En el caso de materiales magnéticos permanentes como el NdFeB, utilizamos principalmente su capacidad para generar y preservar el magnetismo, que constituye el requisito funcional más básico para los materiales magnéticos. Entonces, ¿cómo medimos la capacidad de los imanes para generar y preservar el magnetismo? Normalmente utilizamos cuatro indicadores: remanencia Br, coercitividad Hcb, coercitividad intrínseca Hcj y producto de energía magnética máxima BH (máx.).
Para comprender plenamente los indicadores anteriores, primero debemos comprender la curva de desmagnetización. Dado que los materiales magnéticos permanentes requieren magnetización previa, estos imanes permanentes magnetizados deben resistir diversos factores desfavorables para el magnetismo durante su uso. La curva de desmagnetización puede reflejar eficazmente el rendimiento general del imán.
La imagen superior muestra un bucle de histéresis típico de un imán permanente. El primer cuadrante representa la curva de magnetización, el segundo la de desmagnetización, el tercero la de magnetización inversa y el cuarto la de desmagnetización inversa. El eje horizontal representa la intensidad del campo magnético externo H, y el eje vertical la intensidad de inducción magnética B y la intensidad de polarización magnética J. [En resumen, la intensidad de inducción magnética B es la suma de los campos magnéticos externo e interno del imán, y la intensidad de polarización magnética J es el campo magnético interno del imán].
Los cuatro parámetros de rendimiento magnético (remanencia, fuerza coercitiva, fuerza coercitiva intrínseca y producto de energía magnética máxima) se derivan de la curva de desmagnetización. La línea roja en la imagen superior se denomina curva de desmagnetización JH (curva del cambio de la intensidad de polarización magnética J y el campo magnético externo H), también llamada curva de desmagnetización intrínseca, y la línea azul se denomina curva de desmagnetización BH (curva del cambio de la intensidad de inducción magnética B y el campo magnético externo H). Utilizamos pequeños recuadros para representar los dominios magnéticos. Los dominios magnéticos pueden entenderse como pequeños imanes. Un imán se compone de muchos dominios magnéticos. La flecha es el eje C de la dirección de magnetización espontánea del dominio magnético. Para un imán permanente en estado magnéticamente neutro (en otras palabras, un imán sin carga), la mayoría de los dominios magnéticos están en las mismas coordenadas, pero sus direcciones se cancelan entre sí, por lo que no se muestra magnetismo hacia el exterior, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1.
Cuando se aplica un campo magnético a lo largo de la dirección de magnetización, los dominios magnéticos se desplazan y rotan gradualmente a través de la pared del dominio para que sus direcciones en el eje C sean consistentes, como se muestra en la Figura 2. Esta es la curva de magnetización. El valor de la intensidad de polarización magnética correspondiente al imán en saturación se denomina intensidad de polarización magnética de saturación Js.
Figura 2
Cuando el imán está saturado y se elimina el campo magnético externo, se puede ver en la figura que la mayoría de los dominios magnéticos aún mantienen la misma dirección, y una pequeña parte gira ligeramente pero la dirección principal permanece sin cambios, como se muestra en la Figura 3. De esta manera, la intensidad de inducción magnética y la intensidad de polarización magnética del imán conservan valores altos. Este valor se llama intensidad de inducción magnética residual Br o intensidad de polarización magnética residual Jr. La comprensión intuitiva es que cuando se elimina el campo magnético externo del imán saturado, la intensidad de inducción magnética restante B o intensidad de polarización magnética J del imán. Cuando el campo magnético externo H es 0, Br = Jr. A menudo usamos Br para describirlo, que es lo que más a menudo llamamos remanencia, en unidades de Gs o T. Cuanto mayor sea Br, más fuerte será la intensidad de inducción magnética que se puede retener y mayor potencial tiene para convertirse en un material magnético fuerte.
Figura 3
Cuando el campo magnético externo aplicado aumenta en la dirección opuesta, los dominios magnéticos del imán se desplazan y giran gradualmente, como se muestra en la Figura 4. Cuando la intensidad del campo magnético alcanza un valor determinado, la intensidad de inducción magnética B del imán desciende a 0. En pocas palabras, la intensidad del campo magnético retenida en el imán y la intensidad del campo magnético inverso externo se cancelan mutuamente. El valor correspondiente de la intensidad del campo magnético en este momento se denomina coercitividad magnética Hcb (también escrita como bHc), con unidades de Oe o kA/m. La coercitividad magnética Hcb está estrechamente relacionada con la pendiente de la curva de desmagnetización JH. Si es improbable que los dominios magnéticos del imán se desplacen o giren en un corto período de tiempo, la línea JH será muy recta, de modo que el valor de Hcb será infinitamente cercano a Br, y el límite superior de Hcb es Br, Hcb = Br. Esta es una situación ideal, lo que significa que no hay tendencia a que los dominios magnéticos se inviertan antes de que la intensidad del campo magnético inverso alcance el valor de Br. De esta manera, el imán es muy estable, es decir, el imán tiene una capacidad muy fuerte para resistir la desmagnetización en el estado inicial del valor del campo magnético inverso por debajo de Br.
Figura 4
Cuando el campo magnético inverso continúa aumentando y alcanza un valor crítico, aparecen rápidamente dominios magnéticos inversos, lo que hace que la intensidad de polarización magnética del imán caiga rápidamente a 0. En términos simples, la intensidad del campo magnético retenida dentro del imán cae a 0, como se muestra en la Figura 5. El valor de intensidad de campo magnético correspondiente en este momento se llama fuerza coercitiva intrínseca Hcj (también escrita como jHc), con unidades de Oe o kA/m. La fuerza coercitiva intrínseca es una cantidad física que refleja la magnitud de la capacidad del imán para resistir la desmagnetización. Cuanto mayor sea la fuerza coercitiva intrínseca, mayor será la capacidad de resistir la desmagnetización o, más precisamente, mayor será la capacidad de resistir la desmagnetización completa. Se debe prestar especial atención a la diferencia entre Hcj y Hcb. Cuando Hcj es mayor que Br, el valor límite de Hcb es Br. Cuando Hcj es menor que Br, el valor límite de Hcb es Hcj.
Figura 5
El producto de B y H correspondiente a cualquier punto de la curva de desmagnetización BH se denomina producto de energía magnética. El valor máximo es el producto de energía magnética máxima (BH)máx. En teoría, el producto de energía magnética máxima (BH)máx = (½ Br)². El producto de energía magnética máxima considera tanto la remanencia como la coercitividad magnética. Su valor representa la magnitud de la energía magnética contenida en el imán y también puede reflejar la inclinación inicial de la línea JH. La unidad es GOe o j/m³.
Si los cuatro parámetros anteriores aún le resultan difíciles de comprender, puede simplemente pensar que el imán es una taza de agua, la magnetización es el calentamiento, la remanencia es el calor del agua una vez que se detiene el calentamiento, la desmagnetización es como enfriar el agua, Hcb es cuando la temperatura ambiente baja alcanza un valor, compensa el calor del agua y el calor total no se refleja al exterior, y Hcj es el valor de temperatura ambiente baja necesario para reducir completamente el calor del agua a 0. La siguiente es una versión simplificada del segundo cuadrante del bucle de histéresis, que puede ayudarle a profundizar su comprensión de los conceptos relacionados.
Para los parámetros magnéticos anteriores, debemos prestar atención a los siguientes puntos en aplicaciones prácticas:
1. En el caso de imanes que requieren campos magnéticos intensos, generalmente es necesario aumentar su remanencia al máximo para liberar más magnetismo, pero cabe destacar que esto se realiza bajo la premisa de que no hay desmagnetización. Si existe desmagnetización, aumentar la remanencia puede ser ineficaz, y es necesario aumentar la Hcj para reducirla. El ejemplo más simple es un imán de disco D10*1. El magnetismo superficial del 54H es mayor que el del N54. Esto se debe a que la Hcj del 54H es mayor, lo que permite aprovechar al máximo su Br, mientras que la Hcj del N54 es muy baja y no puede mantenerlo en un estado no desmagnetizado. Por muy alto que sea el Br, su magnetismo no se puede aprovechar al máximo.
2. Para los imanes que requieren una fuerte capacidad antidesmagnetización y estabilidad, generalmente necesitamos aumentar Hcj, y el valor de Hcb debe ser lo más cercano posible a Br.
3. Para imanes que requieren buena resistencia a la temperatura, generalmente se opta por aumentar Hcj, ya que el coeficiente de temperatura de la fuerza coercitiva de los imanes permanentes de NdFeB con el mismo Hcj no difiere mucho. El efecto más directo de aumentar Hcj es que el punto de inflexión de la línea BH aparezca lo más tarde posible o incluso no aparezca. Si se imponen requisitos estrictos de estabilidad térmica, también deben considerarse los requisitos de Hcb para minimizar la pendiente de la línea BH y reducir así la amplitud de atenuación irreversible del imán.