Ímã de Neodímio - SDM Magnetics

Em 1984, Sagawa e Croat descobriram de forma independente o ímã de Neodímio quase ao mesmo tempo. A fase principal do ímã de Neodímio é o Nd₂Fe₁₄B e os produtos de energia máxima alcançaram 280kJ/m³ na época. O desenvolvimento bem-sucedido dos ímãs de Neodímio anunciou o nascimento dos ímãs permanentes de terra rara de terceira geração. Os Ímãs de Neodímio são também conhecidos como ímãs de Neodímio-ferro-boro porque são compostos principalmente de Neodímio, Ferro e Boro. O ímã de Neodímio pode ser classificado como ímã sinterizado, ímã aglomerado e ímã prensado a quente de acordo com o processo de fabricação detalhado. Os ímãs de Neodímio sinterizados seguem oferecendo a maior potência magnética da atualidade e tem sido amplamente utilizados em inúmeros tipos de aplicações, como motores permanentes de alto desempenho, motores DC sem escova, separadores magnéticos, ressonância magnética, sensores, alto-falantes, eletrônicos de consumo e energia verde.

Categorias de forma do ímã de neodímio

Anel de neodímio

Barra de neodímio

Bloco de neodímio

Cilindro de neodímio

Disco de neodímio

Esfera de neodímio

Imã de neodimio com furo escareado

Segmento de neodímio

Processo de fabricação do ímã de neodímio

Introdução do processo de fabricação

Os ímãs de Neodímio são preparados pelo derretimento de matérias-primas sob vácuo ou em uma atmosfera de gás inerte em um forno de fusão por indução e processados na máquina de fundição e, assim, resfriados para formar tira de liga. As tiras são esmagadas e pulverizadas para formar um pó fino com um tamanho de partícula entre 3 e 7 mícrons. Posteriormente, o pó é compactado em um campo de alinhamento e sinterizado em corpos densos. Os espaços em branco são então usinados para as formas específicas, tratados pela superfície e magnetizados.

Etapas do processo do ímã de neodímio

Pesagem

Fusão e Fundição de tiras

Decrepitação de hidrogênio

Pulverização a jato

Compactação

Sinterização

Mecanização

Tratamento da superfície

Magnetização

Embalagem e envio

Propriedades magnéticas do ímã de neodímio

Grau do ímã de neodímio

Os graus dos ímãs de Neodímio são geralmente especificados pela letra N + número + letra. A letra N é a abreviação e representa Neodímio. O número a seguir representa o produto máximo de energia do ímã na unidade CGS “Mega-Gauss Oersted” (MOGe). Há uma ou duas letras marcadas na extremidade determinando a coercividade intrínseca e temperatura máxima de trabalho dos ímãs de Neodímio. A coercividade intrínseca de grau M (médio), H (alto), SH (super alto), UH (ultra alto), EH (extremo alto) e AH (anormal alto) são maiores que 14, 17, 20, 25, 30, 35kOe, respectivamente. Então sua temperatura máxima de trabalho pode chegar a 100, 120, 150, 180, 200 e 230 graus Celsius separadamente. Deve-se notar que existem alguns graus sem últimas letras, especialmente as mais conhecidas N35 e N52. A coercividade intrínseca desses graus é superior a 12kOe e a temperatura máxima de trabalho deve ser inferior a 80 graus Celsius.

Gráfico de propriedades magnéticas do ímã de neodímio

Grau	Remanência Br		Coercividade Hcb		Coercividade intrínseca Hcj		Produtos de energia máxima (BH)max		Temperatura máxima de trabalho
Grau	T	kGs	kA/m	kOe	kA/m	kOe	kJ/m³	MGOe	℃
N30	1.08-1.13	10.8-11.3	≥798	≥10.0	≥955	≥12	223-247	28-31	80
N33	1.13-1.17	11.3-11.7	≥836	≥10.5	≥955	≥12	247-271	31-34	80
N35	1.17-1.22	11.7-12.2	≥868	≥10.9	≥955	≥12	263-287	33-36	80
N38	1.22-1.25	12.2-12.5	≥899	≥11.3	≥955	≥12	287-310	36-39	80
N40	1.25-1.28	12.5-12.8	≥907	≥11.4	≥955	≥12	302-326	38-41	80
N42	1.28-1.32	12.8-13.2	≥915	≥11.5	≥955	≥12	318-342	40-43	80
N45	1.32-1.38	13.2-13.8	≥923	≥11.6	≥955	≥12	342-366	43-46	80
N48	1.38-1.42	13.8-14.2	≥923	≥11.6	≥955	≥12	366-390	46-49	80
N50	1.40-1.45	14.0-14.5	≥796	≥10.0	≥876	≥11	382-406	48-51	80
N52	1.43-1.48	14.3-14.8	≥796	≥10.0	≥876	≥11	398-422	50-53	80
N55	1.46-1.52	14.6-15.2	≥796	≥10.0	≥876	≥11	414-430	52-54	80
N35M	1.17-1.22	11.7-12.2	≥868	≥10.9	≥1114	≥14	263-287	33-36	100
N38M	1.22-1.25	12.2-12.5	≥899	≥11.3	≥1114	≥14	287-310	36-39	100
N40M	1.25-1.28	12.5-12.8	≥923	≥11.6	≥1114	≥14	302-326	38-41	100
N42M	1.28-1.32	12.8-13.2	≥955	≥12.0	≥1114	≥14	318-342	40-43	100
N45M	1.32-1.38	13.2-13.8	≥995	≥12.5	≥1114	≥14	342-366	43-46	100
N48M	1.37-1.43	13.7-14.3	≥1027	≥12.9	≥1114	≥14	366-390	46-49	100
N50M	1.40-1.45	14.0-14.5	≥1033	≥13.0	≥1114	≥14	382-406	48-51	100
N52M	1.43-1.48	14.3-14.8	≥1050	≥13.2	≥1114	≥14	398-422	50-53	100
N54M	1.45-1.50	14.5-15.0	≥1051	≥13.2	≥1114	≥14	414-438	52-55	100
N35H	1.17-1.22	11.7-12.2	≥868	≥10.9	≥1353	≥17	263-287	33-36	120
N38H	1.22-1.25	12.2-12.5	≥899	≥11.3	≥1353	≥17	287-310	36-39	120
N40H	1.25-1.28	12.5-12.8	≥923	≥11.6	≥1353	≥17	302-326	38-41	120
N42H	1.28-1.32	12.8-13.2	≥955	≥12.0	≥1353	≥17	318-342	40-43	120
N45H	1.32-1.36	13.2-13.6	≥963	≥12.1	≥1353	≥17	342-366	43-46	120
N48H	1.37-1.43	13.7-14.3	≥995	≥12.5	≥1353	≥17	366-390	46-49	120
N50H	1.40-1.45	14.0-14.5	≥1011	≥12.7	≥1353	≥17	382-406	48-51	120
N52H	1.43-1.48	14.3-14.8	≥1027	≥12.9	≥1353	≥17	398-422	50-53	120
N35SH	1.17-1.22	11.7-12.2	≥876	≥11.0	≥1592	≥20	263-287	33-36	150
N38SH	1.22-1.25	12.2-12.5	≥907	≥11.4	≥1592	≥20	287-310	36-39	150
N40SH	1.25-1.28	12.5-12.8	≥939	≥11.8	≥1592	≥20	302-326	38-41	150
N42SH	1.28-1.32	12.8-13.2	≥987	≥12.4	≥1592	≥20	318-342	40-43	150
N45SH	1.32-1.38	13.2-13.8	≥1003	≥12.6	≥1592	≥20	342-366	43-46	150
N48SH	1.37-1.43	13.7-14.3	≥1027	≥12.9	≥1592	≥20	366-390	46-49	150
N50SH	1.40-1.45	14.0-14.5	≥1003	≥12.6	≥1592	≥20	382-406	48-51	150
N28UH	1.04-1.08	10.4-10.8	≥764	≥9.6	≥1990	≥25	207-231	26-29	180
N30UH	1.08-1.13	10.8-11.3	≥812	≥10.2	≥1990	≥25	223-247	28-31	180
N33UH	1.13-1.17	11.3-11.7	≥852	≥10.7	≥1990	≥25	247-271	31-34	180
N35UH	1.17-1.22	11.7-12.2	≥860	≥10.8	≥1990	≥25	263-287	33-36	180
N38UH	1.22-1.25	12.2-12.5	≥876	≥11.0	≥1990	≥25	287-310	36-39	180
N40UH	1.25-1.28	12.5-12.8	≥899	≥11.3	≥1990	≥25	302-326	38-41	180
N42UH	1.28-1.32	12.8-13.2	≥899	≥11.3	≥1990	≥25	318-342	40-43	180
N45UH	1.32-1.36	13.2-13.6	≥908	≥11.4	≥1990	≥25	342-366	43-46	180
N48UH	1.37-1.43	13.7-14.3	≥908	≥11.4	≥1990	≥25	366-390	46-49	180
N28EH	1.04-1.08	10.4-10.8	≥780	≥9.8	≥2388	≥30	207-231	26-29	200
N30EH	1.08-1.13	10.8-11.3	≥812	≥10.2	≥2388	≥30	223-247	28-31	200
N33EH	1.13-1.17	11.3-11.7	≥836	≥10.5	≥2388	≥30	247-271	31-34	200
N35EH	1.17-1.22	11.7-12.2	≥876	≥11.0	≥2388	≥30	263-287	33-36	200
N38EH	1.22-1.25	12.2-12.5	≥899	≥11.3	≥2388	≥30	287-310	36-39	200
N40EH	1.25-1.28	12.5-12.8	≥899	≥11.3	≥2388	≥30	302-326	38-41	200
N42EH	1.28-1.32	12.8-13.2	≥899	≥11.3	≥2388	≥30	318-342	40-43	200
N45EH	1.32-1.36	13.2-13.6	≥899	≥11.3	≥2388	≥30	342-366	43-46	200
N28AH	1.04-1.08	10.4-10.8	≥787	≥9.9	≥2786	≥35	207-231	26-29	230
N30AH	1.08-1.13	10.8-11.3	≥819	≥10.3	≥2786	≥35	223-247	28-31	230
N33AH	1.13-1.17	11.3-11.7	≥843	≥10.6	≥2786	≥35	247-271	31-34	230
N35AH	1.17-1.22	11.7-12.2	≥876	≥11.0	≥2786	≥35	263-287	33-36	230
N38AH	1.22-1.25	12.2-12.5	≥899	≥11.3	≥2786	≥35	287-310	36-39	230
Os dados acima mencionados de propriedades magnéticas são dados à temperatura ambiente. A temperatura máxima de trabalho do ímã é mutável devido à relação comprimento-diâmetro, espessura do revestimento e outros fatores ambientais.

Outras propriedades magnéticas do ímã de neodímio

Parâmetros	Unidade	Faixa de referência
Coeficiente de temperatura de remanência / α(Br)	%/℃	-0.08 ~ -0.13
Coeficiente de temperatura coercividade intrínseca / β(Hcj)	%/℃	-0.35 ~ -0.80
Temperatura de Curie / T_c	℃	310-380
Permeabilidade de recuo / μ_rec	–	1.05

Propriedades físicas do ímã de neodímio

Introdução das propriedades físicas

Além das propriedades magnéticas permanentes e resistência à corrosão, a estabilidade de trabalho dos ímãs de Neodímio está fortemente ligada às suas próprias propriedades físicas. Além da densidade e dureza regulares, as propriedades físicas dos ímãs de Neodímio também cobrem propriedades mecânicas, propriedades elétricas e propriedades térmicas. As propriedades mecânicas são medidas principalmente por esforço de compressão, resistência à tração e resistência à flexão. Essas três métricas têm uma influência considerável na maquinabilidade e no desempenho a longo prazo dos ímãs de Neodímio. As propriedades elétricas do material metálico são medidas por resistividade elétrica. O ímã de Neodímio possui resistência elétrica relativamente menor e vulnerável à perda de corrente parasita quando aplicado a máquinas rotativas. As propriedades térmicas dos ímãs de Neodímio são geralmente caracterizadas pelo coeficiente de expansão térmica. A expansão térmica dos ímãs de Neodímio certamente causará uma mudança de dimensão, então os ímãs no dispositivo magnético gerarão alguma tensão devido a tal mudança de dimensão se a diferença na expansão entre os ímãs e o material de montagem for relativamente grande e, portanto, tal tensão levará a danos mecânicos e deterioração do desempenho magnético.

Gráfico de propriedades físicas do ímã de neodímio

Itens	Parâmetros	Unidade	Faixa de referência
Propriedades físicas regulares	Densidade / ρ	g/cm³	7.40-7.80
Propriedades físicas regulares	Dureza Vickers / HV	–	550-650
Propriedades elétricas	Resistividade elétrica	μΩ·m	1.4
Propriedades Mecânicas	Esforço de compressão	MPa	1050
	Resistência à tração	MPa	80
	Resistência à flexão	MPa	290
Propriedades Térmicas	Condutividade térmica	W/(m·K)	6-8
Propriedades Térmicas	Coeficiente de expansão térmica	10^-6/K	C⊥: -1.5, C∥: 6.5.

Tratamento superficial do ímã de neodímio

Introdução do tratamento de superfície

O ímã de Samário Cobalto tendo o Cobalto como o componente principal tem estabilidade química superior, portanto, o ímã de Samário Cobalto é qualificado para a maioria das aplicações sem qualquer tratamento de superfície. O tratamento protetor de superfície é o procedimento necessário para os ímãs de Neodímio, especialmente ímãs de Neodímio sinterizado. A fase rica em Nd tem uma forte tendência à oxidação e constituirá a bateria primária com a fase principal Nd₂Fe₁₄B em condições úmidas. Posteriormente, a fase rica em Nd é corroída, e partícula de fase principal descascada do corpo do ímã gradualmente. O tratamento protetor de superfície do ímã de Neodímio é classificado principalmente em processo úmido e processo seco. O processo úmido frequentemente utilizado inclui eletroplaca, revestimento eletrolítico, eletroforese, revestimento de pulverização e revestimento de imersão. O processo seco geralmente contém deposição de vapor físico (PVD) e deposição de vapor químico (CVD).

Classificações de tratamento de superfície do ímã de neodímio

Revestimento	Espessura (μm)	Cor	SST (H)	PCT (H)	Características
BW-Zn	4-15	Azul brilhante	≥24	–	Em segundo lugar, comumente usado revestimento de camada única. Pobre resistência à corrosão.
Cor-Zn	4-15	Cor brilhante	≥48	–	A resistência à corrosão é melhor que a BW-Zn.
Ni-Cu-Ni	5-20	Prata brilhante	≥48	≥48	O revestimento multicamadas mais usado regularmente. Excelente umidade e à umidade e spray de sal.
Ni sem eletrolítico	5-20	Prata escura	≥72	≥48	Excelente umidade e resistência ao spray de sal com aparência uniforme.
Ni-Cu-Ni-Au	5-20	Dourado	≥72	≥96	Excelente condutividade elétrica e desempenho decorativo.
Ni-Cu-Ni-Ag	5-20	Prata	≥72	≥96	Excelente condutividade elétrica e desempenho decorativo.
Ni-Cu-Ni-Sn	5-20	Prata	≥72	≥96	Excelente resistência à umidade.
Fosfato	1-3	Cinza escuro	–	–	Proteção temporária.
Alumínio	2-15	Prata brilhante	≥24	≥24	Revestimento perceptível.
Resina epóxi	10-30	Preto/Cinza	≥72	≥72	Excelente umidade e à umidade e spray de sal. Força de ligação superior.
Parileno	5-20	Incolor	≥96	–	Excelente resistência à umidade, spray de sal, vapores corrosivos e solventes. Livre de poros.
Everlube	10-15	Amarelo dourado	≥120	≥72	Excelente resistência à umidade.
Teflon	8-15	Preto	≥24	≥24	Alta temperatura e resistência a esfregamento. Autolubrificante e 100% impermeável.
Nota: a capacidade anticorrosão do revestimento também é influenciada pela forma e tamanho dos ímãs.

Direção de magnetização do ímã de neodímio

Introdução do processo de magnetização

O processo de magnetização refere-se à aplicação de um campo magnético ao longo da direção específica dos ímãs permanentes, e, em seguida, gradualmente aumentando a força do campo magnéticoou a fim de saturar os ímãs. Normalmente, ímãs permanentes devem ser magnetizados antes de serem enviados para aplicações pretendidas. Diferentes ímãs permanentes requerem uma força de campo magnético diferente para alcançar a saturação técnica. Sendo um tipo de ímãs anisotrópicos, ímãs de Neodímio têm uma direção preferida de magnetização e várias configurações de polo podem ser realizadas desde que não entrem em conflito com a orientação do ímã.

Padrões de magnetização do ímã de neodímio

Magnetização axial

Magnetização axial multipolar

Magnetização diametral

Magnetização diametral multipolar

Magnetização tendenciosa

Magnetização radial

Tendência de preço da matéria-prima do ímã de neodímio

O custo da matéria-prima ocupa a maior proporção em todo o custo do ímã. Como principal matéria-prima, o conteúdo de PrNd, ou seja, Praseodymium Neodymium mischmetal, em ímãs de Neodímio é de cerca de 30 % c/w. Flutuações na tendência de preços da PrNd exercem a influência mais direta na tendência de preços dos ímãs de Neodímio. Os elementos pesados da terra rara (HREE), dissprosium (Dy) e terbium (Tb) são tipicamente usados na forma de liga de DyFe e Tb metálica. Tanto Dy quanto Tb podem melhorar significativamente a coercividade intrínseca do Hcj dos ímãs de Neodímio, mas o custo aumenta consideravelmente ao mesmo tempo. Por isso, soluções livres de disprósio e sem terbium, como a tecnologia de difusão de limites de grãos, foram introduzidas para reduzir o uso de elementos pesados de terras raras.