Attualmente non ci sono notifiche.
Magneti al neodimio: Caratteristiche speciali, produzione e usi
I magneti al neodimio sono i magneti permanenti più resistenti disponibili e possono produrre campi magnetici molto forti negli spazi più piccoli. Questa proprietà consente di integrarli in una varietà di dispositivi e applicazioni, anche quando lo spazio è limitato.
In questo articolo si parla di ciò che rende così forti i magneti al neodimio, quali applicazioni sono disponibili, come vengono realizzati e quali sono gli elementi da valutare quando li si usa.
Che cos’è il neodimio?
Il neodimio è un elemento chimico appartenente al gruppo dei lantanoidi. È un metallo delle terre rare e nella sua forma naturale si trova solo nei composti chimici e in presenza di altri lantanoidi, specialmente nei minerali monazite e bastnaesite. Il neodimio è relativamente comune nella crosta terrestre, ma la concentrazione dell’elemento di solito è talmente bassa che non è possibile una sua estrazione economica. Quindi viene ottenuto spesso come sottoprodotto quando si estraggono minerali più concentrati. Con oltre il 90% della produzione annuale mondiale di neodimio la Cina è di gran lunga il fornitore più importante di questo metallo (2023).
Il neodimio è un metallo molto reattivo e si ossida nell’aria. Di per sé ha una forza magnetica relativamente ridotta, ma ottiene una capacità di magnetizzazione molto elevata quando combinato con ferro e boro.
Cos’è un magnete al neodimio?
I magneti al neodimio sono una lega di boro, ferro e neodimio, abbreviata anche con la sigla NdFeB. Questi composti sono caratterizzati dalla loro forza magnetica elevata e attualmente sono il materiale disponibile con la forza magnetica più elevata. A volte vengono aggiunti altri elementi alla lega per influenzare le proprietà del magnete conseguente. La forza magnetica dei rispettivi magneti al neodimio dipende notevolmente dalla loro qualità e composizione. MISUMI di solito distingue tra magneti al neodimio potenti, magneti al neodimio e magneti al neodimio resistenti al calore. Per i vari magneti e tipi di magneti offerti nel nostro negozio è possibile trovare la rispettiva densità di flusso della superficie magnetica in Gauss (G) o Tesla e la loro forza di attrazione del magnete in N in forma di tabella chiaramente strutturata.
Produzione dei magneti al neodimio
I magneti al neodimio sono prodotti legando neodimio, ferro e boro, controllando attentamente l’esatta composizione. La produzione è suddivisa, ad esempio, nelle fasi seguenti:
| Fase | Descrizione |
|---|---|
| Selezione del materiale | Nella prima fase i materiali richiesti boro, ferro e neodimio e possibilmente altri componenti in lega vengono fusi separatamente e formati in barre tonde. |
| Lega | I metalli per la lega vengono selezionati e liquefatti in un forno fusorio. Il processo di fusione fa sì che gli atomi si mescolino a livello atomico. La miscelazione viene effettuata, ad esempio, mediante agitazione o colata. Gli atomi dei vari metalli si combinano per formare una lega omogenea. Ciascun magnete al neodimio ha una composizione differente, per esempio Nd2Fe14B. |
| Colata delle strisce | Durante la colata delle strisce i materiali vengono collocati in una grande macchina di pressofusione. In questa macchina la lega calda fino a 1450 °C viene fusa in un forno a induzione sotto vuoto, guidata sotto pressione su un fusto di raffreddamento e raffreddata molto rapidamente. Il raffreddamento rapido crea piccole piastrine, che costituiscono la base per fasi di lavorazione ulteriori. |
| Decrepitazione dell’idrogeno (infragilimento) | Il materiale è sottoposto ora a un trattamento a base di idrogeno. L’infusione di idrogeno porta all’infragilimento e alla riduzione ulteriore della lega sotto l’influenza dell’atmosfera di idrogeno. Ciò semplifica la lavorazione del materiale durante il processo di fresatura. |
| Processo di fresatura | Successivamente la miscela viene macinata in un’atmosfera protettiva per ottenere una polvere molto fine e omogenea e inoltrata al dispositivo di stampaggio alla pressa. |
| Processo di stampaggio | Il processo di stampaggio comprime la polvere nella forma iniziale grezza (ad es. blocco, cilindro). Prestare attenzione per assicurarsi che l’ossigeno non si introduca nuovamente._x000D_ In questa fase viene applicato un campo magnetico forte per il primo allineamento delle particelle nella direzione del campo magnetico successivamente desiderato._x000D_ In un processo di stampaggio alla pressa successivo il materiale viene compattato ulteriormente e vengono create le forme finali con una pressione di fino a 1000 bar. Quindi una pressa a olio comprime ulteriormente le forme fino a 1600 bar._x000D_ Esistono i metodi di stampaggio alla pressa seguenti:_x000D_ Assiale: Il materiale si trova in una cavità dello strumento, dove viene compresso mediante la penetrazione dei punzoni. Il campo di allineamento magnetico viene applicato prima della compressione, in parallelo alla direzione di compressione. Durante lo stampaggio alla pressa incrociato il campo di allineamento è perpendicolare alla direzione di compressione._x000D_ Isostatico: Il campo di allineamento viene applicato su un contenitore flessibile pieno di polvere. Successivamente il contenitore viene inserito nella pressa isostatica, dove viene applicata una pressione dall’esterno, per esempio mediante acqua. Di conseguenza il materiale si compatta uniformemente su tutti i lati._x000D_ |
| Sinterizzazione | Durante la sinterizzazione i pezzi grezzi vengono collocati poi in un forno e vengono sinterizzati per diverse ore a temperature comprese tra 250 °C e 900 °C. Questo processo può richiedere circa 20 ore per i magneti di grado N35 e fino a 36 ore per i magneti di grado N52._x000D_ Quasi tutta la forza magnetica viene persa durante la sinterizzazione, ma viene mantenuto l’allineamento._x000D_ Il raffreddamento rapido dopo la sinterizzazione impedisce la formazione di fasi indesiderate e riduce la tensione nel materiale mediante il rinvenimento. |
| Processo di stampaggio | Dopo la sinterizzazione i pezzi grezzi vengono portati nella loro forma finale. Ad esempio, i cilindri vengono rettificati fino a ottenere il diametro desiderato. I blocchi vengono portati nella forma corretta sulle mole per rettifica e la superficie viene rettificata per ottenere una finitura liscia._x000D_ I blocchi sono molto duri e sono necessari strumenti speciali per la lavorazione meccanica. Anche i trucioli e la polvere devono essere raffreddati con un fluido di raffreddamento per evitare l’accensione spontanea._x000D_ I magneti possono essere prodotti in una varietà di varianti:_x000D_ Magnete al neodimio con foro_x000D_ Magnete al neodimio gommato_x000D_ Magneti rettangolari, rotondi, cilindrici_x000D_ Magneti al neodimio autoadesivi_x000D_ Magneti al neodimio piccoli e grandi_x000D_ |
| Rivestimento | Ciò è seguito da un rivestimento, che proteggerà il magnete da un’ossidazione futura. Il rivestimento può essere realizzato, per esempio, in nichel o resina epossidica e conferisce al magnete il suo aspetto tipico. |
| Magnetizzazione | Infine il magnete viene magnetizzato nell’ultima fase. A questo punto non rimangono proprietà magnetiche dovute al trattamento termico. Per la magnetizzazione il magnete al neodimio è esposto a un campo magnetico estremamente forte e intenzionalmente allineato. |
Dopo la magnetizzazione i magneti sono pronti per l’uso:
Proprietà dei magneti al neodimio
I magneti al neodimio hanno una serie di proprietà benefiche:
- Elevata forza magnetica: I magneti al neodimio sono estremamente resistenti.
- Dimensioni compatte: Rispetto ad altri magneti possono essere prodotti in modo da essere molto leggeri e compatti grazie alla loro elevata forza magnetica.
- Miniaturizzazione: Le loro dimensioni ridotte, a parità di forza magnetica, influenzano i dispositivi in cui sono installati. Di conseguenza l’elettronica e altri dispositivi possono essere costruiti molto più piccoli.
- Conversione energetica efficiente: Sono utilizzati, ad esempio, nelle turbine eoliche dove aumentano l’efficienza dei motori elettrici grazie alla loro forza magnetica più elevata e alla capacità di ridurre la massa inerziale, contribuendo così alla produzione di energia pulita.
- Durata: I magneti al neodimio conservano le loro proprietà magnetiche per un lungo periodo di tempo.
Tuttavia sono anche fragili e pertanto suscettibili di frammentazione. La sinterizzazione li rende molto difficili da lavorare. I magneti al neodimio sono sensibili agli urti e sono suscettibili alla corrosione senza rivestimento. È necessario prestare attenzione anche ai campi magnetici estranei quando li si utilizza. I campi magnetici estranei, orientati in modo diverso, possono causare una perdita parziale o totale delle proprietà magnetiche dei magneti al neodimio.
Istruzioni per l’uso
Quando si installano i magneti, si applicano le precauzioni seguenti:
- Sono molto fragili, ovvero non sono possibili ulteriori lavorazioni.
- Il magnete è sensibile agli urti e deve essere installato con cura.
- Le radiazioni magnetiche possono avere un effetto negativo sugli elementi seguenti: dispositivi elettrici come telefoni cellulari, PC, orologi e dispositivi medici come pacemaker.
- A temperature superiori alla temperatura di esercizio massima può diminuire la forza magnetica.
- Urti violenti o modifiche nei magneti possono ridurre la forza magnetica. Mantenere una distanza di 0,1 ~ 0,3 mm dal corpo della base per evitare urti diretti sui magneti.
Istruzioni per l’installazione dei magneti al neodimio
- 1 - pezzo in lavorazione
- 2 - alloggiamento
- 3 - magnete al neodimio
Pertanto è necessario pianificare attentamente in anticipo in quale ambiente viene utilizzato il magnete al neodimio e quali gruppi di persone possono lavorare vicino al magnete al neodimio.
Gli intervalli di temperatura seguenti sono considerati come riferimento per i vari magneti:
Intervalli di temperatura di diverse composizioni di magneti
- 1 - Versione ad alta resistenza - Magnete al neodimio
- 2 - Magnete al neodimio
- 3 - Magnete al neodimio resistente al calore
- 4 - Magnete in samario-cobalto
- 5 - Magnete in ferrite
- 6 - Magnete AlNiCo (AlNiCo)
Manutenzione del magnete al neodimio
La manutenzione e la cura dei magneti al neodimio è importante per massimizzare la loro vita utile e garantire che mantengano le loro proprietà magnetiche. Le misure seguenti prolungano la vita utile dei magneti al neodimio:
- Protezione da urti e stress meccanico: I magneti al neodimio possono rompersi facilmente a causa della loro struttura fragile. Evitare di sottoporli a impatti difficili o di farli cadere.
- Protezione dalla corrosione: La corrosione può causare il deterioramento delle prestazioni dei magneti al neodimio. Ciò può essere impedito con un rivestimento idoneo. Devono anche essere conservati in un luogo asciutto.
- Protezione da temperature eccessive: Temperature elevate possono causare una perdita delle proprietà magnetiche. Quindi i limiti di temperatura devono essere sempre rispettati. Devono essere conservati in un luogo fresco.
- Smagnetizzazione: I magneti al neodimio possono smagnetizzarsi in prossimità di altri campi magnetici forti. Quindi devono essere utilizzati o conservati al di fuori della portata di tali campi magnetici.
Utilizzo dei magneti al neodimio
I magneti al neodimio sono impiegati, per esempio, nei rotori a magneti permanenti (per esempio, motori passo-passo e servomotori) o nei motori lineari per il posizionamento degli assi, come nelle applicazioni CNC. Alcuni esempi sono spiegati più dettagliatamente di seguito.
Magneti al neodimio nei motori lineari
I magneti al neodimio sono impiegati, per esempio, nei rotori a motore lineare. Producono un campo magnetico estremamente forte. Al contrario nello statore un campo magnetico viene generato dalla corrente elettrica (bobine). Il rotore ora si sposta lungo la linea indotta dall’interazione tra i due campi magnetici. A seconda della progettazione del motore lineare i magneti permanenti possono essere posizionati anche sullo statore e il rotore può essere dotato di bobine. Questo principio viene utilizzato generalmente in molti motori o persino generatori. Una selezione di motori è disponibile anche nel nostro negozio MISUMI.
Magneti al neodimio in accoppiamenti e freni
Ad esempio, un campo magnetico trasferisce la coppia senza contatto meccanico diretto tra parti rotanti e stazionarie. I freni e gli accoppiamenti magnetici sono costituiti da un rotore e uno statore. Anche in questo caso il rotore è dotato di un magnete al neodimio. L’interazione magnetica tra i campi magnetici del rotore e dello statore porta quindi a reazioni diverse: in una accoppiamento il rotore è collegato allo statore, in un freno il rotore preme contro lo statore.
MISUMI consente di scegliere tra un’ampia gamma di magneti al neodimio e altri magneti.
