¿Cuál es la diferencia entre los imanes de NdFeB convencionales y los imanes que contienen cerio?

En los últimos años, los precios de las tierras raras, como el praseodimio y el neodimio, han fluctuado considerablemente, lo que ha generado grandes dificultades y limitaciones en términos de costos para las empresas productoras de NdFeB y las empresas de aplicaciones terminales. El cerio Ce y el praseodimio y neodimio PrNd, ambos elementos de tierras raras, tienen características estructurales similares y son extremadamente abundantes en la corteza terrestre. Su uso para reemplazar el Pr y el Nd en los imanes de neodimio-hierro-boro no solo permite lograr un uso equilibrado de los recursos de tierras raras, sino que también reduce significativamente el costo de producción del NdFeB sinterizado. Actualmente, casi todos los fabricantes nacionales de NdFeB participan en el desarrollo y la producción de imanes de cerio. La producción anual de nuevos imanes de cerio ha alcanzado unas 50 000 toneladas, y la escala tiende a expandirse continuamente.

¿Cuál es la diferencia entre los imanes de cerio y los imanes permanentes de NdFeB sinterizados producidos mediante procesos convencionales?
¿Existe una diferencia en las propiedades magnéticas?
¿Será más frágil y propenso a romperse?

Esta es la pregunta que más preocupa a muchos usuarios de imanes. En el artículo de hoy, te la explicaremos en detalle.

El elemento Ce presenta características de valencia variables y un radio iónico pequeño. Cuando el contenido de Ce es alto, es fácil formar la fase CeFe₂, lo que dificulta que el imán adquiera una fuerza coercitiva elevada. Debido a la baja magnetización de saturación y al campo anisotrópico del CeFe₂, suele requerirse un proceso de difusión tras añadir Ce al imán para mejorar aún más su rendimiento.

Diferencias en las propiedades magnéticas de difusión entre los imanes convencionales y los imanes que contienen cerio:

Cuando se añade una pequeña cantidad de Ce, el impacto en el rendimiento de difusión es prácticamente nulo. Si se añade una gran cantidad de Ce, especialmente después de más de 12%, la microestructura del imán se deteriora considerablemente, lo que no solo reduce considerablemente la amplitud de mejora del rendimiento de difusión, sino que también deteriora la cuadratura del imán debido a la falta de homogeneidad de la microestructura.

Desde la perspectiva de uso, cuando el material base contiene un bajo contenido de Ce, en las mismas condiciones de Br y Hcj, no hay una diferencia evidente en el momento magnético ni en el efecto de desmagnetización a alta temperatura entre el imán con Ce y el imán sin cerio, y sus características de uso son básicamente las mismas. Cuando el contenido de cerio del material base es superior a 8%, especialmente 12%, se debe prestar especial atención al fenómeno de que el imán no puede saturarse completamente ni desmagnetizarse debido a la doble condición de Hcj y baja cuadratura para evitar magnetismo residual. Sin embargo, el momento magnético y la coercitividad son insuficientes, pero la desmagnetización térmica es insuficiente.

También existen ciertas diferencias en la resistencia térmica entre los imanes de cerio preparados mediante procesos convencionales y los de difusión. Tomemos como ejemplo 38MT, 30*15*3,2 mm. Características de resistencia térmica de los imanes de cerio no difusivos y difusos:

Como se puede observar en la figura anterior, la desmagnetización térmica de los productos tras la difusión de los imanes de cerio es significativamente mejor que la del proceso sin difusión de los imanes de cerio. Esta desmagnetización térmica es equivalente a la de los imanes convencionales mediante el proceso sin difusión.

En comparación con los imanes convencionales, las propiedades mecánicas de los imanes con Ce agregado se deteriorarán a medida que el contenido de Ce cambie durante el procesamiento y el uso.

El deterioro de las propiedades mecánicas de los imanes con Ce añadido se debe principalmente a que, tras una adición excesiva de Ce, la formación de la fase CeFe₂ destruye en gran medida el efecto de infiltración y acoplamiento de los límites de grano con respecto a los granos de la fase principal, lo que resulta en una disminución significativa de las propiedades mecánicas. Datos experimentales relevantes muestran que, cuando la cantidad de Ce añadido es superior a 10⁻⁶T, las propiedades mecánicas de los imanes de Ce incluso disminuyen entre un 20 y un 50⁻⁶T. Los indicadores de rendimiento mecánico incluyen dureza, resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, resistencia a la tracción, tenacidad al impacto, módulo de Young, etc. La disminución de las propiedades mecánicas dificulta el procesamiento de los imanes de NdFeB, ya de por sí frágiles, durante la magnetización y el montaje. Las esquinas son más propensas a desprenderse o incluso a agrietarse.

En resumen, al utilizar imanes de ultra alta Ce, debemos prestar mucha atención a problemas como la baja difusión causada por un alto Ce, la microestructura irregular del producto, las zonas magnéticas débiles, la fácil desmagnetización a altas temperaturas y la reducción de las propiedades mecánicas. Actualmente, con el continuo avance de la tecnología de procesos, cada vez más empresas prestan atención a los problemas técnicos de CeFe₂ y los superan, y estos problemas asociados con el alto Ce también se están mitigando gradualmente.