Los imanes son objetos o materiales que pueden crear un campo magnético e influir en los materiales ferromagnéticos próximos. Un imán suele tener una pareja de polos de la que emana el campo magnético.
En esta guía aprenderá a fabricar imanes.
Clasificación de los imanes
Antes de hablar del proceso de fabricación de los imanes, es importante tener en cuenta las siguientes clasificaciones:
1. Imanes temporales
Son materiales que se vuelven magnéticos cuando hay campo magnético y no puede sostenerse por sí misma. Incluye: Hierro dulce y algunas de sus aleaciones como la permalloy (hierro y níquel), clavos, clips.
2. Electroimanes
Con estos imanes, un alambre enrollado en un núcleo metálico crea magnetismo cuando la corriente fluye a través del alambre.
El campo magnético, cuya intensidad viene determinada por la cantidad de corriente, se pierde cuando se corta el suministro de corriente.
3. Imanes permanentes
Son materiales especiales que no necesitan ninguna fuerza o fenómeno externo para poseer propiedades magnéticas. Siempre que se den las condiciones ambientales requeridas, mantienen el magnetismo durante mucho tiempo.
Algunos imanes permanentes sólo pierden una fracción de sus propiedades magnéticas al cabo de 10 años.
Factores a tener en cuenta antes de fabricar imanes
Antes de plantearse la fabricación de imanes, hay que tener en cuenta estos cuatro factores críticos que influyen en el rendimiento magnético:
Temperatura Curie (TC)
En Temperatura de Curie define la temperatura a partir de la cual se pierden las propiedades magnéticas (permanentes) de un material. Normalmente, dicho material experimentará un fenómeno denominado magnetismo inducido en este punto. Es un factor especialmente importante a tener en cuenta cuando se fabrican imanes para aplicaciones de alta temperatura.
Coercividad (Hc)
Coercividad es una propiedad que describe la capacidad del material para resistir la desmagnetización en presencia de un campo magnético extraño. Para fabricar imanes permanentes, se necesitan materiales con una coercitividad elevada, que se mide en amperios/metros.
Remanencia (Br)
También conocido como magnetismo residualdescribe la cantidad de flujo magnético que queda en un imán permanente tras el proceso de fabricación. La remanencia es la medida de la intensidad del campo magnético de un imán permanente.
Producto de máxima energía (BHmax)
La unidad SI es kilojulios/metro cúbico (kJ/m).3.
Normalmente, el producto de energía máxima significa la densidad de energía magnética de un imán permanente. Es el producto de la densidad de flujo magnético valor máximo (B) y su intensidad de campo (H).
Proceso de fabricación de imanes
Parte A: Electroimanes
Los electroimanes tienen un núcleo magnético con un alambre enrollado en toda su longitud, que induce magnetismo cuando se somete a un flujo de corriente. Al fabricar electroimanes, encontrará:
- El hierro como núcleo
- Metal de cobre que forma la bobina
La fundición de metales es el proceso habitual para fabricar electroimanes.
Durante la fundición de imanes metálicos, puede utilizar moldes expansibles y no expansibles. Como resultado, puede fabricar imanes con muchos diseños y configuraciones.
Casting
En la fundición del núcleo electromagnético, son típicos los siguientes pasos:
Paso 1: Creación del patrón
El patrón determina la forma de su molde basándose en la forma deseada del núcleo magnético. Un patrón tiene que ser dimensionalmente exacto a la vez que capaz de ser retirado de la cavidad del molde sin sufrir daños.
Un modelo también debe permitir la contracción y el paso del metal fundido a través de bebederos, compuertas y contrahuellas. Puede utilizar plástico, madera, metal o cera como material para el patrón, en función del proceso y el volumen.
Paso 2: Fabricación del molde
Dependiendo de su técnica de fundición, puede tener un molde reutilizable o no reutilizable. Los moldes reutilizables suelen ser de metal, mientras que la cerámica y la arena son típicos de los moldes no reutilizables.
El proceso de moldeo consiste en la formación de una pieza de fundición mediante la impresión de un patrón utilizando polvo cerámico o arena en una mufla. Una vez obtenida la pieza deseada, se retira el patrón fundiéndolo o separando las mitades de la mufla, dependiendo de la técnica de moldeo.
Paso 3: Fundir el hierro o la aleación de hierro
Los núcleos electromagnéticos están formados por hierro o sus aleaciones que combinan elementos como el cobalto, que ofrecen las mejores propiedades electromagnéticas. Calentar el metal hasta que esté fundido.
Paso 4: Rellenar el molde
Llene la cavidad del molde vertiendo el metal licuado del crisol teniendo en cuenta todas las precauciones de seguridad necesarias. El proceso de llenado no debe ser ni demasiado lento (puede empezar a endurecerse antes de llenarse por completo) ni demasiado rápido (podría dañar el molde).
Paso 5: Retirada de la escayola
El desmoldeo no se produce hasta que el metal fundido se enfría y se solidifica por completo. En el caso de un molde prescindible, se hace vibrar el conjunto para iniciar la rotura del molde y liberar la pieza fundida.
En los moldes no expansibles, la extracción de los pasadores expulsores ayudará a extraer el imán fundido.
Paso 6: Acabado
Tras extraer el molde, se llevan a cabo los procedimientos de acabado, como la limpieza mediante la eliminación de cualquier resto de material del molde. También se cortan las compuertas utilizadas para dirigir el metal fundido a la cavidad del molde y se alisan los bordes.
Paso 7: Fabricación de la bobina
El alambre de cobre fabricado a partir de varillas de cobre trefiladas a través de una serie de matrices se utiliza para formar la bobina de un electroimán. Tras extraer el núcleo de hierro del molde, se enrolla el alambre de cobre sobre él a lo largo de toda su longitud.
Tenga en cuenta que el número de vueltas del hilo de cobre influye en la fuerza del electroimán junto con la cantidad de corriente.
Paso 8: Suministro de terminales
Los terminales le permiten conectar su electroimán a una fuente de corriente que iniciará la creación del campo magnético. En los electroimanes se utilizan corrientes tanto de CA como de CC, dependiendo de la aplicación.
Partes B: Imanes permanentes
Los imanes permanentes que se utilizan actualmente son el resultado de años de investigación con combinaciones únicas de metales. La cerámica, elementos de tierras raras (neodimio y samario cobalto) y alnico son los principales imanes de este tipo.
Al fabricar imanes permanentes a partir de elementos de tierras raras, se les aplica un recubrimiento/chapado para protegerlos de su susceptibilidad al deterioro y la fragilidad.
1. Imanes de neodimio (NdFeB)
El neodimio es uno de los mejores imanes permanentes de la actualidad. Contiene neodimio, hierro y boro.
Con el paso de los años, la sinterización sigue siendo una técnica de fabricación muy popular para imanes de neodimio (NdFeB).
Sinterización
En proceso de sinterización para la fabricación de imanes de neodimio es práctico y ha sido adoptado por muchos fabricantes de imanes.
Depende de los principios de la pulvimetalurgia. Por lo general, este proceso tiene un montón de libertad - que le permite fabricar cualquier grado imanes.
Sin embargo, el proceso puede resumirse como sigue:
Aleación y colada en bandas
En el proceso de aleación, el neodimio, el hierro, el boro y otros elementos menores se combinan en las cantidades deseadas. El proceso de aleación sirve para alterar la microestructura del producto final, mejorar las operaciones posteriores y potenciar las cualidades magnéticas.
A continuación, la aglomeración se funde y se funde en bandas mediante calentamiento en un horno en condiciones de vacío. Se utiliza un entorno de vacío para evitar que el aire reaccione con la masa fundida y contamine el material de aleación.
El metal fundido se introduce a presión en un tambor de enfriamiento donde se somete a un rápido proceso de enfriamiento. El resultado es la formación de diminutos granos de metal bien situados para un procesamiento eficaz en las etapas posteriores y la calidad del producto final.
Decrepitación y molienda del hidrógeno
El proceso de fundición en bandas da como resultado láminas de pequeños granos que deben pulverizarse para la fabricación de imanes. La decrepitación por hidrógeno infunde hidrógeno para fragmentar aún más el material, lo que permite un procesamiento más sencillo en etapas posteriores.
Las partículas más pequeñas se reducen a polvo mediante la molienda por chorro, que utiliza una corriente de gas inerte a alta presión. El gas inerte es ciclónico, lo que garantiza la distribución de las partículas por tamaños y evita que se adhieran a la pared del recipiente.
Pulsando
El proceso de prensado se produce en dos pasos, como se indica a continuación:
Bajo la acción del campo magnético
Aquí, el polvo se transfiere a un molde en una prensa automatizada mientras está todavía bajo la influencia de gas inerte. A continuación, se realiza una operación de prensado bajo un fuerte campo magnético que produce una alineación de las partículas.
La orientación de su campo magnético puede ser:
- Alineado con bloque moldeado o,
- Perpendicular al bloque moldeado
La primera opción suele seleccionarse para proporcionar la mayor anisotropía al imán.
Prensado isostático
Aquí, el bloque extraído del molde se somete a una gran presión mientras se sumerge en una prensa isostática en frío. El resultado es que se eliminan todos los agujeros de aire dentro del bloque, lo que da lugar a un bloque más pequeño.
Figura que muestra el flujo del proceso para el imán de NdFeB:
Sinterización
Calentará el bloque en el horno. Durante el proceso, la temperatura de calentamiento no debe superar el punto de fusión del material.
La alta temperatura excita los átomos del material aumentando las propiedades mecánicas y magnéticas del bloque.
La orientación de los dominios está en la dirección asignada en el prensado isostático. La alta temperatura hace que se alcance la densidad de flujo requerida reduciendo aún más los bloques de metal, pero por última vez.
Recocido
El proceso de sinterización provoca tensiones térmicas en el bloque metálico que requieren otro tratamiento térmico a temperaturas reducidas para eliminar las tensiones. Esto implica someter los bloques a episodios alternos de alta temperatura-baja temperatura durante un tiempo determinado y llevarlos gradualmente a temperatura ambiente.
Mecanizado y tratamiento de superficies
Los procesos de mecanizado, como el corte y el rectificado, son esenciales para dar al NdFeB la forma deseada con el mínimo desperdicio. Esto se lleva a cabo iniciando un estrecho control y reciclando el material de desecho.
Debido a la naturaleza quebradiza del NdFeB y a su baja resistencia a la corrosión, es necesario un procedimiento de tratamiento superficial como el chapado. Algunas de las opciones de chapado son níquel-cobre-níquel, aluminio-zinc e incluso epoxi.
Pruebas
Como en cualquier proceso de fabricación, las pruebas de producto son vitales para garantizar un estrecho control de calidad y la conformidad con las normas. Para aumentar la eficacia, lleve a cabo la evaluación del proceso en cada fase del mismo, minimizando el costoso riesgo de un producto defectuoso.
Magnetización
En el proceso de magnetización, el NdFeB se encierra en una bobina eléctrica alimentada para generar un campo magnético breve pero masivo. El material asume el campo magnético una vez que la bobina eléctrica se desenergiza, creando un imán de neodimio.
2. Imanes de cobalto de samario (SmCo)
Al igual que el neodimio, la fabricación de cobalto samario implica la conversión del polvo. Sin embargo, este proceso de fabricación difiere en ciertos aspectos para el cobalto samario.
En la fabricación imanes de samario cobaltoel proceso fluye como sigue:
Preparación de la aleación
La preparación de la aleación de samario y cobalto implica la fusión por inducción de los metales samario y cobalto en presencia de vacío o gas inerte. A continuación, el material de aleación fundido puede fundirse en lingotes para el siguiente proceso o fabricarse en terrones.
Fresado
Aquí, los grumos o lingotes de aleación de samario-cobalto se reducen de tamaño hasta convertirse en polvo mediante un proceso de molienda. Se emplea un potente molino de martillos para triturar estos grandes materiales sólidos de aleación, normalmente en presencia de nitrógeno.
Se puede utilizar el fresado por chorro, en el que la desintegración del material de aleación se produce por atrición causada por la colisión a alta velocidad de las partículas. Los parámetros importantes que hay que tener en cuenta durante el proceso de fresado son: el tamaño de las partículas y su distribución, la oxidación y los defectos cristalinos.
El fresado provoca la reducción del material de aleación a diminutas partículas monocristalinas al tiempo que aumenta la superficie para el proceso de sinterización. La ausencia de límites de grano en las partículas permite un único eje de magnetización, al tiempo que influye en la coercitividad.
Alineación y prensado
Se consiguen las mejores calidades de imán posibles instigando una alineación de las partículas antes de la compactación.
Al inducir las propiedades magnéticas, asegúrese de que sean paralelas a las partículas de polvo.
Una prensa de troquel o isostática realiza la compactación en presencia de un campo magnético paralelo o perpendicular a la dirección de prensado. El campo magnético puede adoptar formas estáticas o pulsadas en las que un gran campo homogéneo da lugar a una alineación uniforme y de alto nivel.
La alineación es producto de las características de las partículas, como la forma y el tamaño, la intensidad del campo magnético y la presión de compactación. La presión aplicada durante el prensado no debe alterar la distribución de las partículas, sino ser la justa para soportar la manipulación.
La alineación isostática es preferible al prensado en matriz, ya que puede compactar polvos en campos magnéticos cuatro veces superiores a los de este último. En consecuencia, la alineación de las partículas es mayor y se mantiene durante todo el prensado, con un producto de energía máxima y una remanencia mayores.
Sinterización y curado
Cuando se sinteriza cobalto de samario, el proceso se lleva a cabo en atmósferas reductoras, en presencia de gas inerte o en condiciones de vacío. Mediante la sinterización, se inhibe el crecimiento del grano, lo que favorece la calidad final del imán.
La sinterización debe realizarse a una temperatura constante y durante un periodo definido. Así se evita la formación de espacios de aire que podrían ser propensos a la oxidación y dificultar la utilidad del imán con el paso del tiempo.
Un proceso de curado sucede al proceso de sinterización para cultivar la coercividad en SmCo a un nivel óptimo y formar propiedades de bucle.
Mecanizado
La sinterización altera la forma y el tamaño del imán de SmCo, normalmente a los parámetros deseados del producto final, como resultado de la contracción. Por lo tanto, es necesario realizar algunas operaciones de mecanizado para conseguir las características prescritas del imán.
El material SmCo es muy quebradizo y muy vulnerable al astillado y la rotura, por lo que no es aconsejable sujetarlo directamente en mandriles. En su lugar, unos adhesivos exclusivos fijados a un soporte de acero mantienen el material magnético en su posición cuando se utilizan máquinas estándar para el rectificado.
Magnetización
Aunque se puede magnetizar el SmCo antes del montaje debido a su alta coercitividad y a su buena permeabilidad al retroceso, su naturaleza quebradiza sugiere lo contrario. Por ello, muchos materiales de SmCo se magnetizan durante el montaje aplicando un campo magnético aproximadamente dos veces superior a su coercitividad.
Pruebas
El proceso de prueba de los imanes SmCo consiste en comprender las curvas de desmagnetización de los imanes utilizando los datos de un medidor de flujo. Se comparan los valores con los de un imán estándar y luego se clasifican según sus densidades de flujo.
Imanes de álnico
Estos imanes consisten en:
- Cobalto (Co)
- Aluminio (Al)
- Níquel (Ni)
Se pueden hacer pequeñas adiciones de metales refractarios, hierro y cobre para aumentar las cualidades mecánicas.
Imanes de álnico presentan cualidades excepcionales, como sus impresionantes cualidades térmicas, como una alta temperatura de trabajo, y una excelente resistencia a la corrosión. Sin embargo, presentan una baja coercitividad que los hace propensos a la desmagnetización.
El alnico se puede fabricar mediante uno de los dos procedimientos siguientes: fundición o sinterización:
Casting
La fundición de alnico permite fabricar formas complejas y, por tanto, una aplicación más amplia. El proceso de fundición del alnico suele constar de los siguientes pasos:
Fusión por inducción
Las temperaturas que se alcanzan en la fusión por inducción superan los 1.750 °C y convierten las pepitas sólidas de aluminio, níquel y cobalto en estado fundido. Debido a su bajo punto de fusión, el aluminio se añade en las últimas fases del proceso.
Casting
El alnico fundido se transfiere a moldes de arena diseñados a partir de placas patrón que comparten la forma final del imán para la fundición. Tras llenar las cavidades del molde con el material fundido, se dejan enfriar y solidificar antes de desmoldarlos.
Limpieza
Los moldes de alnico procedentes del proceso de fundición presentan imperfecciones superficiales derivadas del proceso de fundición que es necesario eliminar. Estos defectos incluyen bordes afilados, rebabas y las compuertas por las que se condujo el material fundido.
Estas manchas se eliminan lijando con estropajos, esmerilando con muelas abrasivas y limpiando con agua.
Figura del proceso de fundición de Imán de alnico:
Tratamiento térmico
El material, ahora imán de alnico, se somete a diversos tratamientos térmicos, primero a un proceso de homogeneización a unos 1250 °C. Un breve episodio de recocido sigue al enfriamiento magnético durante un cuarto de hora a unos 850 °C.
El proceso de recocido es esencial para desarrollar una microestructura con cualidades anisotrópicas y espinodales. Por último, el imán se templa durante un día como máximo, con temperaturas de caída que alcanzan los 550°C. Esto permite alcanzar la máxima coercitividad y la separación química de los componentes espinodales.
Mecanizado
El proceso de mecanizado es necesario para alterar el aspecto de los imanes, aunque sea a pequeña escala. Entre las operaciones de mecanizado habituales se incluyen el corte y el rectificado, que permiten aplicar acabados de tolerancia ajustada a los imanes.
Pruebas
Al probar sus imanes, debe tener en cuenta la importancia del parámetro que está probando para su aplicación y el coste. Los resultados de su prueba deben ser directamente atribuibles a una funcionalidad magnética.
Algunos procesos de prueba comunes para su imán incluyen:
- Trazado de una curva B-H empleando un permeámetro que ofrece una descripción de las propiedades magnéticas relacionadas con la temperatura.
- Realizar estimaciones de la remanencia, la coercitividad y el producto de energía máxima descifrando los momentos dipolares totales a partir de las mediciones del flujo total.
- Utilización de un gaussímetro y una sonda para medir las densidades de flujo.
Revestimiento
Aunque los imanes de álnico tienen una buena resistencia a la corrosión, pueden aplicarse revestimientos para mejorar la protección de la superficie. Algunos de los recubrimientos más comunes son los recubrimientos epoxídicos, el níquel y los recubrimientos de conversión como los cromatos, el hierro y el zinc.
Magnetización
En el proceso de magnetización, se utiliza un solenoide para producir un campo magnético que alinea los dominios magnéticos del alnico. Un solenoide es esencialmente un electroimán, pero ahuecado para permitir el posicionamiento del material a magnetizar.
Los parámetros del campo de magnetización son importantes a la hora de ejecutar un proceso de magnetización, ya que influyen en las propiedades de los imanes de álnico.
Sinterización
La ventaja de la sinterización del alnico es una mejora de las cualidades mecánicas con respecto a la fundición, sacrificando al mismo tiempo la capacidad magnética. El proceso de sinterización se lleva a cabo en las siguientes etapas:
Fusión por inducción
El proceso de sinterización comienza con la fusión de los elementos de aluminio, níquel y cobalto en condiciones especiales. La fusión por inducción combina los elementos individuales en un único material de aleación, tras lo cual se funde en bandas y se enfría en gránulos.
Fresado
El objetivo del proceso de molienda es convertir la materia granular del alnico en polvo para el proceso de prensado. Se utiliza una fresadora en la que se actúa mecánicamente sobre la partícula para desintegrarla en los tamaños de partícula deseados.
Pulsando
El material en polvo de alnico procedente del proceso de molienda se introduce en matrices especiales diseñadas tal como aparecería el imán. Aquí, la prensa de troqueles los compacta bajo una gran presión de unos cinco kilo bares en un sólido compacto.
Sinterización
La sinterización implica un tratamiento térmico estrechamente controlado a temperaturas justo por debajo del punto de fusión en un horno. Se eliminan los espacios de aire, lo que compacta aún más el material de alnico y mejora sus propiedades mecánicas.
Refrigeración
La pieza de alnico se saca del horno y se enfría de dos formas: mediante enfriamiento isotrópico o enfriamiento anisotrópico. El enfriamiento anisotrópico se realiza en presencia de un campo magnético, mientras que el isotrópico se realiza sin campo magnético.
El enfriamiento bajo un campo magnético alinea las partículas de alnico en la dirección de orientación magnética deseada. Cuando se enfría sin campo magnético, se puede implementar la orientación multipolar durante la magnetización.
Tras el proceso de enfriamiento, siguen los últimos procedimientos de ensayo, recubrimiento y magnetización de forma similar al método de fundición.
Imanes de ferrita/cerámica
Imanes de ferrita son asequibles. Además, tienen una excelente estabilidad térmica y resistencia a la corrosión.
Sin embargo, en comparación con los imanes de tierras raras y de alnico, son los que tienen menos cualidades magnéticas.
La flexibilidad de fabricación de la cerámica y su compatibilidad con otros materiales permite fabricar distintos imanes de ferrita. Las ferritas también pueden unirse con materiales poliméricos, lo que da lugar a imanes de plastoferrita mucho más débiles pero flexibles.
El proceso de fabricación de ferritas mediante sinterización adopta la forma siguiente:
Mezcla
La sinterización se basa en la pulvimetalurgia y el proceso de producción de polvo comienza con la mezcla de compuestos cerámicos. El óxido férrico es un material primario junto con el carbonato de estroncio o el carbonato de bario, no ambos.
Es necesario utilizar proporciones adecuadas de los dos materiales para garantizar que la coercitividad y la remanencia del imán estén equilibradas. Si se sobrepasa la cantidad de óxido férrico necesaria, se fomenta el crecimiento de granos abultados y se anula la coercitividad.
Un exceso de carbonato va en contra de la propiedad de remanencia de los imanes. La introducción de sílice inhibe el crecimiento del grano y favorece la calcinación a temperaturas más elevadas.
Calcinación
Las temperaturas alcanzadas durante la calcinación oscilan entre 1250°C y 1300°C. Las temperaturas muy bajas dificultan la finalización de la reacción en estado sólido, mientras que las temperaturas muy altas reducen la coercitividad y favorecen el crecimiento del grano.
Figura que muestra el flujo del proceso del imán de ferrita anisotrópica sinterizada:
Molienda húmeda
El material de ferrita procedente de la calcinación se muele hasta convertirlo en polvo añadiendo agua para formar una pasta y mejorar la alineación y la densidad. La molienda húmeda consigue partículas de entre 0,7 µm y 0,9 µm.
Las partículas más pequeñas, inferiores a 0,7 µm, crean problemas durante la compactación y la sinterización. Por otro lado, las partículas mayores de 0,9 µm reducen la coercitividad.
Prensado en húmedo
Las pequeñas partículas procedentes de la molienda húmeda se transfieren a matrices en una estación de prensado con fuerte presencia de campo magnético. El campo magnético suele ser ortogonal a la dirección del prensado mecánico.
Las partículas húmedas se comprimen a gran presión, normalmente entre 5 y 15 MPa. Pueden añadirse alcanfor y alcohol polivinílico como aglutinantes para mejorar la compresión y eliminarse en el proceso de sinterización posterior.
Una alternativa al prensado en húmedo es el prensado en seco, que puede realizarse de forma anisótropa o isótropa. Sin embargo, las presiones requeridas para comprimir el polvo en forma compacta son mucho más elevadas y oscilan entre 40 y 80 MPa.
Sinterización
El material de ferrita compactado procedente del proceso de prensado se sinteriza sometiéndolo a un tratamiento térmico que oscila entre 1150°C - 1200°C. La temperatura de sinterización suele ser inferior a la de calcinación en unos 100 °C para evitar la formación de granos.
El cuidadoso curado y control del crecimiento de los granos considerablemente alineados sobre los menos alineados mejora la textura magnética del material de ferrita. Las partículas de polvo son de aproximadamente un micrómetro, lo que las hace lo bastante pequeñas para la siguiente fase.
Se puede añadir dióxido de silicio, alúmina, cromo u óxido de calcio individualmente o en mezclas para mejorar la densificación. La sinterización es propensa a la contracción anisotrópica, por lo que es un requisito a tener en cuenta en el diseño de las matrices.
Rectificado
La cerámica sinterizada puede cortarse y rectificarse a pesar de su increíble dureza y fragilidad. Pueden utilizarse herramientas con punta de diamante y carburo, como amoladoras y sierras.
Magnetización
Este es el último paso en el proceso de fabricación de un imán de ferrita anisótropo sinterizado. El material de ferrita se somete a un campo magnético generado por solenoide de hasta tres veces la coercitividad deseada del imán.
Imanes adheridos
Imanes adheridos se forman combinando un material magnético duro con un aglutinante no magnético, normalmente un polímero o un elastómero. Los imanes aglomerados pueden ser rígidos o flexibles (aunque con menor fuerza magnética) según el material y la proporción de mezcla.
Elementos de tierras raras como el neodimio y el samario cobalto, junto con las ferritas, se utilizan como material magnético duro por separado o en combinaciones. Los aglutinantes habituales son el poliéster, los epoxis termoestables y el nailon para imanes rígidos, y el vinilo y el caucho nitrílico para imanes flexibles.
Con los imanes adheridos, se evita la necesidad de operaciones secundarias. Esto reduce el coste de producción, que puede reducirse aún más presentando conjuntos de una sola operación.
Sin embargo, los imanes adheridos tienen una temperatura máxima de funcionamiento relativamente baja y una estabilidad térmica deficiente.
La fabricación de imanes aglomerados puede representarse del siguiente modo:
Preparación del material
Aquí necesitará aglutinante y polvo magnético como materiales principales. Puede tener imanes de neodimio aglomerados, imanes de SmCo aglomerados o imanes de ferrita aglomerados en función de las necesidades de su aplicación.
Mezclado y moldeado
El proceso de mezclado sirve para proporcionar una cepa uniformemente distribuida de material aglomerado para el proceso de moldeado donde se le da forma. El proceso de moldeo es fundamental para la fabricación de imanes aglomerados, con las cuatro opciones de procesamiento siguientes:
Moldeo por inyección
Los materiales de neodimio y ferrita se utilizan habitualmente como material magnético en el moldeo por inyección. La mezcla de materiales se somete a altas temperaturas de fusión antes de inyectarla en una cavidad de molde especialmente diseñada para su enfriamiento.
Puede utilizar múltiples cavidades de molde cuando realice una producción de gran volumen para aumentar la eficiencia. El moldeo por inyección le permite fabricar imanes adheridos con formas complejas, ya que puede hacer moldes con formas únicas.
Adhesión por compresión
La unión por compresión es sinónimo de fabricación de imanes de neodimio unidos. En este proceso, los granos de polvo de neodimio son primero encapsulados por el aglutinante licuado durante la mezcla. A continuación, la mezcla de polvo recubierto pasa a una cavidad de prensado donde se compacta a altas presiones para darle la forma deseada.
Tras la unión por compresión, se lleva a cabo un proceso de curado a altas temperaturas (150°C-175°C) en un horno para endurecer y solidificar aún más el aglutinante. El proceso de unión por compresión logra mayores densidades de flujo para sus imanes unidos en comparación con los fabricados mediante moldeo por inyección.
Calandrado
El calandrado emplea sobre todo polvos de ferrita como material magnético y caucho flexible como aglutinante para fabricar láminas continuas con propiedades magnéticas. El NdFeB tiene un uso limitado con un material híbrido que combina NdFeB y un compuesto de ferrita más común.
La mezcla compuesta que contiene caucho y material magnético se conduce a sucesivos rodillos calentados que aplican una gran fuerza de compresión. La combinación de calor y presión transforma la mezcla compuesta en láminas con gran tensión de longitud variable.
Extrusión
La extrusión comparte los mismos componentes en bruto que los utilizados en el calandrado, es decir, ferritas, NdFeB o híbridos de NdFeB/ferrita con elastómeros flexibles. La naturaleza abrasiva de los materiales de NdFeB y ferrita exige que las herramientas estén recubiertas de material resistente al desgaste.
El material aglomerado mezclado y calentado se suministra a un sistema de matriz caliente bajo presión a través de un tornillo de extrusión. El producto extruido que adopta el perfil transversal de la cavidad de la matriz se apila o se corta en las longitudes deseadas.
Acabado
La precisión dimensional de los materiales encolados en los procesos destacados es alta, lo que hace innecesarias las operaciones secundarias. Sin embargo, aún se pueden realizar operaciones de acabado como corte y punzonado para extraer laminados con la forma deseada.
Revestimiento
En el caso de los imanes de enlace rígidos, como el neodimio, el revestimiento ofrece protección superficial contra la corrosión al tiempo que mejora la durabilidad. Los materiales de recubrimiento más comunes son el epoxi y el niquelado.
Magnetización
El proceso de magnetización de los materiales magnéticos aglomerados consiste en someterlos a grandes campos magnéticos durante breves periodos. Este proceso puede ejecutarse tomando caminos anisótropos o isótropos con distintos grados de éxito.
Una trayectoria isotrópica de los materiales magnéticos aglomerados simplifica el proceso de fabricación, ya que la ausencia de magnetización residual permite una manipulación más sencilla del proceso.
Comparación entre imanes sinterizados y adheridos
En la tabla siguiente se destacan las diferencias entre los imanes sinterizados y los imanes adheridos.
| PROPIEDAD | SINTERIZADO | BONDED |
| Fuerza magnética | Hace imanes muy fuertes. | Los imanes son menos fuertes. |
| Resistencia mecánica | Resistencia mecánica relativamente baja en comparación con su homólogo. | Alta resistencia mecánica gracias a una mayor adherencia de las partículas. |
| Flexibilidad | Limitado en las formas de imán que puede lograr. | Capaz de fabricar imanes de formas muy complejas. |
| Materias primas | Suele emplear únicamente polvo de material magnético. | Requiere el uso de polvo de material magnético y un aglutinante polimérico. |
| Precisión dimensional | Tienen una precisión dimensional baja que requiere un procesamiento secundario. | Tienen una gran precisión dimensional debido a que se forman una sola vez y no necesitan procesamiento posterior. |
| Pérdida de procesamiento | Incurre en grandes pérdidas de material por procesos secundarios. | La formación única de componentes garantiza que se registren pocas pérdidas de material. |
| Orientación magnética | Sólo puede magnetizarse en la dirección dada durante el prensado del molde. | La naturaleza isótropa del material permite la magnetización en disposición multipolar. |
| Producto energético máximo (BHMAX) | Presenta valores de BH superiores a 50M. | Registra valores de BH mucho más bajos por debajo de 10M. |
| Coste | Tienen un coste elevado debido al uso de polvo de material magnético 100% y a la necesidad de un procesamiento secundario. | Tiene un coste inferior debido a la menor necesidad de polvo y de mecanizado. |
Conclusión
Tanto si desea fabricar imanes permanentes como temporales, se trata de un proceso secuencial.
Lo ideal es que el proceso de fabricación del imán determine la calidad y las características del producto final.
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