Ímanes SmCo - O guia definitivo

SmCo significa samário e cobalto, que são elementos de terras raras conhecidos por fabricarem ímanes extremamente fortes.

Os ímanes de samário-cobalto incluem frequentemente elementos adicionais, como o ferro e o cobre, que os dotam de estabilidade térmica e resistência à corrosão.

Composição do íman SmCo

 

Desenvolvidos no início da década de 1970, os ímanes de samário-cobalto são alguns dos ímanes permanentes mais utilizados. São geralmente fabricados a partir de elementos magnéticos de terras raras o que os torna extremamente eficazes.

Os principais elementos utilizados na Ímanes permanentes SmCo são o samário e o cobalto. No entanto, são frequentemente incorporados outros elementos para aumentar a funcionalidade e a durabilidade.

Samário (Sm)

Samário representa frequentemente 25-35% dos ímanes de samário-cobalto. É um tipo distinto de elemento de terras raras responsável por equipar os ímanes com poderes magnéticos robustos. Está classificado entre os elementos lantanídeos e é representado pelo número atómico 62.

Cobalto (Co)

Cobalto é representado pelo número atómico 27 e representa a maior parte da composição dos ímanes SmCo a 60-70%. O seu papel principal no íman é evitar a perda de magnetismo através da elevação da coercividade.

Elementos adicionais

Os ímanes de terras raras SmCo são frequentemente injectados com vestígios de outros componentes para melhorar as propriedades magnéticas.

Por exemplo, podem ser adicionados vestígios de ferro (Fe) para melhorar a capacidade do íman para suportar flutuações de temperatura. Outros elementos que são frequentemente adicionados incluem o cobre, que ajuda o íman a tolerar o stress mecânico.

Vantagens dos ímanes permanentes SmCo

Samário-cobalto ímanes de terras raras continuam a ganhar popularidade à medida que a tecnologia avança e isto deve-se principalmente às suas vantagens únicas e diversas. Aqui estão as principais vantagens destes ímanes permanentes:

Força magnética excecional

Os ímanes permanentes SmCo são geralmente considerados como alguns dos melhores ímanes permanentes porque apresentam excelentes propriedades magnéticas. Geram campos magnéticos robustos e isto é uma consequência do seu produto de energia magnética (BHmax). O valor médio de Bhmax dos ímanes de samário-cobalto varia entre 16-32 MGOe, o que qualifica a sua utilização numa série de aplicações de alta tecnologia.

Excelente estabilidade de temperatura

Os ímanes permanentes de samário-cobalto são utilizados de forma proeminente em aplicações e dispositivos magnéticos de alta temperatura. Isto é possível devido à capacidade excecional do íman para trabalhar de forma eficiente e optimizada, mesmo sob calor extremo. Esta caraterística faz com que surjam como alternativas superiores em comparação com os ímanes permanentes de neodímio. Têm uma temperatura curie de 700-800 °C e uma temperatura máxima de funcionamento de 250-550 °C.

Resistência à corrosão

A maioria dos ímanes permanentes necessita de um revestimento para superar a corrosão e a oxidação. No entanto, este nem sempre é o caso dos ímanes de terras raras Smco. Estes ímanes apresentam uma quantidade significativa de resistência à corrosão, o que permite a sua utilização em aplicações propensas à humidade e a produtos químicos voláteis.

Alta durabilidade

Os ímanes SmCo são uma classe distinta de ímanes permanentes caracterizados por uma longa vida útil. Estes ímanes podem fornecer serviços excepcionais, demonstrando elevadas forças magnéticas ao longo de várias décadas. Além disso, são resistentes à corrosão e têm estabilidade a altas temperaturas, o que significa que podem suportar condições adversas.

Tamanho compacto

Os ímanes de terras raras de samário-cobalto são frequentemente fabricados em tamanhos comprimidos, o que dificilmente diminui a sua força magnética. De facto, demonstram propriedades magnéticas mais fortes em comparação com ímanes maiores feitos de outros elementos. O tamanho compacto torna-os ideais para dispositivos e aplicações que precisam de dar prioridade ao espaço.

Limitações dos ímanes permanentes de samário

As propriedades magnéticas excepcionais exibidas pelos ímanes de terras raras SmCo significam que são indispensáveis em numerosas aplicações. No entanto, isto não significa que sejam desprovidos de deficiências. Aqui estão alguns dos inconvenientes associados aos ímanes SmCo.

Relativamente dispendioso

Os elementos utilizados para fabricar ímanes permanentes SmCo são escassos, o que se traduz em preços mais elevados. Além disso, o fabrico destes ímanes envolve processos sofisticados que os tornam mais caros.

Em comparação com os ímanes concorrentes, como os ímanes de neodímio e os ímanes de cerâmica, são bastante caros. No entanto, o custo adicional é compensado pelas fortes propriedades magnéticas que exibem.

Fragilidade

Os ímanes de samário-cobalto são geralmente frágeis e, quando sujeitos a uma força física, tendem a partir-se ou a estilhaçar-se. Esta fragmentação ou estilhaçamento pode resultar na privação da força magnética.

Consequentemente, isto proíbe a utilização de ímanes SmCo em dispositivos propensos a forças mecânicas. No entanto, esta limitação pode ser facilmente ultrapassada através da prática dos cuidados recomendados.

Propenso a desmagnetização

Os ímanes permanentes SmCo exigem um manuseamento adequado para manterem o magnetismo de forma permanente. Se determinadas condições operacionais forem violadas, os ímanes perdem as suas caraterísticas magnéticas.

Por exemplo, se o íman for sujeito a uma grande força física ou a condições de calor extremo, a sua força magnética pode diminuir significativamente.

Tipos de classes de ímanes SmCo

Os ímanes de terras raras de samário-cobalto são normalmente fabricados em diferentes graus, o que reflecte a diversidade das suas aplicações. Embora existam vários tipos de ímanes SmCo, há apenas dois que são bem conhecidos e muito procurados.

Ímanes permanentes Sm1Co15

Esta classe de ímanes SmCo é constituída por samário e cobalto numa proporção de 1:5, respetivamente. O produto energético dos ímanes Sm1Co15 varia entre 15-24 MGOe, o que aumenta a sua estabilidade térmica.

Têm uma temperatura de curie de cerca de 700°C e é altamente improvável que sejam desmagnetizados. Por este motivo, são utilizados de forma proeminente em aplicações aeroespaciais e em equipamento médico.

Ímanes permanentes Sm2Co17

Os ímanes da classe Sm2Co17 contêm samário e cobalto numa proporção de 2:17. Têm uma gama de produtos energéticos BHmax de 22-32 MGOe, o que significa que podem gerar campos magnéticos extremamente elevados.

A sua temperatura curie (aproximadamente 800°C) é também superior à dos ímanes da classe Sm1Co15. Isto torna-os ideais para utilização em motores eléctricos, altifalantes de áudio e sensores magnéticos.

Propriedades dos ímanes permanentes de samário-cobalto

Os ímanes de terras raras SmCo são utilizados numa miríade de aplicações diversas, principalmente porque possuem propriedades únicas e inigualáveis.

Estas propriedades fazem com que se destaquem quando comparados com outros ímanes. Eis as principais caraterísticas que fazem dos ímanes de samário-cobalto alguns dos melhores da indústria:

Caraterísticas de temperatura do íman SmCo

Os ímanes SmCo são conhecidos principalmente por demonstrarem estabilidade a altas temperaturas. Isto significa que podem funcionar corretamente mesmo quando sujeitos a calor elevado. Além disso, não sofrem perda de magnetização.

Os dois tipos de ímanes de samário-cobalto apresentam diferentes níveis de estabilidade térmica, com o Sm1Co15 a apresentar uma temperatura operacional máxima de 250 graus. A classe Sm2Co17 apresenta uma temperatura máxima de funcionamento de 350 graus e uma temperatura de curie de cerca de 800 graus. Por outro lado, a temperatura de curie dos ímanes Sm1Co5 é de aproximadamente 700 graus.

Caraterísticas anti-corrosão dos ímanes SmCo

Para além de apresentarem uma estabilidade térmica superior, os ímanes de samário-cobalto apresentam também fortes caraterísticas anti-corrosão. Raramente sofrem oxidação ou ferrugem, o que os torna soluções perfeitas para aplicações que estão frequentemente sujeitas a humidade.

Ao contrário de outros materiais magnéticos, como o neodímio, os ímanes de samário-cobalto não necessitam de um revestimento adicional para superar os elementos corrosivos.

No entanto, quando se trata de condições extremamente voláteis, os fabricantes de ímanes SmCo podem empregar um tratamento de superfície utilizando revestimentos como o níquel para obter resistência à corrosão.

Densidade do íman SmCo

A densidade do íman mede simplesmente a massa do íman por unidade de volume e é frequentemente indicada em gramas por centímetro cúbico (g/cm³).

Os ímanes permanentes de cobalto samário sempre demonstraram uma densidade de energia comparativamente mais elevada em comparação com outros ímanes permanentes. Isto significa que podem reservar uma energia magnética muito elevada em pequenos volumes, o que explica o facto de serem relativamente compactos.

A maioria dos ímanes permanentes Sm1Co15 tem densidades magnéticas que variam entre 7,2-8,4 g/cm³. A maioria dos ímanes permanentes Sm2Co17, por outro lado, tem densidades magnéticas que variam entre 8,2 e 8,4 g/cm³.

Força do íman SmCo

A força magnética dos ímanes de samário-cobalto é frequentemente medida pela força dos campos magnéticos gerados. Os ímanes permanentes de SmCo apresentam um dos mais elevados produtos de energia magnética (BHmax), superando o produto energético de outros ímanes permanentes, como os ímanes de ferrite.

No caso dos ímanes de samário-cobalto, o produto energético varia entre 16 MGOe e mais de 32 MGOe, o que é impressionantemente elevado, uma vez que os ímanes de cerâmica têm um produto energético de 1-5 MGOe. No entanto, os ímanes permanentes de neodímio apresentam um BHmax mais elevado.

Coercividade dos ímanes permanentes SmCo

A coercividade descreve a resistência de um íman à desmagnetização e os ímanes de terras raras de samário-cobalto têm uma força coerciva muito elevada.

No entanto, vários factores podem influenciar a coercividade dos ímanes SmCo, incluindo o processo de fabrico. A coercividade é normalmente medida em quiloampere por metro (KA/m) ou kiloersted (KOe).

Os ímanes permanentes SmCo5 tendem a apresentar uma força de coercividade mais baixa em comparação com os ímanes permanentes Sm2Co17.

Tipos de ímanes de terras raras SmCo

Ao longo dos anos, o número de tecnologias de ponta dependentes dos ímanes SmCo proliferou enormemente.

Isto obrigou os fabricantes de ímanes SmCo a apresentarem alternativas variadas para satisfazer a procura sempre crescente. Eis as principais classificações dos ímanes de samário-cobalto com base na composição, tamanho e forma.

Ímanes de anel SmCo

Os ímanes SmCo em anel são alguns dos tipos de ímanes SmCo mais conhecidos. O seu nome deve-se à forma com que se assemelham.

Têm uma forma circular com um vazio que os faz parecer verdadeiros anéis. Os ímanes de samário-cobalto em anel são fáceis de montar e apresentam campos magnéticos potentes. Isto explica a razão pela qual são normalmente utilizados em altifalantes e sensores magnéticos.

Ímanes de bloco SmCo

Os ímanes de samário-cobalto em bloco assemelham-se a um bloco e podem ter a forma de um quadrado ou de um retângulo.

Têm uma superfície plana e os seus pólos magnéticos norte e sul estão localizados em ambas as extremidades, o que os torna extremamente robustos. Os ímanes de bloco SmCo são utilizados principalmente em aplicações de separação magnética, motores e fabrico.

Ímanes SmCo em barra

Os ímanes em barra SmCo têm uma forma retangular e são muito populares devido aos seus fortes campos magnéticos.

Têm um rácio de aspeto elevado, o que os torna perfeitos para aplicações que requerem campos magnéticos potentes. Estas aplicações incluem a investigação e a separação magnética.

Ímanes de barra SmCo

A forma dos ímanes de samário-cobalto em barra assemelha-se a uma barra real e são cilíndricos com um diâmetro regular ao longo do seu comprimento.

Esta forma facilita a sua colocação em dispositivos distintos. Os ímanes SmCo em barra são utilizados principalmente para agitação magnética, mas também podem ser utilizados em dispositivos médicos e sensores magnéticos.

Ímanes profundos de samário-cobalto

Os ímanes SmCo de pote profundo têm diferentes formas e incluem um íman de samário-cobalto encerrado num invólucro feito de aço ou de outras ligas.

O invólucro apresenta normalmente um orifício, o que facilita a instalação dos ímanes. São utilizados principalmente para aplicações de fixação magnética, pelo que são bastante populares na indústria automóvel.

Ímanes de arco SmCo

Os ímanes de arco de samário-cobalto têm uma forma curva que os faz parecer arcos reais. Geram campos magnéticos parciais ao longo da periferia do arco, o que os torna ideais para aplicações que requerem forças magnéticas limitadas.

Por exemplo, os ímanes Arc SmCo são normalmente utilizados em motores eléctricos, acoplamentos magnéticos e geradores.

Ímanes SmCo de anel com furo escareado

Os ímanes de anel SmCo com furo escareado assemelham-se aos ímanes de anel típicos, mas com um furo escareado.

Isto facilita muito o processo de montagem destes ímanes, uma vez que podem ser fixados sem problemas com um parafuso. São amplamente utilizados em fechos magnéticos de portas, suportes de sinalização e fechos de armários.

Íman de cilindro SmCo

Os ímanes cilíndricos de samário-cobalto podem ser identificados pelo seu aspeto cilíndrico, o que aumenta os seus campos magnéticos.

São bastante fortes, pelo que são amplamente utilizados em equipamento médico, sensores magnéticos e motores eléctricos.

Ímanes de disco SmCo

Tal como os discos típicos, os ímanes de disco permanente SmCo são finos e têm uma superfície circular plana.

São compactos, o que qualifica a sua utilização em aplicações que requerem elevada precisão. Os ímanes de disco SmCo são muito apreciados em aplicações de sensores magnéticos, bem como em rolamentos magnéticos.

Ímanes ocos SmCo

Os ímanes ocos de samário-cobalto assemelham-se a ímanes cilíndricos, mas com um vazio no centro. Este vazio torna-os leves, o que permite a sua aplicação em dispositivos sensíveis ao peso.

Os ímanes ocos SmCo são frequentemente utilizados na indústria aeroespacial, bem como em equipamento médico.

Ímanes SmCo ligados

Os ímanes de samário-cobalto ligados não estão no mercado há tanto tempo como alguns dos outros tipos de ímanes SmCo.

O seu processo de fabrico envolve a mistura de pó de samário-cobalto com um aglutinante de polímero. A mistura resultante é depois espremida e moldada de forma adequada. Os ímanes SmCo ligados são facilmente personalizados, pelo que são amplamente utilizados em produtos electrónicos de consumo.

Ímanes sinterizados SmCo

Os ímanes de samário-cobalto sinterizados são perfeitos para dispositivos que funcionam em condições de calor, uma vez que são fabricados através da sinterização do pó de SmCo. O processo de sinterização utiliza temperaturas elevadas, o que reforça as propriedades magnéticas do íman.

Os ímanes sinterizados SmCo oferecem uma excelente estabilidade térmica e uma elevada resistência à corrosão.

Ímanes SmCo vs Ímanes de Neodímio

Ímanes de samário-cobalto e ímanes de neodímio são, sem dúvida, dois dos tipos mais proeminentes e eficazes de ímanes permanentes de terras raras.

Ambos demonstram forças magnéticas impressionantes, mas também exibem alguns graus variados de distinção.

Aspeto	Ímanes permanentes SmCo	Ímanes permanentes NdFeB
Composição.	Os principais elementos são o samário e o cobalto. Podem também ser adicionados vestígios de outros elementos.	O elemento primário é o neodímio, mas com vestígios de ferro e boro.
Produto de energia magnética.	Têm um produto de energia magnética que varia entre 15-32 MGOe.	São extremamente fortes e possuem um produto de energia magnética que varia entre 32-52 MGOe.
Estabilidade de temperatura.	Têm uma estabilidade relativamente mais elevada à temperatura de aproximadamente 350°C.	A sua estabilidade térmica é comparativamente mais baixa, aproximadamente 80-150 °C.
Custo.	São comparativamente mais caros, uma vez que o samário e o cobalto são difíceis de obter.	O seu fabrico é relativamente mais barato e, por conseguinte, os seus preços são mais baixos.
Resistência à corrosão.	O cobalto torna os ímanes permanentes SmCo bastante resistentes à corrosão e à oxidação.	São frequentemente afectados pela corrosão, mas esta limitação é muitas vezes suprimida envolvendo a sua superfície com revestimentos anti-corrosivos.

 

Processo de fabrico de ímanes de samário-cobalto (SmCo)

Os ímanes de samário-cobalto são altamente considerados e venerados porque apresentam excelentes propriedades magnéticas.

Para criar ímanes SmCo de elevado desempenho, é necessário um processo complexo e é preciso ter cuidado para garantir a qualidade do produto final.

Etapa 1: Preparação das matérias-primas

Antes do início do processo de fabrico, as matérias-primas são obtidas e tratadas para garantir a sua qualidade.

Podem ser utilizados diferentes processos de preparação, mas os processos de pré-tratamento mais comuns incluem a adição de elementos suplementares como o ferro e o cobre.

Etapa 2: Aquecimento da liga

Após uma preparação adequada dos elementos de terras raras, os elementos resultantes são injectados num forno e fundidos a temperaturas extremamente elevadas. A temperatura é controlada para não afetar a composição e as capacidades do material magnético.

Etapa 3: Fundição de lingotes

O líquido resultante é consequentemente retirado do forno e arrefecido em moldes de diferentes tamanhos e formas. Estes moldes são conhecidos como lingotes, que podem ser redimensionados consoante a utilização pretendida.

Etapa 4: Recozimento do lingote

O recozimento é efectuado principalmente para reforçar as propriedades magnéticas dos materiais magnéticos. Esta etapa submete essencialmente os lingotes resultantes a um calor constante. Além disso, a microestrutura dos lingotes é polida.

Etapa 5: Magnetização

Após o recozimento do lingote, o material magnético SmCo dimensionado é exposto a campos magnéticos mais fortes. Isto magnetiza o material, dotando-o de propriedades magnéticas robustas. O processo de magnetização simplesmente alinha os domínios magnéticos uniformemente.

Etapa 6: Corte

O material magnético SmCo totalmente magnetizado é depois dividido em tamanhos mais pequenos, com diferentes formas, de acordo com as necessidades. Os ímanes resultantes são produtos acabados prontos para expedição.

Etapa 7: Tratamento de superfície

Embora os ímanes de samário-cobalto apresentem fortes capacidades anti-corrosão, podem ser revestidos com um material anti-corrosivo. Isto é particularmente importante para os ímanes que se destinam a ser utilizados em ambientes altamente corrosivos.

Conselhos de segurança para o manuseamento de ímanes de samário-cobalto.

É extremamente importante ter sempre cuidado e segurança ao manusear ímanes de samário-cobalto.

Isto pode evitar ferimentos e danos, bem como aumentar a produtividade dos ímanes. Aqui estão algumas das dicas de segurança que devem ser praticadas:

• Usar sempre armaduras de proteção, como luvas e óculos de proteção, para evitar ferimentos desnecessários.
• Mantenha sempre os ímanes SmCo afastados de componentes electrónicos sensíveis para evitar interferências e perda de dados.
• Reservar sempre os ímanes permanentes SmCo de acordo com as instruções fornecidas. Mantenha-os afastados de ímanes externos que possam interferir com o alinhamento dos domínios magnéticos.
• Utilizar técnicas de proteção magnética ao manusear ímanes de samário-cobalto extremamente robustos.
• Certifique-se sempre de que estão inacessíveis às crianças para evitar lesões corporais.
• Respeitar sempre as instruções de utilização fornecidas pelo fabricante do íman SmCo.

Utilização dos ímanes de terras raras SmCo

Entre a miríade de ímanes de terras raras disponíveis no mercado atual, os ímanes permanentes de terras raras SmCo estão sujeitos a uma grande procura. Isto deve-se principalmente ao facto de serem versáteis e altamente benéficos. As suas utilizações transcendem os seguintes sectores:

Ímanes SmCo para altifalantes

Os ímanes SmCo para altifalantes são especialmente concebidos para se destacarem pela qualidade do som produzido pelos altifalantes de áudio. São extremamente duráveis e podem resistir ao teste do tempo, apesar de estarem sujeitos a temperaturas e vibrações relativamente elevadas.

Ímanes SmCo para levantadores

Os ímanes SmCo para elevadores proporcionam uma forma mais eficiente e económica de segurar e elevar cargas pesadas nas indústrias transformadoras e até nos portos.

Possuem uma força magnética exemplar, o que os torna capazes de levantar e transportar objectos ferrosos.

Ímanes SmCo para motores

Os motores estão frequentemente expostos ao calor e isto significa que certos ímanes com estabilidade térmica inferior não podem ser montados em motores. Os ímanes SmCo para motores, pelo contrário, são perfeitos para motores, uma vez que podem tolerar temperaturas elevadas e resistir à desmagnetização.

Ímanes SmCo para Actuadores

Os actuadores são obrigatórios para o funcionamento de determinados sistemas e máquinas. O movimento nos actuadores necessita de ímanes para ser iniciado e os ímanes de samário-cobalto provaram ser excelentes nesta função. A estabilidade das suas forças magnéticas garante um desempenho estável e consistente dos actuadores.

Ímanes de samário-cobalto para acoplamentos magnéticos

Os acoplamentos magnéticos necessitam de campos magnéticos robustos para disseminar o binário.

Os ímanes de terras raras SmCo têm a capacidade de gerar campos magnéticos suficientemente fortes para os acoplamentos magnéticos. Estes acoplamentos são amplamente utilizados no processamento químico e em aplicações subaquáticas.

Ímanes SmCo para rolamentos magnéticos

Os equipamentos avançados de alta velocidade estão agora a explorar rolamentos magnéticos para garantir um funcionamento sem problemas.

No entanto, estes rolamentos necessitam de forças magnéticas robustas e os rolamentos magnéticos SmCo oferecem exatamente isso. Isto explica a ampla utilização de ímanes de samário-cobalto em centrifugadoras e volantes de inércia, entre outras aplicações.

Utilizações adicionais dos ímanes SmCo

• Sensores magnéticos
• Sistemas de perfuração
• Turbinas eólicas
• Dispositivos médicos.
• Inspeção de condutas
• Agitação magnética
• Armazenamento magnético
• Máquinas turbo

Conclusão

O SmCo é um íman permanente que desempenha um papel importante em muitas indústrias. Existem em vários tipos e formas.

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