Un imán de neodimio (también conocido como imán NdFeB , NIB o Neo ) es el tipo de imán de tierras raras más utilizado [1] . Es un imán permanente hecho de una aleación de neodimio , hierro y boro para formar la estructura cristalina tetragonal Nd 2 Fe 14 B. [2] Desarrollado independientemente en 1984 por General Motors y Sumitomo Special Metals , [3] [4] [5]Los imanes de neodimio son el tipo de imán permanente más fuerte disponible comercialmente. [2] [6] Debido a los diferentes procesos de fabricación, se dividen en dos subcategorías, a saber, imanes de NdFeB sinterizados e imanes de NdFeB adheridos. [7] [8] Han reemplazado otros tipos de imanes en muchas aplicaciones en productos modernos que requieren imanes permanentes fuertes, como motores eléctricos en herramientas inalámbricas, unidades de disco duro y sujetadores magnéticos.
General Motors (GM) y Sumitomo Special Metals descubrieron de forma independiente el compuesto Nd 2 Fe 14 B casi simultáneamente en 1984. [3] La investigación fue impulsada inicialmente por el alto costo de las materias primas de los imanes permanentes SmCo , que se habían desarrollado anteriormente. GM se centró en el desarrollo de imanes Nd 2 Fe 14 B nanocristalinos hilados en fusión , mientras que Sumitomo desarrolló imanes Nd 2 Fe 14 B sinterizados de densidad completa . GM comercializó sus invenciones de polvo Neo isotrópico , neo adheridoimanes y los procesos de producción relacionados al fundar Magnequench en 1986 (Magnequench se ha convertido desde entonces en parte de Neo Materials Technology, Inc., que luego se fusionó con Molycorp ). La empresa suministró polvo de Nd 2 Fe 14 B hilado en fusión a los fabricantes de imanes adheridos. La instalación de Sumitomo pasó a formar parte de Hitachi Corporation , y ha fabricado, pero también ha otorgado licencias a otras empresas para producir imanes sinterizados de Nd 2 Fe 14 B. Hitachi tiene más de 600 patentes que cubren imanes de neodimio. [9]
Los fabricantes chinos se han convertido en una fuerza dominante en la producción de imanes de neodimio, basándose en su control de gran parte de las minas de tierras raras del mundo. [10]
El Departamento de Energía de los Estados Unidos ha identificado la necesidad de encontrar sustitutos de los metales de tierras raras en la tecnología de imanes permanentes y ha financiado dicha investigación. La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía ha patrocinado un programa de Alternativas de Tierras Raras en Tecnologías Críticas (REACT) para desarrollar materiales alternativos. En 2011, ARPA-E otorgó 31,6 millones de dólares para financiar proyectos sustitutos de tierras raras. [11] Debido a su papel en los imanes permanentes utilizados para turbinas eólicas , se ha argumentado que el neodimio será uno de los principales objetos de competencia geopolítica en un mundo que funciona con energías renovables.. Pero esta perspectiva ha sido criticada por no reconocer que la mayoría de las turbinas eólicas no utilizan imanes permanentes y por subestimar el poder de los incentivos económicos para expandir la producción. [12]
El neodimio es un metal que es magnético, específicamente tiene propiedades antiferromagnéticas , sin embargo en forma pura sus propiedades magnéticas solo aparecen a bajas temperaturas, por debajo de 19 K (-425.5 ° F). Sin embargo, algunos compuestos de neodimio con metales de transición como el hierro son ferromagnéticos , con temperaturas de Curie muy por encima de la temperatura ambiente, y se utilizan para fabricar imanes de neodimio.
La fuerza de los imanes de neodimio es el resultado de varios factores. El más importante es que la estructura cristalina tetragonal de Nd 2 Fe 14 B tiene una anisotropía magnetocristalina uniaxial excepcionalmente alta ( H A ≈ 7 T - intensidad del campo magnético H en unidades de A / m versus momento magnético en A · m 2 ). [13] [3] Esto significa que un cristal del material se magnetiza preferentemente a lo largo de un eje cristalino específico, pero es muy difícil de magnetizar en otras direcciones. Como otros imanes, la aleación de imán de neodimio está compuesta de microcristalinos granos que están alineados en un poderoso campo magnético durante la fabricación, por lo que todos sus ejes magnéticos apuntan en la misma dirección. La resistencia de la red cristalina a girar su dirección de magnetización le da al compuesto una coercitividad muy alta , o resistencia a ser desmagnetizado.