Os ímanes consistem em objectos ou materiais que podem criar um campo magnético e influenciar materiais ferromagnéticos nas suas proximidades. Um íman tem normalmente um par de pólos de onde emana o campo magnético.
Neste guia, vai aprender a fabricar ímanes.
Classificação dos ímanes
Antes de abordar o processo de fabrico dos ímanes, é importante ter em conta as diferentes classificações dos ímanes:
1. Ímanes temporários
São materiais que se tornam magnéticos quando há campo magnético e não se sustenta por si só. Inclui: Ferro macio e algumas das suas ligas como a permalloy (ferro e níquel), pregos, clipes de papel.
2. Electroímanes
Com estes ímanes, um fio enrolado num núcleo metálico cria magnetismo quando a corrente flui através do fio.
O campo magnético, cuja intensidade é determinada pela quantidade de corrente, perde-se quando a corrente é cortada.
3. Ímanes permanentes
Trata-se de materiais especiais que não necessitam de qualquer força ou fenómeno externo para possuírem propriedades magnéticas. Desde que estejam reunidas as condições ambientais necessárias, mantêm o magnetismo durante muito tempo.
Alguns ímanes permanentes podem perder apenas uma fração das suas propriedades magnéticas ao fim de 10 anos.
Factores a considerar antes do fabrico de ímanes
Antes de considerar o fabrico de ímanes, é necessário ter em conta estes quatro factores críticos que influenciam o desempenho magnético:
Temperatura de Curie (TC)
O Temperatura de Curie define a temperatura a partir da qual se perdem as propriedades magnéticas (permanentes) de um material. Normalmente, esse material sofre um fenómeno chamado magnetismo induzido neste ponto. É um fator especialmente importante a ter em conta no fabrico de ímanes para aplicações a altas temperaturas.
Coercividade (Hc)
Coercividade é uma propriedade que descreve a capacidade do material de resistir à desmagnetização quando na presença de um campo magnético externo. No fabrico de ímanes permanentes, são necessários materiais com elevada coercividade, que é medida em amperes/metros.
Remanescência (Br)
Também conhecido como magnetismo residual, A remanência é a medida da força do campo magnético de um íman permanente, que descreve a quantidade de fluxo magnético que resta num íman permanente após o processo de fabrico. A remanência é a medida da intensidade do campo magnético de um íman permanente.
Produto Maximum Energy (BHmáximo)
A unidade SI para este valor é kilojoules/metro cúbico - kJ/m3.
Normalmente, o produto máximo de energia significa a densidade de energia magnética de um íman permanente. É o produto do densidade do fluxo magnético valor máximo (B) e a sua intensidade de campo (H).
Processo de fabrico de ímanes
Parte A: Electroímanes
Os electroímanes possuem um núcleo magnético com um fio enrolado ao longo do seu comprimento, que induz magnetismo quando sujeito a um fluxo de corrente. Ao fabricar electroímanes, encontrará:
- O ferro como núcleo
- Cobre metálico que forma a bobina
A fundição de metais é o processo comum utilizado no fabrico de electroímanes.
Durante a fundição metálica de ímanes, é possível utilizar moldes expansíveis e não expansíveis. Como resultado, é possível fabricar ímanes com muitos designs e configurações.
Fundição
Na fundição do núcleo eletromagnético, os passos seguintes são típicos:
Passo 1: Criação do padrão
O padrão determina a forma do seu molde com base na forma desejada do núcleo magnético. Um padrão tem de ser dimensionalmente exato e capaz de ser removido da cavidade do molde sem danos.
Um molde deve também permitir o encolhimento e a passagem do metal fundido através de sprues, gates e risers. Pode utilizar plástico, madeira, metal ou cera para o seu material de molde, dependendo do processo e do volume.
Etapa 2: Fabrico do molde
Dependendo da sua técnica de fundição, pode ter um molde reutilizável ou não reutilizável. O metal é normalmente utilizado em moldes reutilizáveis, ao passo que a cerâmica e a areia são típicas dos moldes não reutilizáveis.
O processo de moldagem envolve a formação de um molde através da impressão de um padrão utilizando pó cerâmico ou areia num frasco. Depois de obter o molde pretendido, o padrão é removido por fusão ou separação das metades do frasco, consoante a técnica de moldagem.
Etapa 3: Derreter o ferro ou a liga de ferro
Os núcleos electromagnéticos são formados a partir de ferro ou das suas ligas que combinam elementos como o cobalto, que oferecem as melhores propriedades electromagnéticas. Aquecer o metal até ao estado fundido.
Passo 4: Preenchimento do molde
Encher a cavidade do molde vertendo o metal liquefeito do cadinho, tendo em conta todas as precauções de segurança necessárias. O processo de enchimento não deve ser demasiado lento (pode começar a endurecer antes de encher completamente) ou demasiado rápido (pode danificar o molde).
Etapa 5: Remoção do gesso
A remoção do molde não ocorre até que o metal fundido arrefeça e solidifique completamente. Para um molde descartável, vibra-se o conjunto para iniciar a quebra do molde e libertar o fundido.
Nos moldes não expansíveis, a remoção dos pinos ejectores ajudará a remover o íman fundido.
Etapa 6: Acabamento
Após a remoção do molde, são efectuados procedimentos de acabamento, tais como a limpeza, removendo qualquer material remanescente do molde. Também se cortam as portas utilizadas para direcionar o metal fundido para a cavidade do molde e alisam-se as arestas.
Passo 7: Fazer a bobina
O fio de cobre fabricado a partir da trefilagem de varas de cobre através de uma série de matrizes é utilizado para formar a bobina de um eletroíman. Depois de retirar o núcleo de ferro do molde, enrola-se o fio de cobre sobre ele ao longo do seu comprimento.
Note-se que o número de voltas do fio de cobre influencia a força do eletroíman juntamente com a quantidade de corrente.
Etapa 8: Fornecimento de terminais
Os terminais permitem-lhe ligar o seu conjunto de electroímanes a uma fonte de corrente que iniciará a criação do campo magnético. As correntes CA e CC são utilizadas em electroímanes, dependendo da aplicação.
Partes B: Ímanes permanentes
Os ímanes permanentes de uso corrente são o resultado de anos de investigação com combinações únicas de metais. A cerâmica, elementos de terras raras (neodímio e samário-cobalto) e o alnico são os principais ímanes deste tipo.
No fabrico de ímanes permanentes a partir de elementos de terras raras, estes são revestidos/galvanizados para proteção devido à sua suscetibilidade à deterioração e à fragilidade.
1. Ímanes de neodímio (NdFeB)
O neodímio é um dos melhores ímanes permanentes da atualidade. Contém neodímio, ferro e boro.
Ao longo dos anos, a sinterização continua a ser uma técnica de fabrico popular para ímanes de neodímio (NdFeB).
Sinterização
O processo de sinterização para o fabrico de ímanes de neodímio é prático e foi adotado por muitos fabricantes de ímanes.
Depende dos princípios da metalurgia do pó. Normalmente, este processo tem uma grande liberdade, permitindo-lhe fabricar qualquer tipo de íman.
No entanto, o processo pode ser resumido da seguinte forma:
Liga e fundição em tiras
No processo de liga, o neodímio, o ferro, o boro e outros elementos menores são combinados nas quantidades desejadas. O processo de liga serve para alterar a microestrutura do produto final, melhorar as operações subsequentes e aumentar as qualidades magnéticas.
O aglomerado é então fundido e fundido em tiras por aquecimento num forno sob condições de vácuo. É utilizado um ambiente de vácuo para evitar que o ar reaja com a fusão, contaminando assim o material da liga.
O metal fundido é pressionado para um tambor de arrefecimento, onde é submetido a um processo de arrefecimento rápido. O resultado é a formação de pequenos grãos de metal bem posicionados para um processamento eficiente nas fases subsequentes e para a qualidade do produto final.
Decrepitação e moagem de hidrogénio
O processo de fundição em tiras resulta em folhas de pequenos grãos que precisam de ser pulverizados para o fabrico de ímanes. A decrepitação por hidrogénio infunde hidrogénio para fragmentar ainda mais o material, permitindo um processamento mais simples em fases posteriores.
As partículas mais pequenas são reduzidas a pó através da moagem a jato, que utiliza um fluxo de gás inerte a alta pressão. O gás inerte é ciclónico, assegurando que as partículas são distribuídas por tamanho e impedindo a sua fixação à parede do recipiente.
Pressionar
O processo de prensagem ocorre em duas etapas, como se segue:
Sob a ação de um campo magnético
Aqui, o pó é transferido para um molde numa prensa automatizada, ainda sob a influência de gás inerte. Segue-se uma operação de prensagem sob um forte campo magnético que resulta num alinhamento das partículas.
A orientação do seu campo magnético pode ser:
- Alinhado com o bloco moldado ou,
- Perpendicular ao bloco moldado
A primeira opção é normalmente selecionada para fornecer a anisotropia mais elevada para o íman.
Prensagem isostática
Aqui, o bloco extraído do molde é submetido a uma grande pressão enquanto submerso numa prensa isostática a frio. O resultado é que quaisquer buracos de ar dentro do bloco são eliminados, resultando num bloco mais pequeno.
Figura que mostra o fluxo do processo para o íman de NdFeB:
Sinterização
O bloco é aquecido no forno. Durante o processo, a temperatura de aquecimento não deve exceder o ponto de fusão do material.
A alta temperatura excita os átomos do material, aumentando as propriedades mecânicas e magnéticas do bloco.
A orientação dos domínios está na direção atribuída na prensagem isostática. A alta temperatura resulta na obtenção da densidade de fluxo necessária, reduzindo ainda mais os blocos de metal, mas pela última vez.
Recozimento
O processo de sinterização provoca tensões térmicas no bloco metálico, o que exige outro tratamento térmico a temperaturas reduzidas para eliminar as tensões. Este processo consiste em submeter os blocos a episódios alternados de alta temperatura e baixa temperatura durante um determinado período de tempo, sendo gradualmente levados à temperatura ambiente.
Maquinação e tratamento de superfície
Os processos de maquinagem, como o corte e a retificação, são essenciais para dar ao NdFeB a forma desejada e com o mínimo de resíduos. Isto é realizado através de um controlo rigoroso e da reciclagem dos resíduos.
Devido à natureza frágil do NdFeB e à sua baixa resistência à corrosão, é necessário um procedimento de tratamento de superfície como a galvanização. Algumas das opções de revestimento incluem níquel-cobre-níquel, alumínio-zinco e até epóxi.
Ensaios
Como em qualquer processo de fabrico, o ensaio de produtos é vital para garantir um controlo de qualidade rigoroso e a conformidade com as normas. Para aumentar a eficiência, efectue a avaliação do processo em todas as fases do processo, minimizando o risco dispendioso de um produto defeituoso.
Magnetização
No processo de magnetização, o NdFeB é encerrado numa bobina eléctrica alimentada para gerar um campo magnético breve mas maciço. O material assume o campo magnético assim que a bobina eléctrica é desligada, criando um íman de neodímio.
2. Ímanes de samário-cobalto (SmCo)
Tal como o neodímio, o fabrico do samário-cobalto envolve a conversão do pó. No entanto, este processo de fabrico difere em certos aspectos para o samário-cobalto.
Na indústria transformadora ímanes de samário-cobalto, O processo decorre da seguinte forma:
Preparação da liga
A preparação da liga de samário-cobalto envolve a fusão por indução dos metais samário e cobalto no vácuo ou na presença de gás inerte. O material de liga fundido pode então ser moldado em lingotes para o processo seguinte ou transformado em pedaços.
Fresagem
Neste caso, os pedaços ou lingotes de liga de samário-cobalto são reduzidos a pó através de um processo de moagem. É utilizado um potente moinho de martelos para triturar estes grandes materiais sólidos de liga, geralmente na presença de azoto.
É possível utilizar a fresagem a jato, em que a desintegração do material de liga é feita por atrito causado pela colisão de partículas a alta velocidade. Os parâmetros importantes a considerar durante o processo de fresagem são: o tamanho das partículas e a sua distribuição, a oxidação e os defeitos cristalinos.
A moagem resulta na redução do material da liga a minúsculas partículas monocristalinas, aumentando a área de superfície para o processo de sinterização. A ausência de limites de grão nas partículas permite apenas um único eixo de magnetização, influenciando a coercividade.
Alinhamento e prensagem
Obtém-se as mais altas qualidades magnéticas possíveis, instigando um alinhamento de partículas antes da compactação.
Ao induzir as propriedades magnéticas, certifique-se de que estas são paralelas às partículas de pó.
Uma matriz ou prensa isostática conduz a compactação na presença de um campo magnético paralelo ou perpendicular à direção de prensagem. O campo magnético pode assumir formas estáticas ou pulsadas, em que um grande campo homogéneo resulta num alinhamento uniforme e de alto padrão.
O alinhamento é um produto das caraterísticas das partículas, como a forma e o tamanho, a força do campo magnético e a pressão de compactação. A pressão aplicada durante a prensagem não deve perturbar a distribuição das partículas, mas sim ser apenas suficiente para suportar o manuseamento.
O alinhamento isostático é preferível à prensagem por matriz, uma vez que pode compactar os pós em campos magnéticos quatro vezes superiores aos deste último. Consequentemente, o alinhamento das partículas é melhorado e mantido durante toda a prensagem, com um produto de energia máxima e remanência mais elevados.
Sinterização e cura
Na sinterização do samário-cobalto, o processo é efectuado em atmosferas redutoras, na presença de gás inerte ou em condições de vácuo. Através da sinterização, o crescimento do grão é inibido, promovendo as qualidades finais do íman.
A sinterização deve ser efectuada a uma temperatura constante e durante um período definido. Isto evita a formação de espaços de ar que podem ser propensos à oxidação e prejudicar a utilidade do íman ao longo do tempo.
Um processo de cura sucede ao processo de sinterização para cultivar a coercividade do SmCo a um nível ótimo e formar propriedades de laço.
Maquinação
A sinterização altera a forma e o tamanho do íman de SmCo, normalmente para os parâmetros desejados do produto final, como resultado do encolhimento. Por conseguinte, é necessário efetuar algumas operações de maquinagem para obter as caraterísticas prescritas para o íman.
O material SmCo é muito frágil e altamente vulnerável a lascas e rupturas, tornando desaconselhável a fixação direta em mandris. Em vez disso, adesivos únicos fixados a um suporte de aço mantêm o material magnético em posição quando se utilizam máquinas normais para retificação.
Magnetização
Embora seja possível magnetizar o SmCo antes da montagem devido à sua elevada coercividade e permeabilidade de recuo razoável, a sua natureza frágil sugere o contrário. Por isso, muitos materiais SmCo são magnetizados durante a montagem, aplicando um campo magnético cerca de duas vezes superior à sua coercividade.
Ensaios
O processo de teste dos ímanes SmCo consiste em compreender as curvas de desmagnetização dos ímanes utilizando dados de um fluxómetro. Os valores são comparados com os de um íman padrão e, em seguida, são classificados de acordo com as suas densidades de fluxo.
Ímanes de alnico
Estes ímanes são constituídos por:
- Cobalto (Co)
- Alumínio (Al)
- Níquel (Ni)
Podem ser feitas pequenas adições de metais refractários, ferro e cobre para aumentar as qualidades mecânicas.
Ímanes de alnico apresentam qualidades excepcionais, tais como qualidades térmicas impressionantes, como uma temperatura de funcionamento elevada e uma excelente resistência à corrosão. No entanto, apresentam baixa coercividade, o que os torna susceptíveis de desmagnetização.
O fabrico do alnico pode ser efectuado através de um dos seguintes processos: fundição ou sinterização:
Fundição
A fundição do alnico permite-lhe fabricar formas complexas, possibilitando assim uma aplicação mais alargada. O processo de fundição do alnico engloba geralmente as seguintes etapas:
Fusão por indução
As temperaturas alcançadas na fusão por indução excedem os 1750°C, convertendo as pepitas sólidas de alumínio, níquel e cobalto em estado fundido. Devido ao baixo ponto de fusão do alumínio, este é adicionado nas últimas fases do processo.
Fundição
O alnico fundido é transferido para moldes de areia concebidos a partir de placas de padrão que partilham a forma final do íman para fundição. Depois de encher as cavidades dos moldes com o material fundido, estes são deixados a arrefecer e a solidificar antes de serem retirados dos moldes de areia.
Limpeza
Os alnicos fundidos a partir do processo de fundição têm imperfeições de superfície resultantes do processo de fundição que necessitam de ser removidas. Essas imperfeições incluem arestas vivas, rebarbas e as portas através das quais o material fundido foi conduzido.
Estas manchas são removidas através de lixagem com esfregões, lixagem com discos abrasivos e lixagem com água.
Figura que mostra o processo de fundição para Íman de alnico:
Tratamento térmico
O material magnético, agora alnico, é submetido a vários tratamentos térmicos, primeiro um processo de homogeneização a cerca de 1250 °C. Um breve episódio de recozimento segue-se ao arrefecimento magnético durante um quarto de hora a cerca de 850 °C.
O processo de recozimento é essencial para desenvolver uma microestrutura com qualidades anisotrópicas e espinodais. Finalmente, o íman é temperado durante, no máximo, um dia, com temperaturas de queda que atingem os 550°C. Isto permite atingir a coercividade máxima e a separação química dos componentes espinodais.
Maquinação
O processo de maquinagem é necessário para alterar o aspeto dos ímanes, embora em pequena escala. As operações de maquinagem comuns incluem o corte e a retificação, que permitem aplicar um acabamento de tolerância apertada nos ímanes.
Ensaios
Ao testar os seus ímanes, é necessário considerar a importância do parâmetro a testar para a sua aplicação e custo. Os resultados do seu teste devem ser diretamente atribuíveis a uma funcionalidade magnética.
Alguns processos de teste comuns para o íman incluem:
- Traçar uma curva B-H utilizando um permeâmetro que oferece uma descrição das propriedades magnéticas relacionadas com a temperatura.
- Efetuar estimativas de remanência, coercividade e produto energético máximo decifrando os momentos de dipolo totais a partir de medições do fluxo total.
- Utilização de um gaussímetro e de uma sonda para medir as densidades de fluxo.
Revestimento
Embora os ímanes de alnico tenham uma boa resistência à corrosão, podem ser aplicados revestimentos para melhorar a proteção da superfície. Alguns dos revestimentos mais comuns são os revestimentos epoxídicos, os revestimentos de níquel e os revestimentos de conversão como os cromatos, o ferro e o zinco.
Magnetização
No processo de magnetização, é utilizado um solenoide para produzir um campo magnético que alinha os domínios magnéticos do alnico. Um solenoide é essencialmente um eletroíman, mas oco para permitir o posicionamento do material a ser magnetizado.
Os parâmetros do campo de magnetização são importantes quando se executa um processo de magnetização, uma vez que influenciam as propriedades dos ímanes de alnico.
Sinterização
A vantagem da sinterização do alnico é uma melhoria das qualidades mecânicas em relação à fundição, sacrificando a capacidade magnética. O processo de sinterização é efectuado nas seguintes fases:
Fusão por indução
O processo de sinterização começa com a fusão dos elementos de alumínio, níquel e cobalto em condições especializadas. A fusão por indução combina os elementos individuais num único material de liga, após o que é fundido em tiras e arrefecido em grânulos.
Fresagem
O objetivo do processo de moagem é converter o material granular de alnico em pó para o processo de prensagem. É utilizada uma máquina de moagem na qual as partículas são submetidas a uma ação mecânica para as desintegrar nas dimensões de partículas desejadas.
Pressionar
O material em pó de alnico proveniente do processo de moagem é conduzido para matrizes especiais concebidas como o íman apareceria. Aqui, a prensa compacta-os sob uma grande pressão de cerca de cinco quilos de barras num sólido compacto.
Sinterização
A sinterização envolve um tratamento térmico rigorosamente controlado a temperaturas imediatamente abaixo do ponto de fusão num forno. Os espaços de ar são eliminados, compactando ainda mais o material de alnico e melhorando as propriedades mecânicas.
Arrefecimento
A peça de alnico é retirada do forno e arrefecida de uma de duas formas: através de arrefecimento isotrópico ou de arrefecimento anisotrópico. O arrefecimento anisotrópico é efectuado na presença de um campo magnético, enquanto o arrefecimento isotrópico é efectuado sem um campo magnético.
O arrefecimento sob um campo magnético alinha as partículas de alnico na direção desejada da orientação magnética. Quando se arrefece sem um campo magnético, é possível implementar uma orientação multipolar durante a magnetização.
Após o processo de arrefecimento, os últimos procedimentos de teste, revestimento e magnetização seguem de forma semelhante ao método de fundição.
Ímanes de ferrite/cerâmica
Ímanes de ferrite são económicos. Para além disso, têm uma excelente estabilidade térmica e resistência à corrosão.
No entanto, em comparação com os ímanes de terras raras e de alnico, são os que têm menos qualidades magnéticas.
A flexibilidade do fabrico de cerâmica e a sua compatibilidade com outros materiais permite o fabrico de diferentes ímanes de ferrite. As ferrites podem também ser ligadas a materiais poliméricos, dando origem a ímanes de plastoferrite muito mais fracos mas flexíveis.
O processo de fabrico de ferrites por sinterização assume a seguinte forma:
Mistura
A sinterização baseia-se na metalurgia do pó e o processo de produção de pó começa com a mistura de compostos cerâmicos. O óxido férrico é um material primário juntamente com o carbonato de estrôncio ou o carbonato de bário, mas não ambos.
A utilização de proporções adequadas dos dois materiais é necessária para assegurar o equilíbrio entre a coercividade e a remanência do íman. Quando se ultrapassa a quantidade necessária de óxido férrico, provoca-se o crescimento de grãos salientes e nega-se a coercividade.
Um excesso de carbonato funciona contra a propriedade de remanência dos ímanes. A introdução de sílica inibe o crescimento dos grãos e favorece a calcinação a temperaturas mais elevadas.
Calcinação
As temperaturas atingidas durante a calcinação variam entre 1250°C e 1300°C. As temperaturas muito baixas dificultam a conclusão da reação no estado sólido, enquanto as temperaturas muito elevadas reduzem a coercividade e promovem o crescimento do grão.
Figura que mostra o fluxo do processo para o íman de ferrite anisotrópico sinterizado:
Moagem húmida
O material de ferrite resultante da calcinação é moído até se tornar pó, adicionando água para formar uma pasta e melhorar o alinhamento e a densidade. A moagem húmida permite obter partículas entre 0,7 µm e 0,9 µm.
As partículas mais pequenas, inferiores a 0,7 µm, criam problemas durante a compactação e a sinterização. Por outro lado, as partículas maiores, com mais de 0,9 µm, reduzem a coercividade.
Prensagem húmida
As pequenas partículas da moagem húmida são transferidas para matrizes numa estação de prensagem com a presença de um forte campo magnético. O campo magnético é normalmente ortogonal à direção da prensagem mecânica.
As partículas húmidas são comprimidas sob grande pressão, normalmente entre 5-15 MPa. A cânfora e o álcool polivinílico podem ser adicionados como aglutinantes para aumentar a compressão e eliminados no processo de sinterização subsequente.
Uma alternativa à prensagem húmida é a prensagem a seco, que pode ser executada de forma anisotrópica ou isotrópica. No entanto, as pressões necessárias para comprimir o pó em forma compacta são muito mais elevadas, variando entre 40 e 80 MPa.
Sinterização
O material de ferrite compactado resultante do processo de prensagem é sinterizado através de um tratamento térmico que varia entre 1150°C e 1200°C. A temperatura de sinterização é geralmente inferior à utilizada na calcinação em cerca de 100°C para evitar o crescimento de grãos.
A cura cuidadosa e o controlo do crescimento de grãos consideravelmente alinhados sobre os menos alinhados melhoram a textura magnética do material de ferrite. As partículas de pó têm cerca de um micrómetro, o que as torna suficientemente pequenas para a fase seguinte.
É possível adicionar dióxido de silício, alumina, crómio ou óxido de cálcio individualmente ou em misturas para melhorar a densificação. A sinterização é propensa à retração anisotrópica, o que faz com que seja necessário ter em conta a conceção da matriz.
Retificação
A cerâmica sinterizada pode ser cortada e rectificada, apesar da sua incrível dureza e fragilidade. Podem ser utilizadas ferramentas com ponta de diamante e de carboneto, tais como rebarbadoras e serras.
Magnetização
Esta é a última etapa do processo de fabrico de um íman de ferrite anisotrópica sinterizada. O material de ferrite é sujeito a um campo magnético gerado por um solenoide até três vezes a coercividade desejada para o íman.
Ímanes ligados
Ímanes ligados são formados pela combinação de um material magnético duro com um aglutinante não magnético, normalmente um polímero ou elastómero. Os ímanes ligados podem ser rígidos ou flexíveis (embora com uma força magnética inferior), dependendo do material e da proporção da mistura.
Os elementos de terras raras, como o neodímio e o samário-cobalto, juntamente com as ferrites, são utilizados como material magnético duro, individualmente ou em combinações. Os aglutinantes comuns incluem poliéster, epóxis termoendurecidos e nylon para ímanes rígidos ligados, e vinil e borracha nitrílica para ímanes flexíveis.
Com ímanes ligados, a necessidade de operações secundárias é evitável. Isto reduz o custo de produção, que pode ser ainda mais reduzido através da apresentação de conjuntos de operação única.
No entanto, os ímanes ligados têm uma temperatura máxima de funcionamento relativamente baixa e uma estabilidade térmica fraca.
O fabrico de ímanes ligados pode ser representado da seguinte forma:
Preparação do material
Neste caso, os materiais principais são o aglutinante e o pó magnético. Pode ter ímanes de neodímio ligados, ímanes SmCo ligados ou ímanes de ferrite ligados, dependendo das necessidades da sua aplicação.
Mistura e moldagem
O processo de mistura serve para fornecer uma tensão uniformemente distribuída de material ligado para o processo de moldagem, onde é moldado. O processo de moldagem é fundamental para o fabrico de ímanes ligados com quatro opções de processamento disponíveis, como se segue:
Moldagem por injeção
Os materiais de neodímio e ferrite são normalmente utilizados como material magnético na moldagem por injeção. A mistura de materiais é submetida a temperaturas de fusão elevadas antes de ser injectada numa cavidade de molde especialmente concebida para arrefecimento.
É possível utilizar várias cavidades de molde ao efetuar uma produção de grande volume para aumentar a eficiência. A moldagem por injeção permite-lhe fabricar ímanes ligados com formas complexas, uma vez que pode fazer moldes com formas únicas.
Colagem por compressão
A ligação por compressão é sinónimo de fabrico de ímanes de neodímio ligados. Neste processo, os grãos de pó de neodímio são primeiro encapsulados pelo aglutinante liquefeito durante a mistura. A mistura de pó revestido é então transferida para uma cavidade de prensa onde altas pressões a compactam na forma desejada.
Um processo de cura a altas temperaturas (150°C-175°C) num forno segue-se à ligação por compressão para endurecer e solidificar ainda mais o aglutinante. O processo de ligação por compressão permite obter maiores densidades de fluxo para os ímanes ligados, em comparação com os ímanes fabricados por moldagem por injeção.
Calandragem
A calandragem utiliza maioritariamente pós de ferrite como material magnético e borracha flexível como aglutinante para produzir folhas contínuas com propriedades magnéticas. O NdFeB tem uma utilização limitada com um material híbrido que combina NdFeB e um composto de ferrite mais comum.
A mistura composta contendo borracha e material magnético é conduzida a sucessivos rolos aquecidos que aplicam uma grande força de compressão. A combinação de calor e pressão transforma a mistura composta em folhas com grande tensão em comprimentos variáveis.
Extrusão
A extrusão partilha os mesmos componentes brutos que os utilizados na calandragem, ou seja, ferrites, NdFeB ou híbridos NdFeB/ferrite com elastómeros flexíveis. A natureza abrasiva dos materiais NdFeB e ferrite exige que as ferramentas sejam revestidas com material resistente ao desgaste.
O material aglutinado, misturado e aquecido, é entregue a um sistema de matriz quente sob pressão através de um parafuso de extrusão. O produto extrudido, que assume o perfil da secção transversal da cavidade da matriz, é empilhado ou cortado nos comprimentos desejados.
Acabamento
A precisão dimensional dos materiais ligados nos processos destacados é elevada, tornando desnecessárias as operações secundárias. No entanto, é possível efetuar operações de acabamento como o corte e o puncionamento para extrair laminados com a forma desejada.
Revestimento
Para magnéticos rígidos ligados, como o neodímio, o revestimento oferece proteção da superfície contra a corrosão, aumentando a durabilidade. Os materiais de revestimento comuns aplicados na ligação são o epóxi e o revestimento de níquel.
Magnetização
O processo de magnetização para materiais magnéticos ligados envolve sujeitá-los a grandes campos magnéticos durante breves períodos. Este processo pode ser executado através de caminhos anisotrópicos ou isotrópicos com diferentes graus de sucesso.
Um caminho isotrópico para materiais magnéticos ligados simplifica o processo de fabrico, uma vez que a ausência de magnetização residual permite um manuseamento mais fácil do processo.
Comparação entre ímanes sinterizados e colados
A tabela seguinte destaca as diferenças entre ímanes sinterizados e colados.
| PROPRIEDADE | SINTERIZADO | VINCULADO |
| Força magnética | Produz ímanes muito fortes. | Os ímanes são menos fortes. |
| Resistência mecânica | Resistência mecânica relativamente baixa em comparação com a sua congénere. | Elevada resistência mecânica devido ao aumento da aderência das partículas. |
| Flexibilidade | Limitado nas formas dos ímanes que pode obter. | Capaz de fabricar ímanes com formas muito complexas. |
| Matérias-primas | Normalmente, utiliza apenas pó de material magnético. | Requer a utilização de material magnético em pó e um aglutinante de polímero. |
| Precisão dimensional | Têm uma baixa precisão dimensional que exige um processamento secundário. | Têm uma elevada precisão dimensional devido à formação única e não necessitam de processamento posterior. |
| Perda de processamento | Incorre em grandes perdas de material em processos secundários. | A formação de um componente único assegura o registo de baixas perdas de material. |
| Orientação magnética | Só pode ser magnetizado na direção indicada durante a prensagem do molde. | A natureza isotrópica do material permite a magnetização em arranjo multipolar. |
| Produto energético máximo (BHMAX) | Apresenta valores BH superiores a 50M. | Registar valores de BH muito inferiores a 10M. |
| Custo | Têm um custo elevado devido à utilização de pó de material magnético 100% e à necessidade de processamento secundário. | Tem um custo mais baixo devido à baixa necessidade de pó e à menor necessidade de maquinagem. |
Conclusão
Quer se pretenda fabricar ímanes permanentes ou temporários, é necessário um processo sequencial.
Idealmente, o processo de fabrico do íman determinará a qualidade e as caraterísticas do produto final.
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