Um ímã de neodímio (Nd-Fe-B)é um ímã comum de terras raras composto de neodímio (Nd), ferro (Fe), boro (B) e metais de transição.Eles têm desempenho superior em aplicações devido ao seu forte campo magnético, que é de 1,4 teslas (T), uma unidade de indução magnética ou densidade de fluxo.
Os ímãs de neodímio são categorizados pela forma como são fabricados, que é sinterizado ou colado.Eles se tornaram os ímãs mais utilizados desde seu desenvolvimento em 1984.
No seu estado natural, o neodímio é ferromagnético e só pode ser magnetizado a temperaturas extremamente baixas.Quando combinado com outros metais, como o ferro, pode ser magnetizado à temperatura ambiente.
As capacidades magnéticas de um ímã de neodímio podem ser vistas na imagem à direita.
Os dois tipos de ímãs de terras raras são neodímio e samário-cobalto.Antes da descoberta dos ímãs de neodímio, os ímãs de samário-cobalto eram os mais comumente usados, mas foram substituídos por ímãs de neodímio devido ao custo de fabricação dos ímãs de samário-cobalto.
Quais são as propriedades de um ímã de neodímio?
A principal característica dos ímãs de neodímio é sua resistência para seu tamanho.O campo magnético de um ímã de neodímio ocorre quando um campo magnético é aplicado a ele e os dipolos atômicos se alinham, que é o loop de histerese magnética.Quando o campo magnético é removido, parte do alinhamento permanece no neodímio magnetizado.
As notas dos ímãs de neodímio indicam sua força magnética.Quanto maior o número da nota, mais forte é o poder do ímã.Os números vêm de suas propriedades expressas como mega gauss Oersteds ou MGOe, que é o ponto mais forte de sua Curva BH.
A escala de classificação "N" começa em N30 e vai até N52, embora os ímãs N52 sejam raramente usados ou apenas em casos especiais.O número “N” pode ser seguido por duas letras, como SH, que indicam a coercividade do ímã (Hc).Quanto maior o Hc, maior a temperatura que o neoímã pode suportar antes de perder sua produção.
A tabela abaixo lista os tipos mais comuns de ímãs de neodímio usados atualmente.
As propriedades dos ímãs de neodímio
Remanência:
Quando o neodímio é colocado em um campo magnético, os dipolos atômicos se alinham.Após ser retirado do campo, uma parte do alinhamento permanece criando neodímio magnetizado.Remanência é a densidade de fluxo que permanece quando o campo externo retorna de um valor de saturação para zero, que é a magnetização residual.Quanto maior a remanência, maior a densidade do fluxo.Os ímãs de neodímio têm uma densidade de fluxo de 1,0 a 1,4 T.
A remanência dos ímãs de neodímio varia dependendo de como são feitos.Os ímãs de neodímio sinterizados têm um T de 1,0 a 1,4.Os ímãs de neodímio colados têm 0,6 a 0,7 T.
Coercividade:
Depois que o neodímio é magnetizado, ele não retorna à magnetização zero.Para voltar à magnetização zero, ele precisa ser rechaçado por um campo na direção oposta, que é chamado de coercividade.Esta propriedade de um ímã é a sua capacidade de suportar a influência de uma força magnética externa sem ser desmagnetizado.Coercividade é a medida da intensidade necessária de um campo magnético para reduzir a magnetização de um ímã de volta a zero ou a resistência de um ímã a ser desmagnetizado.
A coercividade é medida em unidades oersted ou ampere rotuladas como Hc.A coercividade dos ímãs de neodímio depende de como são fabricados.Os ímãs de neodímio sinterizados têm uma coercividade de 750 Hc a 2.000 Hc, enquanto os ímãs de neodímio colados têm uma coercividade de 600 Hc a 1.200 Hc.
Produto Energético:
A densidade da energia magnética é caracterizada pelo valor máximo da densidade do fluxo vezes a intensidade do campo magnético, que é a quantidade de fluxo magnético por unidade de área de superfície.As unidades são medidas em teslas para unidades SI e seu Gauss com o símbolo para densidade de fluxo sendo B. A densidade de fluxo magnético é a soma do campo magnético externo H e da polarização magnética do corpo magnético J em unidades SI.
Os ímãs permanentes possuem um campo B em seu núcleo e arredores.A direção da intensidade do campo B é atribuída aos pontos dentro e fora do ímã.A agulha de uma bússola no campo B de um ímã aponta na direção do campo.
Não existe uma maneira simples de calcular a densidade de fluxo de formas magnéticas.Existem programas de computador que podem fazer o cálculo.Fórmulas simples podem ser usadas para geometrias menos complexas.
A intensidade de um campo magnético é medida em Gauss ou Teslas e é a medida comum da força de um ímã, que é uma medida da densidade de seu campo magnético.Um medidor gauss é usado para medir a densidade de fluxo de um ímã.A densidade de fluxo para um ímã de neodímio é 6.000 Gauss ou menos porque possui uma curva de desmagnetização em linha reta.
Temperatura Curie:
A temperatura curie, ou ponto curie, é a temperatura na qual os materiais magnéticos sofrem uma alteração em suas propriedades magnéticas e se tornam paramagnéticos.Nos metais magnéticos, os átomos magnéticos estão alinhados na mesma direção e reforçam o campo magnético uns dos outros.O aumento da temperatura curie altera a disposição dos átomos.
A coercividade aumenta à medida que a temperatura aumenta.Embora os ímãs de neodímio tenham alta coercividade à temperatura ambiente, ela diminui à medida que a temperatura aumenta até atingir a temperatura curie, que pode ser em torno de 320° C ou 608° F.
Independentemente de quão fortes sejam os ímãs de neodímio, temperaturas extremas podem alterar seus átomos.A exposição prolongada a altas temperaturas pode fazer com que percam completamente suas propriedades magnéticas, que começa em 80° C ou 176° F.
Como são feitos os ímãs de neodímio?
Os dois processos utilizados para fabricar ímãs de neodímio são sinterização e colagem.As propriedades dos ímãs acabados variam dependendo de como são produzidos, sendo a sinterização o melhor dos dois métodos.
Como são feitos os ímãs de neodímio
Sinterização
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Derretendo:
O Neodímio, o Ferro e o Boro são medidos e colocados em um forno de indução a vácuo para formar uma liga.Outros elementos são adicionados para classes específicas, como cobalto, cobre, gadolínio e disprósio para auxiliar na resistência à corrosão.O aquecimento é criado por correntes parasitas elétricas no vácuo para manter os contaminantes afastados.A mistura de neoliga é diferente para cada fabricante e tipo de ímã de neodímio.
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Pó:
A liga derretida é resfriada e transformada em lingotes.Os lingotes são moídos a jato em atmosfera de nitrogênio e argônio para criar um pó do tamanho de um mícron.O pó de neodímio é colocado em uma tremonha para prensagem.
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Pressionando:
O pó é prensado em uma matriz ligeiramente maior que o formato desejado por um processo conhecido como recalque a uma temperatura de cerca de 725°C. O formato maior da matriz permite o encolhimento durante o processo de sinterização.Durante a prensagem, o material é exposto a um campo magnético.Ele é colocado em uma segunda matriz para ser prensado em um formato mais amplo para alinhar a magnetização paralelamente à direção da prensagem.Alguns métodos incluem acessórios para gerar campos magnéticos durante a prensagem para alinhar as partículas.
Antes de o ímã pressionado ser liberado, ele recebe um pulso de desmagnetização para deixá-lo desmagnetizado e criar um ímã verde, que se desintegra facilmente e tem propriedades magnéticas ruins.
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Sinterização:
A sinterização, ou frittage, compacta e forma o ímã verde usando calor abaixo de seu ponto de fusão para dar-lhe suas propriedades magnéticas finais.O processo é cuidadosamente monitorado em uma atmosfera inerte e livre de oxigênio.Os óxidos podem destruir o desempenho de um ímã de neodímio.É comprimido a temperaturas que chegam a 1080° C, mas abaixo do seu ponto de fusão, para forçar as partículas a aderirem umas às outras.
Uma têmpera é aplicada para resfriar rapidamente o ímã e minimizar as fases, que são variantes da liga que possuem propriedades magnéticas pobres.
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Usinagem:
Os ímãs sinterizados são retificados usando ferramentas de corte de diamante ou fio para moldá-los com as tolerâncias corretas.
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Chapeamento e revestimento:
O neodímio oxida rapidamente e é propenso à corrosão, o que pode remover suas propriedades magnéticas.Como proteção, são revestidos com plástico, níquel, cobre, zinco, estanho ou outras formas de revestimento.
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Magnetização:
Embora o ímã tenha uma direção de magnetização, ele não é magnetizado e precisa ser brevemente exposto a um forte campo magnético, que é uma bobina de fio que envolve o ímã.A magnetização envolve capacitores e alta tensão para produzir uma corrente forte.
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Inspeção final:
Os projetores de medição digital verificam as dimensões e a tecnologia de fluorescência de raios X verifica a espessura do revestimento.O revestimento é testado de outras formas para garantir sua qualidade e resistência.A curva BH é testada por um gráfico de histerese para confirmar a ampliação total.
Colagem
A colagem, ou colagem por compressão, é um processo de prensagem que utiliza uma mistura de pó de neodímio e um agente de ligação epóxi.A mistura é composta por 97% de material magnético e 3% de epóxi.
A mistura de epóxi e neodímio é comprimida em prensa ou extrusada e curada em forno.Como a mistura é prensada em uma matriz ou extrusada, os ímãs podem ser moldados em formas e configurações complexas.O processo de ligação por compressão produz ímãs com tolerâncias restritas e não requer operações secundárias.
Os ímãs ligados por compressão são isotrópicos e podem ser magnetizados em qualquer direção, o que inclui configurações multipolares.A ligação epóxi torna os ímãs fortes o suficiente para serem fresados ou torneados, mas não perfurados ou rosqueados.
Radial Sinterizado
Os ímãs de neodímio orientados radialmente são os mais novos no mercado magnético.O processo para produzir ímãs alinhados radialmente é conhecido há muitos anos, mas não era rentável.Desenvolvimentos tecnológicos recentes simplificaram o processo de fabricação, tornando mais fácil a produção de ímãs orientados radialmente.
Os três processos para fabricação de ímãs de neodímio alinhados radialmente são moldagem por pressão anisotrópica, extrusão reversa por prensagem a quente e alinhamento de campo rotativo radial.
O processo de sinterização garante que não haja pontos fracos na estrutura dos ímãs.
A qualidade única dos ímãs alinhados radialmente é a direção do campo magnético, que se estende ao redor do perímetro do ímã.O pólo sul do ímã está no interior do anel, enquanto o pólo norte está na sua circunferência.
Os ímãs de neodímio orientados radialmente são anisotrópicos e são magnetizados de dentro para fora do anel.A magnetização radial aumenta a força magnética dos anéis e pode ser moldada em vários padrões.
Os ímãs radiais de anel de neodímio podem ser usados para motores síncronos, motores de passo e motores CC sem escova para as indústrias automotiva, de informática, eletrônica e de comunicações.
Aplicações de ímãs de neodímio
Transportadores de separação magnética:
Na demonstração abaixo, a correia transportadora é coberta por ímãs de neodímio.Os ímãs são dispostos com pólos alternados voltados para fora, o que lhes confere uma forte fixação magnética.Coisas não atraídas pelos ímãs caem, enquanto o material ferromagnético é jogado em uma caixa coletora.
Unidades de disco rígido:
Os discos rígidos possuem trilhas e setores com células magnéticas.As células são magnetizadas quando os dados são gravados na unidade.
Captadores de guitarra elétrica:
Um captador de guitarra elétrica detecta a vibração das cordas e converte o sinal em uma corrente elétrica fraca para enviar a um amplificador e alto-falante.As guitarras elétricas são diferentes das guitarras acústicas que amplificam seu som na caixa oca sob as cordas.As guitarras elétricas podem ser de metal sólido ou madeira com som amplificado eletronicamente.
Tratamento de água:
Os ímãs de neodímio são usados no tratamento de água para reduzir a incrustação da água dura.A água dura possui alto teor mineral de cálcio e magnésio.Com o tratamento magnético da água, a água passa por um campo magnético para capturar a incrustação.A tecnologia não foi completamente aceita como eficaz.Houve resultados encorajadores.
Interruptores Reed:
Um interruptor reed é um interruptor elétrico operado por um campo magnético.Possuem dois contatos e palhetas metálicas em um envelope de vidro.Os contatos da chave ficam abertos até serem ativados por um ímã.
Os interruptores Reed são usados em sistemas mecânicos como sensores de proximidade em portas e janelas para sistemas de alarme contra roubo e à prova de violação.Em laptops, os interruptores reed colocam o laptop no modo de suspensão quando a tampa é fechada.Os teclados de pedal para órgãos de tubos usam interruptores reed que ficam em uma caixa de vidro para os contatos, para protegê-los contra sujeira, poeira e detritos.
Ímãs de costura:
Os ímãs costurados em neodímio são usados para fechos magnéticos em bolsas, roupas e pastas ou fichários.Os ímãs de costura são vendidos em pares, sendo um ímã a+ e o outro a-.
Ímãs para próteses dentárias:
As dentaduras podem ser mantidas no lugar por ímãs embutidos na mandíbula do paciente.Os ímãs são protegidos da corrosão pela saliva por revestimento de aço inoxidável.Nitreto de titânio cerâmico é aplicado para evitar abrasão e reduzir a exposição ao níquel.
Batentes de porta magnéticos:
Os batentes magnéticos são um batente mecânico que mantém a porta aberta.A porta se abre, toca um ímã e permanece aberta até que a porta seja retirada do ímã.
Fecho de joias:
Os fechos magnéticos para joias vêm com duas metades e são vendidos em pares.As metades possuem um ímã em um invólucro de material não magnético.Um laço de metal na extremidade prende a corrente de uma pulseira ou colar.Os invólucros dos ímãs se encaixam uns nos outros, evitando movimentos laterais ou de cisalhamento entre os ímãs para fornecer uma fixação robusta.
Caixas de som:
Os alto-falantes convertem energia elétrica em energia mecânica ou movimento.A energia mecânica comprime o ar e converte o movimento em energia sonora ou nível de pressão sonora.Uma corrente elétrica, enviada através de uma bobina de fio, cria um campo magnético em um ímã preso ao alto-falante.A bobina de voz é atraída e repelida pelo ímã permanente, o que faz com que o cone ao qual a bobina de voz está fixada se mova para frente e para trás.O movimento dos cones cria ondas de pressão que são ouvidas como som.
Sensores de freio antibloqueio:
Nos freios antibloqueio, os ímãs de neodímio são enrolados dentro de bobinas de cobre nos sensores do freio.Um sistema de freio antibloqueio controla a taxa de aceleração e desaceleração das rodas, regulando a pressão da linha aplicada ao freio.Os sinais de controle, gerados pelo controlador e aplicados à unidade moduladora da pressão do freio, são obtidos dos sensores de velocidade das rodas.
Os dentes do anel do sensor giram além do sensor magnético, o que causa uma inversão da polaridade do campo magnético que envia um sinal de frequência para a velocidade angular do eixo.A diferenciação do sinal é a aceleração das rodas.
Considerações sobre ímãs de neodímio
Sendo os ímãs mais poderosos e fortes do planeta, os ímãs de neodímio podem ter efeitos negativos prejudiciais.É importante que sejam manuseados adequadamente, levando em consideração os danos que podem causar.Abaixo estão as descrições de alguns dos efeitos negativos dos ímãs de neodímio.
Efeitos negativos dos ímãs de neodímio
Lesão corporal:
Os ímãs de neodímio podem saltar juntos e beliscar a pele ou causar ferimentos graves.Eles podem saltar ou bater uns contra os outros de vários centímetros a vários metros de distância.Se um dedo estiver no caminho, ele poderá ser quebrado ou gravemente ferido.Os ímãs de neodímio são mais poderosos que outros tipos de ímãs.A força incrivelmente poderosa entre eles muitas vezes pode ser surpreendente.
Quebra do ímã:
Os ímãs de neodímio são frágeis e podem descascar, lascar, rachar ou quebrar se baterem uns contra os outros, o que faz com que pequenos pedaços de metal afiados voem em grande velocidade.Os ímãs de neodímio são feitos de um material duro e quebradiço.Apesar de serem feitos de metal e terem uma aparência metálica brilhante, eles não são duráveis.Deve-se usar proteção para os olhos ao manuseá-los.
Mantenha longe das crianças:
Os ímãs de neodímio não são brinquedos.As crianças não devem ser autorizadas a manuseá-los.Os pequenos podem representar risco de asfixia.Se vários ímãs forem engolidos, eles se fixam uns aos outros através das paredes do intestino, o que causará graves problemas de saúde, exigindo cirurgia de emergência imediata.
Perigo para marca-passos:
Uma intensidade de campo de dez gauss perto de um marca-passo ou desfibrilador pode interagir com o dispositivo implantado.Os ímãs de neodímio criam campos magnéticos fortes, que podem interferir em marca-passos, CDIs e dispositivos médicos implantados.Muitos dispositivos implantados são desativados quando estão próximos a um campo magnético.
Mídia Magnética:
Os fortes campos magnéticos dos ímãs de neodímio podem danificar mídias magnéticas, como disquetes, cartões de crédito, cartões de identificação magnéticos, fitas cassete, fitas de vídeo, danificar televisores, videocassetes, monitores de computador e monitores CRT mais antigos.Não devem ser colocados perto de aparelhos eletrônicos.
GPS e Smartphones:
Os campos magnéticos interferem em bússolas ou magnetômetros e bússolas internas de smartphones e dispositivos GPS.A Associação Internacional de Transporte Aéreo e as regras e regulamentos federais dos EUA cobrem o envio de ímãs.
Alergia ao níquel:
Se você tem alergia ao níquel, o sistema imunológico confunde o níquel como um intruso perigoso e produz produtos químicos para combatê-lo.Uma reação alérgica ao níquel é vermelhidão e erupção cutânea.As alergias ao níquel são mais comuns em mulheres e meninas.Aproximadamente, 36 por cento das mulheres, com menos de 18 anos, têm alergia ao níquel.A maneira de evitar a alergia ao níquel é evitar ímãs de neodímio revestidos de níquel.
Desmagnetização:
Os ímãs de neodímio mantêm sua eficácia até 80° C ou 175° F. A temperatura em que eles começam a perder sua eficácia varia de acordo com o grau, formato e aplicação.
Inflamável:
Os ímãs de neodímio não devem ser perfurados ou usinados.A poeira e o pó produzidos pela moagem são inflamáveis.
Corrosão:
Os ímãs de neodímio são finalizados com algum tipo de revestimento ou chapeamento para protegê-los das intempéries.Eles não são à prova d'água e enferrujam ou corroem quando colocados em ambientes molhados ou úmidos.
Padrões e regulamentos para uso de ímã de neodímio
Embora os ímãs de neodímio tenham um campo magnético forte, eles são muito frágeis e requerem manuseio especial.Várias agências de monitoramento industrial desenvolveram regulamentações relativas ao manuseio, fabricação e envio de ímãs de neodímio.Uma breve descrição de alguns dos regulamentos está listada abaixo.
Padrões e regulamentos para ímãs de neodímio
Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos:
A Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) possui padrões para dispositivos de elevação abaixo do gancho.A norma B30.20 se aplica à instalação, inspeção, teste, manutenção e operação de dispositivos de elevação, que inclui ímãs de elevação onde o operador posiciona o ímã na carga e guia a carga.O padrão ASME BTH-1 é aplicado em conjunto com ASME B30.20.
Análise de perigos e pontos críticos de controle:
A Análise de Perigos e Pontos Críticos de Controle (HACCP) é um sistema de gestão preventiva de riscos reconhecido internacionalmente.Examina a segurança alimentar contra perigos biológicos, químicos e físicos, exigindo a identificação e o controle de perigos em determinados pontos do processo de produção.Oferece certificação para equipamentos utilizados em instalações alimentícias.A HACCP identificou e certificou determinados ímanes de separação utilizados na indústria alimentar.
Departamento de Agricultura dos Estados Unidos:
O equipamento de separação magnética foi aprovado pelo Serviço de Marketing Agrícola do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos como estando em conformidade para uso com dois programas de processamento de alimentos:
- Programa de revisão de equipamentos de laticínios
- Programa de revisão de equipamentos para carnes e aves
As certificações são baseadas em dois padrões ou diretrizes:
- Projeto Sanitário e Fabricação de Equipamentos de Processamento de Laticínios
- Projeto Sanitário e Fabricação de Equipamentos de Processamento de Carne e Aves que atendem aos Requisitos de Higiene NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014
Restrição de Uso de Substâncias Perigosas:
Os regulamentos de Restrição de Uso de Substâncias Perigosas (RoHS) limitam o uso de retardadores de chama de chumbo, cádmio, bifenil polibromado (PBB), mercúrio, cromo hexavalente e éter difenílico polibromado (PBDE) em equipamentos eletrônicos.Como os ímãs de neodímio podem ser perigosos, a RoHS desenvolveu padrões para seu manuseio e uso.
Organização Internacional da Aviação Civil:
Os ímãs são considerados produtos perigosos para remessas fora dos Estados Unidos continentais para destinos internacionais.Qualquer material embalado, a ser enviado por via aérea, deve ter uma intensidade de campo magnético de 0,002 Gauss ou mais a uma distância de 2,10 metros de qualquer ponto da superfície da embalagem.
Administração da Aviação Federal:
Pacotes contendo ímãs enviados por via aérea devem ser testados para atender aos padrões estabelecidos.Os pacotes magnéticos devem medir menos de 0,00525 gauss a 15 pés do pacote.Ímãs poderosos e fortes precisam ter algum tipo de blindagem.Existem vários regulamentos e requisitos a serem cumpridos para o transporte aéreo de ímãs devido aos riscos potenciais à segurança.
Restrição, Avaliação, Autorização de Produtos Químicos:
Restrição, Avaliação e Autorização de Produtos Químicos (REACH) é uma organização internacional que faz parte da União Europeia.Regula e desenvolve padrões para materiais perigosos.Possui diversos documentos que especificam o uso, manuseio e fabricação adequados de ímãs.Grande parte da literatura refere-se ao uso de ímãs em dispositivos médicos e componentes eletrônicos.
Conclusão
- Os ímãs de neodímio (Nd-Fe-B), conhecidos como neoímãs, são ímãs comuns de terras raras compostos de neodímio (Nd), ferro (Fe), boro (B) e metais de transição.
- Os dois processos utilizados para fabricar ímãs de neodímio são sinterização e colagem.
- Os ímãs de neodímio tornaram-se os mais amplamente utilizados entre as muitas variedades de ímãs.
- O campo magnético de um ímã de neodímio ocorre quando um campo magnético é aplicado a ele e os dipolos atômicos se alinham, que é o loop de histerese magnética.
- Os ímãs de neodímio podem ser produzidos em qualquer tamanho, mas mantêm sua força magnética inicial.
Horário da postagem: 11 de julho de 2022