se puede equipar con bobinas. Este principio se utiliza generalmente en muchos motores o incluso generadores. También puede encontrar una selección de motores en nuestra tienda de MISUMI.
Imanes de neodimio en acoplamientos y frenos
Por ejemplo, un campo magnético transfiere el par sin contacto mecánico directo entre las piezas giratorias y estacionarias. Los frenos y acoplamientos magnéticos constan de un rotor y un estátor. También en este caso, el rotor está equipado con un imán de neodimio. La interacción magnética entre los campos magnéticos del rotor y el estátor provoca entonces diferentes reacciones: en un acoplamiento, el rotor se conecta al estátor, en un freno, el rotor presiona contra el estátor.
MISUMI le permite elegir entre una amplia gama de imanes de neodimio y otros imanes.
