La estabilidad de los materiales de imanes permanentes es un indicador crucial. La estabilidad se refiere principalmente al proceso mediante el cual las propiedades magnéticas de un imán cambian bajo la influencia de factores internos y externos después de la magnetización, y se expresa comúnmente como la tasa de cambio de los indicadores de rendimiento. Las causas comunes de los cambios en las propiedades magnéticas incluyen la temperatura, el tiempo, los campos electromagnéticos, la radiación, la vibración mecánica y los impactos. En este artículo, exploraremos la estabilidad temporal de los materiales de imanes permanentes.
[Imagen] El uso o la colocación prolongada de un imán puede provocar cambios en sus propiedades físicas y químicas debido a factores ambientales (como la temperatura, la humedad y los líquidos corrosivos). Tras la magnetización, la mayor parte del imán permanente se magnetiza en una dirección específica, pero algunos dominios magnéticos pequeños presentan direcciones de magnetización desordenadas (denominadas núcleos antimagnéticos). Bajo la influencia de diversos factores ambientales, los núcleos antimagnéticos existentes pueden crecer y generarse nuevos núcleos antimagnéticos, lo que provoca una disminución de las propiedades magnéticas del imán permanente. Este cambio suele ser un proceso lento e irreversible desde la superficie hacia el interior, que afecta directamente a los principales parámetros de rendimiento del imán, como la remanencia, la coercitividad intrínseca, la coercitividad o el producto de energía máxima, e incluso puede provocar su fallo completo. Esta pérdida de propiedades magnéticas es irreversible; incluso si el imán se remagnetiza, no puede volver al nivel que tenía antes del almacenamiento prolongado. En los últimos años, con la aplicación generalizada de materiales de imanes permanentes de NdFeB en campos que requieren una larga vida útil, como la industria aeroespacial, los vehículos eléctricos y la generación de energía eólica de alta potencia, los diseñadores de aplicaciones han puesto cada vez más énfasis en la estabilidad temporal de los imanes permanentes de NdFeB.Estabilidad a largo plazo a temperatura ambiente: Un estudio de 2013 realizado por investigadores finlandeses mostró que los imanes de NdFeB sinterizados (HcJ = 15,6 kOe) colocados a temperatura ambiente durante un año (10 000 horas) no mostraron pérdida de magnetización perceptible en muestras con diferentes valores de Pc (Pc = -0,33, -1,1, -3,3). El Instituto de Investigación Sanhuan también realizó un estudio de medición similar, que duró más de 12 años (4441 días). La coercitividad intrínseca del imán de NdFeB sinterizado utilizado en el experimento fue HcJ = 18 kOe. La muestra era un cubo sin recubrimiento con una longitud lateral de 10,2 mm y una permeabilidad magnética de Pc = -2. Hubo 8 muestras, que se expusieron directamente al ambiente atmosférico en el laboratorio a una temperatura entre 22 ℃ y 28 ℃. Se llevaron a cabo observaciones y mediciones una vez al año durante 12 años.
Los datos anteriores muestran que la pérdida de flujo relativa medida durante los primeros seis años fue relativamente pequeña, con un punto de inflexión en torno a los 2208 días (aproximadamente 6 años). Visualmente, se observan manchas de óxido en la superficie del imán de lámina negra después de seis años, lo que indica que la oxidación y la corrosión han comenzado en la superficie y en el interior del imán. Con el tiempo, el área de oxidación o corrosión se expandirá continuamente y la tasa de degradación del rendimiento se acelerará significativamente. Además, este experimento extrapola la pérdida de flujo de los 4441 días (12 años y 2 meses) medidos actualmente a un período de 30 a 50 años. La pérdida de flujo estimada a lo largo de 30 años es inferior a 11TP₃T, y a lo largo de 50 años es de aproximadamente 1,31TP₃T. Una pérdida de 21TP₃T corresponde a aproximadamente 150 años. (Puntos huecos en la imagen superior)
Este resultado indica que si la vida útil de un imán se define como el tiempo correspondiente a una tasa de pérdida de flujo 5%, incluso sin un revestimiento resistente a la corrosión en la superficie, los imanes de NdFeB sinterizados medidos hasta ahora aún tienen una vida útil muy larga, estimada de manera conservadora en 30-50 años.
Normalmente, una pérdida de flujo significativa se origina por la oxidación o corrosión de la superficie del imán, lo que resulta en pérdidas irreversibles. Entre los materiales de tierras raras para imanes permanentes, el NdFeB sinterizado presenta las pérdidas más severas. Sin embargo, mediante la optimización de la composición y los tratamientos de protección superficial, la resistencia a la oxidación y la corrosión de los imanes de NdFeB sinterizado se ha mejorado considerablemente. Por lo tanto, con una protección superficial adecuada, la vida útil de los imanes de NdFeB sinterizado con un HcJ suficientemente alto puede superar fácilmente los 30-50 años (siempre que no se supere la temperatura de funcionamiento).
Estabilidad a largo plazo a altas temperaturas: La siguiente figura muestra el cambio en la pérdida de flujo relativa a lo largo del tiempo para imanes con diferentes valores de Pc y HcJ=20,1 kOe a 80℃, 120℃ y 150℃.
Del gráfico anterior se desprende claramente que, para el mismo valor de Pc, cuanto mayor sea la temperatura de almacenamiento del imán, más rápido disminuye la pérdida de flujo relativa. Los imanes con valores absolutos de Pc más bajos presentan pérdidas de magnetización iniciales y a largo plazo significativamente mayores que aquellos con valores de Pc más altos, y ambos tipos de pérdidas aumentan drásticamente con el aumento de la temperatura. Dado que las limitaciones técnicas y de coste impiden mayores aumentos de HcJ, aumentar el valor absoluto de Pc puede suprimir eficazmente la pérdida de magnetización.
La relación temporal entre la pérdida de magnetización relativa y la pérdida de magnetización a alta temperatura para imanes con diferentes valores de HcJ y Pc a diferentes temperaturas muestra que la HcJ tiene un impacto significativo en la pérdida de magnetización a alta temperatura; una HcJ más alta resulta en una menor pérdida de magnetización, y la estabilidad a alta temperatura requiere que los imanes posean una HcJ alta. Simultáneamente, la permeabilidad Pc también determina la pérdida de magnetización a alta temperatura a largo plazo del imán.