Imanes potentes

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Para formar la estructura cristalina tetragonal Nd2Fe14B, es un imán permanente producido a partir de una aleación de neodimio, hierro y boro.2] Desarrollado independientemente en 1984 por General Motors y Sumitomo Special Metals,3]4]5] Los imanes de neodimio son el tipo de imán permanente más fuerte disponible en el mercado.2]6] Debido a los diferentes métodos de fabricación, se dividen en dos subcategorías, a saber,
El compuesto Nd2Fe14B fue descubierto independientemente por General Motors (GM) y Sumitomo Special Metals casi simultáneamente en 1984.3] El descubrimiento fue motivado inicialmente por el alto costo de los imanes permanentes de SmCo para las materias primas, que se habían producido previamente. GM se concentró en el desarrollo de imanes nanocristalinos de Nd2Fe14B de hilado de fusión, mientras que Sumitomo desarrolló imanes de densidad completa sinterizados de Nd2Fe14B. Al formar Magnequench en 1986, GM comercializó sus desarrollos de polvo isotrópico Neo, neoimanes aglomerados, y los procesos de fabricación asociados (desde entonces Magnequench ha pasado a formar parte de Neo Materials Technology, Inc. que más tarde se fusionó con Molycorp). La empresa suministró a los fabricantes de imanes enlazados con polvo Nd2Fe14B hilado por fusión. La planta de Sumitomo pasó a formar parte del Grupo Hitachi, fabricando imanes de Nd2Fe14B sinterizados, pero también concediendo licencias a otras empresas. Más de 600 patentes que cubren los imanes de neodimio han sido mantenidas por Hitachi .9]

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Los imanes sólidos permanentes hechos de aleaciones de elementos de tierras raras son imanes de tierras raras. Los imanes de tierras raras, creados en los años 70 y 80, son el tipo más fuerte de imanes permanentes producidos, generando campos magnéticos mucho mayores que otros tipos, como los imanes de ferrita o álico. El campo magnético que suelen producir los imanes de tierras raras puede superar los 1,4 teslas, mientras que los campos de 0,5 a 1 tesla suelen ser exhibidos por los imanes de ferrita o cerámica.
Hay dos tipos: imanes para el neodimio e imanes para el samario-cobalto. Los imanes de tierras raras son muy frágiles y a menudo susceptibles a la corrosión, por lo que suelen estar chapados o pintados para evitar que el polvo se agriete, se astille o se desmorone.
La producción de imanes de tierras raras comenzó alrededor de 1966, cuando K. G. y J. Strnat. Hoffer del Laboratorio de Materiales de la Fuerza Aérea de los EE.UU. encontraron que la mayor constante de anisotropía magnética de cualquier sustancia conocida entonces era, con mucho, una aleación de itrio y cobalto, YCo5.1]2]

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El investigador magnético William McCallum recibió uno de los nuevos juguetes geniales para Navidad: ‘Buckyballs’: Los imanes son de última generación, lo suficientemente sólidos como para que no puedas separarlos si son cubos en vez de esferas. Sin embargo, si McCallum se sale con la suya, su equipo puede hacerlos quedar mal.
Al mismo tiempo, McCallum, un científico de materiales de la Universidad Estatal de Iowa en Ames, está tratando dos temas principales: la intensidad del imán y el costo. La potencia de los imanes utilizables se duplicó cada una o dos décadas durante la mayor parte del siglo XX, pero se estancó en la década de 1990. El umbral ha obstaculizado los esfuerzos para hacer más efectivos los bienes de alta tecnología, como los coches eléctricos. Y el costo de los elementos de tierras raras que son centrales para los imanes avanzados se ha disparado en los últimos dos años. Sólo en 2010, el precio del óxido de neodimio se disparó de 17 dólares por kilo a 85 dólares por kilo.
Los elementos de las tierras raras como el neodimio, a pesar de su nombre, no son realmente raros desde el punto de vista geológico, pero son costosos de extraer y procesar. China, que representa aproximadamente el 95% de las 96.000 toneladas que se fabrican actualmente en todo el mundo cada año, ha establecido límites de exportación cada vez más estrictos, incluso cuando la demanda de los componentes está en auge. Los imanes fabricados con ellos, desde teléfonos celulares y computadoras portátiles hasta lavadoras de alta eficiencia, están en la raíz de la tecnología moderna. Y muchos de los dispositivos de la economía verde necesitan grandes cantidades: un vehículo eléctrico contiene unos pocos kilogramos de elementos de tierras raras, y una turbina eólica de 3 megavatios utiliza alrededor de 1,5 toneladas. La demanda se disparó de 30.000 toneladas en la década de 1980 a 120.000 toneladas en 2010 (lo que fue satisfecho en parte por el agotamiento de las reservas nacionales) y se espera que cruce las 200.000 toneladas para 2015, dice Gareth Hatch, fundador de la consultoría de Análisis de Metales Tecnológicos de Carpentersville, Illinois (véase «Fuerzas del mercado»).

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Los imanes de neodimio (Nd) son los imanes permanentes más fuertes del mundo, construidos con material magnético hecho de una aleación de neodimio, hierro y boro para formar la estructura de Nd2Fe14B. Los imanes de neodimio se consideran parte de la familia de los imanes de tierras raras, ya que el elemento de tierras raras, el neodimio, es su elemento principal. A pesar del término, en la corteza terrestre, los elementos de tierras raras son relativamente comunes, pero rara vez están presentes en su forma concentrada, y en su lugar están generalmente dispersos con otros elementos.
El otro tipo de imán de tierras raras es el samario-cobalto; los imanes de samario-cobalto (SmCo) fueron creados antes que los imanes de neodimio y, aunque no son tan potentes como los de neodimio, son más resistentes a la corrosión y pueden funcionar a temperaturas más altas y conservar su rendimiento. Se han introducido trazas de elementos adicionales de tierras raras como el disprosio (Dy) y el praseodimio (Pr) para mejorar el rendimiento de los imanes de neodimio y de samario-cobalto.
En 1982, General Motors y Sumitomo Special Metals descubrieron por primera vez la aleación de neodimio, Nd2Fe14B. Desde que se introdujeron por primera vez, se han comercializado grados más fuertes de imanes de neodimio, a medida que los métodos de procesamiento se han ido haciendo más avanzados. El N55, aunque todavía no se utiliza comúnmente, es el mejor grado disponible actualmente. Los grados N42 y N52 son más comunes; un bloque de neodimio N52 de 50 mm x 50 mm x 25 mm es capaz de soportar verticalmente un peso de acero de 116 kg cuando está en contacto a ras con una superficie de acero suave de igual grosor y produce un grado de Gauss de 5.500 sobre 7.800 veces más fuerte que el creado por la Tierra en sus polos magnéticos, la medida unitaria de la densidad de flujo. Los electroimanes que aprovechan las corrientes eléctricas para crear campos magnéticos pueden ser varias veces más fuertes que los imanes permanentes, pero para generar su campo magnético, necesitan una gran corriente eléctrica.