Imanes fabricados en un nuevo proceso de laminación en caliente. Fuente: Laboratorio Nacional Ames
Investigadores del Instituto de Materiales Críticos, el Centro de Innovación del Departamento de Energía de EE. UU., dirigido por el Laboratorio Nacional Ames, han desarrollado un nuevo método para producir imanes permanentes de alto rendimiento.
Este nuevo proceso “Hot-roll Nano Neo Magnet” hace posible producir un imán permanente de neodimio de nanograno encapsulado en acero inoxidable en un proceso simple y comercialmente escalable. El proceso es semicontinuo en comparación con los procesos por lotes que se utilizan actualmente en la industria, lo que lo hace más eficiente en cuanto a costos y energía.
Los imanes permanentes de neodimio-hierro-boro (Neo) son cada vez más importantes en una variedad de tecnologías, incluidas las turbinas eólicas, los automóviles eléctricos y los teléfonos móviles. En muchas aplicaciones, los imanes permanentes deben operar a altas temperaturas. Desafortunadamente, incluso las temperaturas moderadas de alrededor de 150 °C (302 °F) degradan el rendimiento de los imanes permanentes.
Según Jun Cui, científico de Ames Lab, el mayor desafío en la creación de imanes permanentes es hacerlos más resistentes a la desmagnetización a altas temperaturas. Explicó dos maneras de resolver este problema. El primero es agregar disprosio al imán Neo. Sin embargo, el disprosio está catalogado como un material crítico por el DOE y muchos otros países, lo que significa que está disponible en cantidades muy limitadas. La segunda forma es producir imanes con tamaños de grano pequeños, comenzando el proceso de producción con partículas mucho más pequeñas de material magnético.
Cui explicó: “Hay dos formas tradicionales de hacer imanes. Una es hacer una gran cantidad de polvo de cierto tamaño, de tres a cinco micrones, que es el tamaño típico. Y estos polvos son terriblemente sensibles al aire. puede encenderse, así que ten cuidado con todo”. El segundo implica comenzar con polvos que son más pequeños, no medidos en micras sino medidos en nanómetros. A modo de comparación, un cabello humano suele tener 70 micras de diámetro y una micra son 1000 nanómetros.
Los polvos de tamaño micrométrico se exponen a un campo magnético para que los polos magnéticos de cada partícula apunten en la misma dirección y luego se compactan. Luego se combinan en un material sólido y completamente denso. En el caso del imán de disprosio Neo, el proceso de sinterización consiste en calentar el material a temperaturas muy altas para densificar el imán.
Para el método de nanopartículas, los polvos no contienen disprosio, pero deben empaquetarse muy apretadamente al principio y luego pasar por dos fases de deformación en caliente para densificar el imán. Una vez formados, los imanes siguen siendo sensibles al aire, por lo que pasan por un proceso de recubrimiento final en el que se recubren con níquel.
Un nuevo método desarrollado por Cui y su equipo simplifica este proceso. “Comenzamos como polvos y luego los empaquetamos en un tubo de acero inoxidable. Los empaquetamos muy densamente y luego simplemente los enrollamos en caliente”, explicó Cui. “Lo calentamos y luego lo enviamos al tren de laminación y luego todo funciona”.
Cui enumeró varias ventajas de este nuevo proceso. En primer lugar, no requiere un horno de vacío para proteger los materiales magnéticos del aire ya que el tubo de acero inoxidable está completamente sellado. En segundo lugar, pueden producir imanes más delgados que mantienen la integridad estructural y las propiedades magnéticas. En tercer lugar, elimina el paso de recubrimiento ya que los materiales permanecen en la carcasa de acero inoxidable durante todo el proceso. Finalmente, en lugar de un proceso por lotes, “Podemos producir continuamente imanes muy largos que se pueden cortar en muchos imanes más pequeños”, dijo Cui. “Así que ahora de repente estás buscando una forma completamente nueva de hacer imanes que sean rentables”.