Los imanes permanentes de neodimio hierro boro (Neo) han experimentado una creciente demanda debido a su uso cada vez más extendido en los sectores de energía limpia (energía eólica y automoción) y electrónica de consumo.
Los imanes de neodimio funcionan mejor a bajas temperaturas e incluso se vuelven más fuertes a medida que la temperatura desciende. Sin embargo, en muchas aplicaciones, los imanes permanentes deben funcionar a altas temperaturas. Incluso temperaturas moderadas alrededor de 150°C degradan el rendimiento de los imanes permanentes.
Ahora, investigadores del Critical Materials Institute, un centro de innovación del Departamento de Energía de los Estados Unidos liderado por el Laboratorio Nacional Ames, han desarrollado un nuevo método para fabricar imanes permanentes de alto rendimiento. El nuevo método «Hot-roll Nano Neo Magnet» produce un imán permanente de neodimio de nanoestructura recubierto de acero inoxidable en un proceso simple y comercialmente escalable.
El mayor desafío al crear imanes permanentes es aumentar su resistencia a la desmagnetización a altas temperaturas. Los investigadores explicaron dos formas de abordar este desafío. La primera es agregar disprosio al imán Neo.
Sin embargo, el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) y muchos otros países han catalogado el disprosio como un material crítico, lo que significa que está disponible en cantidades muy limitadas. Otra forma es fabricar imanes con tamaños de grano pequeños comenzando el proceso de fabricación con partículas mucho más pequeñas del material magnético.
Hay dos formas tradicionales de fabricar imanes. Una es producir una gran cantidad de polvo de un tamaño particular, de tres a cinco micrones, ese es típicamente el tamaño. Y esos polvos son extremadamente sensibles al aire. Son tan sensibles que pueden incendiarse, así que debes manipular todo con cuidado.
Jun Cui, científico de Ames Lab.
La segunda forma implica partir de polvos más pequeños, que en lugar de medirse en micrones, se miden en nanómetros. Un cabello humano suele tener un diámetro de 70 micrones, y un micrón equivale a 1.000 nanómetros.
Los polvos de tamaño micrométrico se exponen a un campo magnético para que los polos magnéticos de cada una de las partículas apunten en la misma dirección y luego se comprimen. Después se fusionan en un solo material sólido y completamente denso.
Para un imán Neo que contiene disprosio, el proceso de sinterización implica calentar el material a temperaturas extremadamente altas para densificar el imán. En el enfoque de nanopartículas, el polvo no contiene disprosio pero primero debe compactarse de manera extremadamente firme y luego someterse a dos fases de deformación en caliente para densificar el imán. Cuando se forman, estos imanes aún son sensibles al aire, por lo que pasan por un proceso final de recubrimiento con níquel.
El nuevo método simplifica el proceso. «Simplemente comenzamos con polvos y luego los empaquetamos en un tubo de acero inoxidable. Los empaquetamos muy densamente y luego los enrollamos en caliente«, explicó Cui. «Lo calentamos y luego lo enviamos al laminador y todo el proceso continúa».
Debido a que el tubo de acero inoxidable está completamente sellado, no se requiere un horno de vacío para proteger los materiales del imán del aire. También pueden fabricarse imanes más delgados que mantienen su integridad estructural y propiedades magnéticas. Elimina el proceso de recubrimiento, ya que los materiales permanecen en el revestimiento de acero inoxidable durante todo el proceso. Finalmente, en lugar de un proceso por lotes, «podemos fabricar imanes muy largos de forma continua, que luego se pueden cortar en numerosos imanes más pequeños. De repente, estamos ante una forma completamente nueva de fabricar imanes que es rentable.
Jun Cui
Además, el nuevo proceso es semi-continuo, lo que lo hace más rentable y eficiente en energía en comparación con los procesos por lotes utilizados actualmente en la industria.
Vía www.ameslab.gov
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