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¿Le molesta el tiempo de los desplazamientos de larga distancia? Aunque podemos llegar a su destino tomando el metro, conduciendo y volando, todavía parece que lleva mucho tiempo. Sin embargo, existe una tecnología que puede dar un salto cualitativo en nuestro tiempo de desplazamiento, y es la levitación magnética. Tal vez sientas que la levitación magnética solo existe en películas o dramas de televisión. ¡Pero en julio de 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) y otros del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología formaron primero un equipo para estudiar el material. La apatita de plomo puro es un aislante, pero según Sukbae Lee y otros, la apatita de plomo dopada con cobre que forma LK-99 es un superconductor, o un metal a temperaturas más altas. Aunque no hay material superconductor confirmado a temperatura ambiente a presión normal, ¡también nos da esperanza! ¡Veamos cómo se comporta este mágico LK-99 en el imán!
Creo que también has visto que cuando el imán se acerca al material desde abajo, el material se levanta debido a la repulsión. Después de cambiar los polos magnéticos, el material aún se mantiene en pie debido a la repulsión al acercarse al material.
Este "pequeño punto negro" sigue cayendo o levantándose a medida que el imán de NdFeB se acerca y se aleja. Tanto el polo S como el polo Norte son efectivos, es decir, la repulsión no tiene nada que ver con el polo magnético, mostrando antimagnetismo.
No hablemos de si el LK-99 es realmente superconductor. El imán permanente de NdFeB puede hacerlo levitar.
Hablando de imanes permanentes de NdFeB, debemos hablar del Tesla Model S.
Elon Musk es tan audaz que cuando Tesla realizó el evento de lanzamiento de su primer sedán, el Model S, ni siquiera lo ensamblaron. El chasis se basaba en el Mercedes-Benz CLS, y los paneles de aluminio de la carrocería y la cubierta del motor estaban pegados al bastidor de acero con imanes de neodimio, hierro y boro.
Cuando Tesla fabricó sus dos primeros modelos de automóviles de tamaño completo, utilizaron motores de inducción para impulsar los vehículos. Estos motores se basaron en el diseño original del motor de Nikola Tesla, que era un diseño brillante que precedió a la invención de los imanes de tierras raras en casi 100 años.
Los motores de inducción generan su propio magnetismo y accionan el rotor a través de la electricidad, y funcionan sin ningún tipo de imanes permanentes.
El diseño del motor de inducción es bueno, pero Tesla cambió a motores de imanes permanentes para el Model 3 en 2017 por una buena razón: el Model 3 es un automóvil más pequeño y necesita un motor más pequeño, pero aún tiene mucha potencia.
Entonces, comenzando con el Model 3, Tesla usó motores de neodimio, hierro y boro porque ahorran más espacio, son más livianos y pueden generar más fuerza.
Uso de imanes en automóviles: como aire acondicionado, sistemas de frenos, motores de accionamiento, bombas de aceite, etc.
De hecho, además de ser utilizados en automóviles, los imanes también son ampliamente utilizados en altavoces de teléfonos móviles, auriculares, motores de vibración, electroimanes, secadores de pelo, ventiladores, refrigeradores, lavadoras, etc.
(Proporción de uso de imanes)
Entonces, además de los imanes permanentes como el NdFeB, ¿cuáles son los otros tres tipos principales de imanes? ¿Cuál es el proceso de producción?
¡Echemos un vistazo más de cerca!
Primero, entendamos el producto de energía magnética máxima de los imanes
Actualmente, existen tres tipos de imanes: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.
Los imanes permanentes producen un campo magnético que se mantiene incluso en presencia de un campo magnético opuesto. Los motores eléctricos que utilizan imanes permanentes son más eficientes que los que no lo hacen. Actualmente, todos los imanes fuertes conocidos contienen elementos de tierras raras, que son componentes clave para los vehículos eléctricos y las turbinas eólicas. Elementos como el neodimio y el torio se han convertido en materiales clave debido a la creciente demanda y la oferta limitada.
Los imanes permanentes son únicos en el sentido de que, una vez producidos, proporcionan flujo magnético sinenergy input, lo que se traduce en cero costes operativos. Por el contrario, los imanes electromagnéticos requieren una corriente continua para generar un campo magnético.
Una propiedad importante de los imanes permanentes es que mantienen su campo magnético incluso en presencia de un campo magnético externo opuesto. Sin embargo, si la fuerza del campo magnético opuesto es lo suficientemente alta, los núcleos magnéticos internos del imán permanente se alinearán con el campo magnético opuesto, lo que resultará en la desmagnetización.
Los imanes permanentes actúan esencialmente como dispositivos de almacenamiento de energía. La energía se inyecta durante el proceso de magnetización inicial y, si se fabrica y manipula correctamente, permanecerá en el imán indefinidamente. A diferencia de una batería, la energía de un imán nunca se agota y permanece disponible para su uso. Esto se debe a que los imanes no tienen ningún efecto neto en su entorno. En cambio, utilizan su energía para atraer o repeler otros objetos magnéticos, ayudando en la conversión entre energía eléctrica y mecánica.
La energía de un campo magnético es proporcional al producto de B y H. Cuando el producto de BH se maximiza (denotado como (BH)max), el volumen mínimo de imán es necesario para producir un campo magnético dado en un espacio dado. Cuanto mayor sea el (BH) máx., menor será el volumen de imán necesario para producir una densidad de flujo determinada. (BH)max se puede considerar como la energía magnética estática por unidad de volumen del material magnético. La BH se mide enMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.
En la industria de los imanes permanentes, el producto de energía magnética máxima representa la densidad de energía magnética del imán permanente y es el parámetro más utilizado para caracterizar el rendimiento de los imanes permanentes.
Clasificación de los imanes permanentes
Los imanes permanentes se pueden dividir en cuatro tipos:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)yceramic or ferrite magnets.
Comencemos con los imanes más rentables:Neodymium Iron Boron Magnets
Los imanes de neodio (NdFeB) son uno de los materiales de imanes permanentes más utilizados en aplicaciones comerciales, conocidos por suhigh magnetic energy productymagnetic strength.
Los imanes de neodio son losstrongesty la mayoría de loscontroversialImanes. Pertenecen a la categoría de imanes de tierras raras porque están compuestos por elementos neodimio, hierro y boro.
Debido al contenido de hierro, los imanes de neodimio, hierro y boro se oxidan fácilmente y tienen poca resistencia a la corrosión, y a menudo requieren recubrimientos como niquelado, recubrimiento epoxi o recubrimiento de zinc.
Sin embargo, son productos de alta densidad energética (hasta55 MGOe) con alta tenacidad, y su uso permite unidades de disco duro, motores y equipos de audio de menor tamaño.
El rango de temperatura de funcionamiento de los imanes de neodimio es80°C to 200°C. Sin embargo, los materiales de neodimio de alta calidad que pueden funcionar por encima120°Cpuede llegar a ser bastante caro.
Teniendo en cuenta la rentabilidad, los imanes de neodimio son definitivamente la primera opción.
Tal vez esté pensando que la temperatura de trabajo de mi imán superará los 200 °C, entonces, ¿es imposible usar el imán en este entorno? Este problema puede resolverse con imanes sanitarios de cobalto.
Salmio Cobalto (SmCo) is a premium permanent magnet material primarily made from cobalt and samarium, making it the most costly magnetic material to produce. Its high cost is mainly due to the significant cobalt content and the brittleness of the samarium alloy.
Estos imanes permanentes son altamente resistentes a la corrosión y pueden soportar temperaturas de hasta350°C, y a veces incluso hasta500 degrees. Esta resistencia a la temperatura les da una clara ventaja sobre otros tipos de imanes permanentes que son menos tolerantes al calor. Al igual que los imanes de neodimio, los imanes de samario y cobalto también necesitan recubrimientos para evitar la corrosión.
Sin embargo, la desventaja de esta variedad de imán es su baja resistencia mecánica. Salinidad Los imanes de cobalto pueden volverse quebradizos fácilmente y desarrollar grietas. No obstante, en los casos en que la resistencia a altas temperaturas y a la corrosión son esenciales, los imanes de samario y cobalto podrían ser la opción más adecuada.
Los imanes de neodimio sobresalen en temperaturas más bajas, mientras que los imanes de cobalto samónico funcionan mejor enhigher temperatures. Los imanes de neodimio son conocidos por ser los imanes permanentes más potentes a temperatura ambiente y hasta aproximadamente 180 grados Celsius según la magnetización remanente (Br). Sin embargo, su fuerza disminuye significativamente a medida que aumenta la temperatura. A medida que las temperaturas se acercan a los 180 grados centígrados, los imanes de cobalto samónico comienzan asurpassImanes de neodimio en rendimiento.
El cobalto samónico se clasifica como el second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Se utiliza comúnmente en la industria aeroespacial y otros sectores, priorizando el rendimiento sobre el costo.
Los imanes de samario y cobalto, desarrollados en la década de 1970, exhiben una mayor fuerza magnética en comparación con los imanes cerámicos y de aluminio-níquel-cobalto, aunque no alcanzan el magnetismo que ofrecen los imanes de neodimio. Estos imanes se clasifican principalmente en dos grupos en función de sus niveles de energía. El primer grupo, conocido comoSm1Co5 (1-5), cuenta con una gama de productos energéticos que abarca desde15 to 22 MGOe. Por otro lado, el segundo grupo, Sm2Co17 (2-17), abarca un rango de energía de22-32 MGOe.
Tanto los imanes de samario, cobalto y neodimio se fabrican a partir de metales en polvo. Se comprimen bajo la influencia de un potente campo magnético antes de someterse a un proceso de sinterización.
Los imanes de neodimio son muy sensibles a los factores ambientales, mientras que los imanes de tierras raras de samario y cobalto presentan una excelente resistencia a la corrosión. Los imanes de tierras raras de samario y cobalto pueden soportar altas temperaturas sin perder su magnetismo, mientras que los imanes de neodimio deben usarse con precaución por encima de la temperatura ambiente. Los imanes de neodimio son más duraderos en comparación con los imanes de samario y cobalto y se pueden mecanizar e incorporar fácilmente en conjuntos magnéticos. Ambos materiales requieren el uso de herramientas de diamante, electroerosión o rectificado durante el proceso de mecanizado.
A continuación, aprendamos sobre los imanes de Alnico
Imanes de aluminio, níquel y cobalto (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of aluminio, níquel y cobalto.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mishimain Japan during the early 20th century.
A pesar de su notable remanencia, su resistencia relativamente modesta conduce a un producto de energía magnética (BH) máx. reducido en comparación con otros tipos de imanes. El AlNiCo fundido posee la capacidad de moldearse en formas intrincadas, mientras que el AlNiCo sinterizado muestra propiedades magnéticas ligeramente menores pero propiedades mecánicas superiores debido a su estructura de grano fino, lo que da como resultado una distribución de flujo uniforme y una resistencia mecánica mejorada.
La sinterización de AlNiCo abarca la fusión por inducción, la molienda en partículas finas, el prensado, la sinterización, las pruebas, el recubrimiento y la magnetización. Varios métodos de fabricación influyen en las propiedades de los imanes, como la sinterización, que mejora los atributos mecánicos y la fundición, que aumenta la densidad de energía.
Los imanes sinterizados de AlNiCo vienen en grados que van desde1.5 to 5.25 MGOe, mientras que los imanes fundidos van desde5.0 to 9.0 MGOe. Los imanes anisotrópicos de AlNiCo ofrecen opciones personalizadas de dirección de magnetización, lo que proporciona una valiosa versatilidad.
Las aleaciones de aluminio, níquel y cobalto exhiben altas temperaturas máximas de funcionamiento y una excepcional resistencia a la corrosión. Algunos grados de aluminio, níquel y cobalto pueden funcionar a temperaturas superiores a500°C. Estos imanes se utilizan ampliamente en micrófonos, altavoces, pastillas de guitarra eléctrica, motores, tubos de onda viajera, sensores Hall y otras aplicaciones.
Finalmente, entendamos el imán con la mayor ventaja de precio, que es el imán de ferrita.
Imanes de ferrita, also known asimanes cerámicos, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their Precio económico, resistencia efectiva a la corrosión y capacidad para mantener la estabilidad a altas temperaturas de hasta250°C.
Si bien sus características magnéticas sonnot as strong as those of NdFeB magnets, la rentabilidad de los imanes de ferrita los hace muy adecuados paralarge-scalefabricación. Esta ventaja de costos se deriva del uso de materiales baratos y fácilmente disponibles que no son de naturaleza estratégica.
Los imanes cerámicos pueden ser isótropos, mostrando propiedades magnéticas uniformes en todas las direcciones, o anisotrópicos, mostrando magnetización en alineación con la dirección de la tensión. Los imanes cerámicos más potentes pueden alcanzar una energía magnética de 3.8 MGOe, lo que los convierte en el tipo más débil de imán permanente. A pesar de sus modestas propiedades magnéticas, ofrecen una resistencia superior a la desmagnetización en comparación con otros tipos de imanes.
Los imanes cerámicos exhiben unalow magnetic energy producto y poseerexcellent corrosion resistance,Se usa comúnmente junto con componentes de acero con bajo contenido de carbono y es adecuado para su uso en entornos de temperatura moderada.
El proceso de fabricación de los imanes cerámicos implica el prensado y la sinterización, y se recomienda el uso de muelas abrasivas de diamante debido a su naturaleza frágil.
En general, los imanes cerámicos ofrecen un equilibrio entre resistencia magnética y rentabilidad, y su fragilidad se contrarresta con una excelente resistencia a la corrosión. Son duraderos, resistentes a la desmagnetización y una opción rentable para diversas aplicaciones como juguetes, manualidades y motores.
Los imanes de tierras raras mejoran significativamente las consideraciones de peso o tamaño, mientras que las ferritas son preferibles para aplicaciones que no requieren una alta densidad de energía, como ventanas eléctricas, asientos, interruptores, ventiladores, sopladores en electrodomésticos, algunas herramientas eléctricas y equipos de audio.
