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O ímã de neodímio, também conhecido como ímã NdFeB, é um sistema de cristal tetragonal composto de neodímio, ferro e boro (Nd2Fe14B). Foi descoberto pela primeira vez em 1982 pelo Sr. Sagawa da Sumitomo Special Metals. Este ímã tem um produto de energia magnética, ou BHmax, maior do que o dos ímãs de samário-cobalto. Por muitos anos após sua descoberta, ele teve a classificação BHmax mais alta do mundo. Além disso, a Sumitomo Special Metals desenvolveu o processo de produção de ímãs NdFeB usando o processo de metalurgia do pó. Então veio Geral Motores' sucesso no desenvolvimento do processo de fiação por fusão que poderia produzir ímãs de NdFeB em massa.
O NdFeB é classificado como o ímã permanente mais forte conhecido hoje, além dos ímãs de zero absoluto de hólmio. Entre os ímãs de terras raras, estes são muito comuns em dispositivos eletrônicos como discos rígidos, celulares, fones de ouvido e ferramentas alimentadas por bateria. Suas propriedades magnéticas são realmente excepcionais e altamente desejadas por indústrias que precisam de ímãs fortes, mas compactos. Seu amplo uso sugere o papel significativo que os ímãs de NdFeB têm em produtos eletrônicos contemporâneos e no desenvolvimento tecnológico.
De acordo com o processo de produção, os ímãs NdFeB são classificados como sinterizados ou aglomerados. Eles já substituíram outros tipos de ímãs em muitos aplicações que exigem ímãs fortes e compactos. Isso requer ímãs permanentes fortes, incluindo, mas não se limitando a motores elétricos em ferramentas sem fio, unidades de disco rígido e fechos magnéticos.
O DOE percebeu a necessidade de encontrar substitutos para os metais de terras raras da tecnologia de ímãs permanentes e atribuiu financiamento para a pesquisa necessária. O programa Rare Earth Alternatives in Critical Technologies ou REACT, sob a Advanced Research Projects Agency for Energy ou ARPA-E, foi especialmente criado para descobrir substituições de materiais substitutos. A ARPA-E financiou US$ 31.6 milhões em 2011 para o programa Rare Earth Alternatives.
Dado o papel que o neodímio desempenha em ímãs permanentes para turbinas eólicas, o neodímio tem sido promovido como um alvo principal para competição geopolítica em um mundo de energia renovável. Essa perspectiva tem sido criticada por ignorar o fato de que a maioria das turbinas eólicas não usa ímãs permanentes e por subestimar a influência de incentivos econômicos na expansão da produção.
O material magnético permanente NdFeB, com suas propriedades magnéticas superiores e menor custo, tornou-se rapidamente um líder absoluto no mercado de ímãs permanentes de terras raras desde sua descoberta. Ele contribui com 90% do valor de produção de materiais de ímãs permanentes de terras raras no mundo. Além disso, com a melhoria contínua no processo de preparação e tecnologia de produção, seu desempenho tem sido constantemente aprimorado, e seus campos de aplicação estão sendo expandidos passo a passo. Portanto, a extensão da aplicação do material de ímã permanente NdFeB marca o nível de modernização. O material de ímã permanente NdFeB sempre foi um setor promissor na indústria de materiais de terras raras.
O que é material de ímã permanente?
O material magnético permanente é um material funcional que pode ser magnetizado até a saturação sob a ação de um campo magnético externo e retém seu desempenho magnético após o campo magnético externo ter sido removido. Também pode ser chamado de material magnético duro. Já durante o período dos Estados Combatentes na China, a invenção de “Sinan” (o protótipo de uma bússola) foi utilizar o papel do ímã para guiar e identificar a direção.
Embora a humanidade conheça materiais magnéticos há mais de 2,000 anos, os ímãs permanentes artificiais começaram com a invenção de agulhas de aço magnetizadas na China no século X. Um progresso significativo no desenvolvimento e aplicação de materiais magnéticos começou no final do século XIX e início do século XX. As pessoas usavam principalmente aço de tungstênio, aço carbono, aço cromo e aço cobalto como materiais de ímã permanente no início do século XX. No final da década de 1930, os materiais magnéticos permanentes de Alnico foram desenvolvidos com sucesso, e então os materiais magnéticos permanentes começaram a ser aplicados em larga escala. Na década de 1950, surgiu a ferrita de bário. O custo dos ímãs permanentes foi reduzido e, ao mesmo tempo, a gama de usos dos materiais de ímã permanente se expandiu para alta frequência. Os ímãs permanentes de cobalto de terras raras foram desenvolvidos com sucesso na década de 1967; as aplicações de ímã permanente entraram em uma nova era. Em 5, a Universidade de Dayton, nos Estados Unidos, preparou com sucesso o aço magnético permanente SmCo1, que marcou a chegada da era dos ímãs permanentes de terras raras. Até agora, os materiais magnéticos permanentes de terras raras foram desenvolvidos desde a primeira geração do tipo 5:5 SmCo2, a segunda geração do tipo de endurecimento por precipitação Sm17CoXNUMX, até a terceira geração do material magnético permanente Nd-Fe-B.
Além disso, ele usou ligas Cu-Ni-Fe, Fe-Co-V, Fe-Co-Mo, A1MnC e Mand nBi como materiais de ímã permanente. Todas essas ligas acima são raramente usadas na maioria das ocasiões devido ao seu baixo desempenho e baixo custo. Até agora, FeCrCo, AlNiCo, PtCo e algumas outras ligas ainda são usadas em algumas ocasiões especiais. A ferrita Ba, Sr ainda é a maior quantidade de materiais de ímã permanente em uso hoje, mas está sendo substituída por materiais Nd-Fe-B em muitos campos de aplicações. Atualmente, o valor de saída do material de ímã permanente de terras raras excedeu em muito o do material de ímã permanente de ferrita, e a produção de material de ímã permanente de terras raras se desenvolveu em uma grande indústria. Nd-Fe-B se tornou o material de ímã permanente de terras raras mais amplamente usado. NdFeB é agora o material magnético permanente de terras raras mais amplamente usado no mundo, e também o material magnético permanente mais poderoso disponível hoje.
Introdução de NdFeB
NdFeB é um composto magnético permanente de terras raras, seus elementos incluem o metal de terras raras de neodímio, o elemento metálico de ferro, o elemento não metálico de boro, uma quantidade adicional do elemento praseodímio, disprósio, nióbio, alumínio, gálio, cobre e outros. Os materiais magnéticos permanentes de NdFeB ostentam propriedades magnéticas superiores e são leves, razoavelmente baratos e, portanto, encontram amplas aplicações em vários campos. Também é chamado de "rei dos ímãs" e, até agora, o material magnético mais barato.
Os poderosos ímãs NdFeB têm um grande campo de anisotropia magnetocristalina e polarização magnética de alta intensidade. Seu produto teórico de energia magnética é 64MGOe. Sua propriedade magnética é mais de 100 vezes o aço magnético que as pessoas usavam no século XIX e 19 vezes mais do que a ferrita e o alnico usuais. Com as propriedades de coercividade superalta e densidade de energia superalta, as dimensões dos componentes do material magnético diminuem substancialmente. Isso novamente promove a miniaturização, leveza, afinamento e alta eficiência de instrumentação, motores eletroacústicos, computadores, telefones celulares, etc. Devido a esses méritos, muitas melhorias ou desempenhos para produtos seriam promovidos para fazer alguns dispositivos especiais específicos aparecerem. O NdFeB tem características mecânicas finas e é facilmente cortado ou usinado com processamento fácil. A tecnologia de preparação é comparativamente madura, a temperatura Curie deste ímã é de cerca de 10K e pode servir em temperaturas tão altas quanto 580 graus Celsius.
O NdFeB não inclui elementos estratégicos Co e Ni. As matérias-primas do produto também são abundantes. O desempenho de alto custo faz com que o volume de vendas seja tão grande: desde o surgimento do NdFeB em 1983, até 2006, a produção aumentou para 55,540 toneladas, e aumentou ainda mais em 2015 para cerca de 130,000 toneladas. Os materiais magnéticos permanentes NdFeB sinterizados têm excelentes propriedades magnéticas e são amplamente utilizados em equipamentos eletrônicos, máquinas elétricas, tratamento médico, brinquedos, embalagens, máquinas de hardware, aeroespacial e aviação.
