Imán de neodimio

Cubos magnéticos de neodimio niquelados

Un imán de neodimio (también conocido como imán NdFeB, NIB o Neo) es el tipo de imán de tierras raras más utilizado. Es un imán permanente hecho de una aleación de neodimio, hierro y boro para formar la estructura cristalina tetragonal Nd2Fe14B. Desarrollados de forma independiente en 1984 por General Motors y Sumitomo Special Metals, los imanes de neodimio son el tipo de imán permanente más fuerte disponible comercialmente.

Los imanes NdFeB se pueden clasificar como sinterizados o unidos, según el proceso de fabricación utilizado. Han reemplazado a otros tipos de imanes en muchas aplicaciones en productos modernos que requieren imanes permanentes fuertes, como motores eléctricos en herramientas inalámbricas, unidades de disco duro y sujetadores magnéticos. .

Explicación de la fuerza.
En su forma pura, el neodimio tiene propiedades magnéticas, específicamente, es antiferromagnético, pero solo a bajas temperaturas, por debajo de 19 K (−254,2 grados; −425,5 grados F). Pero algunos compuestos de neodimio con metales de transición como el hierro son ferromagnéticos, con temperaturas de Curie muy por encima de la temperatura ambiente. Estos se utilizan para hacer imanes de neodimio.

La fuerza de los imanes de neodimio es el resultado de varios factores. El más importante es que la estructura cristalina tetragonal de Nd2Fe14B tiene una anisotropía magnetocristalina uniaxial excepcionalmente alta (HA ≈ 7 T – intensidad del campo magnético H en unidades de A/m frente al momento magnético en A·m2). Esto significa que un cristal del material se magnetiza preferentemente a lo largo de un eje de cristal específico, pero es muy difícil de magnetizar en otras direcciones. Al igual que otros imanes, la aleación de imán de neodimio se compone de granos microcristalinos que se alinean en un campo magnético potente durante la fabricación, por lo que todos sus ejes magnéticos apuntan en la misma dirección. La resistencia de la red cristalina a cambiar su dirección de magnetización le da al compuesto una coercitividad muy alta, o resistencia a la desmagnetización.

El átomo de neodimio puede tener un gran momento dipolar magnético porque tiene 4 electrones desapareados en su estructura electrónica en comparación con (en promedio) 3 en el hierro. En un imán, son los electrones desapareados, alineados de modo que su espín esté en la misma dirección, los que generan el campo magnético. Esto le da al compuesto Nd2Fe14B una magnetización de alta saturación (Js ≈ 1,6 T o 16 kG) y una magnetización remanente de típicamente 1,3 teslas. Por lo tanto, como la máxima densidad de energía es proporcional a Js2, esta fase magnética tiene el potencial de almacenar grandes cantidades de energía magnética (BHmax ≈ 512 kJ/m3 o 64 MG·Oe).

Este valor de energía magnética es aproximadamente 18 veces mayor que los imanes de ferrita "ordinarios" en volumen y 12 veces en masa. Esta propiedad de energía magnética es mayor en las aleaciones de NdFeB que en los imanes de samario cobalto (SmCo), que fueron el primer tipo de imán de tierras raras que se comercializó. En la práctica, las propiedades magnéticas de los imanes de neodimio dependen de la composición de la aleación, la microestructura y la técnica de fabricación empleada.

La estructura cristalina de Nd2Fe14B puede describirse como capas alternas de átomos de hierro y un compuesto de neodimio-boro.[3] Los átomos de boro diamagnéticos no contribuyen directamente al magnetismo, pero mejoran la cohesión mediante fuertes enlaces covalentes. El contenido de tierras raras relativamente bajo (12 por ciento en volumen, 26,7 por ciento en masa) y la abundancia relativa de neodimio y hierro en comparación con el samario y el cobalto hace imanes de neodimio más baratos que los imanes de samario-cobalto.

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