En el caso de imanes permanentes como el NdFeB, utilizamos principalmente su capacidad para generar y retener magnetismo. Este es el requisito funcional más fundamental para los materiales magnéticos. ¿Cómo medimos esta capacidad? Normalmente utilizamos cuatro indicadores: remanencia Br, coercitividad Hcb, coercitividad intrínseca Hcj y producto de energía magnética máxima BH(máx).
Para comprender plenamente estos indicadores, primero debemos comprender la curva de desmagnetización. Dado que los imanes permanentes deben magnetizarse previamente, deben soportar diversos efectos adversos durante su uso. La curva de desmagnetización refleja eficazmente el rendimiento general del imán.
La figura anterior muestra un bucle de histéresis típico para un imán permanente. El primer cuadrante representa la curva de magnetización, el segundo la de desmagnetización, el tercer cuadrante la de magnetización inversa y el cuarto la de desmagnetización inversa. El eje horizontal representa el campo magnético aplicado H, y el eje vertical la inducción magnética B y la polarización magnética J. [En pocas palabras, la inducción magnética B es la suma del campo magnético externo y el interno del imán, y la polarización magnética J es el campo magnético interno del imán]. Las cuatro propiedades magnéticas (remanencia, coercitividad, coercitividad intrínseca y producto máximo de energía magnética) se derivan de la curva de desmagnetización. La línea roja en la figura anterior es la curva de desmagnetización JH (la curva que representa la polarización magnética J frente al campo magnético aplicado H), también llamada curva de desmagnetización intrínseca. La línea azul representa la curva de desmagnetización BH (la curva que representa la inducción magnética B frente al campo magnético aplicado H). Los cuadrados pequeños representan los dominios magnéticos. Estos dominios pueden considerarse como pequeños imanes. Un imán se compone de muchos dominios. Las flechas indican la dirección de magnetización espontánea (eje C) de los dominios. En un imán permanente en estado magnéticamente neutro (es decir, un imán sin carga), los dominios magnéticos se encuentran principalmente en el mismo sistema de coordenadas, pero sus direcciones se cancelan entre sí, lo que resulta en la ausencia de magnetismo aparente, 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 giran gradualmente a través de sus paredes, alineando sus ejes C, como se muestra en las figuras 2 y 3. Esta es la curva de magnetización. La intensidad de polarización magnética correspondiente a la magnetización de saturación se denomina intensidad de polarización magnética de saturación, Js.
Figura 2
Figura 3
Cuando un imán alcanza la magnetización de saturación y se elimina el campo magnético externo, la mayoría de los dominios magnéticos mantienen su orientación. Algunos giran ligeramente, pero la orientación permanece inalterada, como se muestra en la Figura 4. Esto hace que tanto la densidad de flujo magnético como la polarización magnética se mantengan elevadas. Este valor se denomina densidad de flujo magnético remanente Br o polarización magnética remanente Jr. Intuitivamente, esto representa la densidad de flujo magnético B o la polarización magnética J restante tras eliminar el campo magnético externo del imán saturado. Cuando el campo magnético externo H es cero, Br = Jr. Br se utiliza a menudo para describir lo que comúnmente llamamos remanencia, expresada en Gs o T.
Cuanto mayor sea el Br, mayor será la densidad de flujo magnético retenido y mayor será el potencial para un material magnético fuerte.
Figura 4
Cuando el campo magnético externo aplicado aumenta en la dirección inversa, los dominios magnéticos del imán se desplazan y giran gradualmente, como se muestra en la Figura 5. Cuando la intensidad del campo magnético alcanza un valor determinado, la intensidad de inducción magnética (B) del imán cae a cero. En pocas palabras, la intensidad del campo magnético retenida dentro del imán y el campo magnético inverso externo se cancelan mutuamente. La intensidad del campo magnético correspondiente en este punto 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 poco probable que los dominios magnéticos del imán se desplacen o giren a corto plazo, la curva JH será muy recta y Hcb se aproximará a Br. El límite superior de Hcb es Br, donde Hcb = Br. Esta es la situación ideal, lo que significa que no se produce ninguna inversión del dominio magnético antes de que la intensidad del campo magnético inverso alcance Br. Esto significa que el imán es muy estable, lo que significa que el imán es muy resistente a la desmagnetización cuando la intensidad del campo magnético inverso está inicialmente por debajo de Br.
Figura 5
Cuando el campo magnético inverso continúa aumentando, alcanza un valor crítico, lo que provoca que emerjan rápidamente dominios magnéticos inversos, lo que hace que la intensidad de polarización magnética del imán caiga rápidamente a cero. En pocas palabras, la intensidad del campo magnético retenida dentro del imán cae a cero, como se muestra en la Figura 6. La intensidad del campo magnético correspondiente en este punto se llama coercitividad intrínseca, Hcj (también escrito como jHc), con unidades de Oe o kA/m. La coercitividad intrínseca es una cantidad física que refleja la resistencia del imán a la desmagnetización. Cuanto mayor sea la coercitividad intrínseca, mayor será la resistencia a la desmagnetización o, más precisamente, mayor será la resistencia a la desmagnetización completa. Es importante notar 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 6
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. Su valor representa la cantidad de energía magnética contenida en el imán y también refleja la pendiente inicial de la curva JH. La unidad es GOe o j/m³.
Si los cuatro parámetros anteriores aún le resultan difíciles de comprender, puede simplemente imaginar un imán como un vaso de agua. La magnetización es el calentamiento, la remanencia es el calor del agua una vez finalizado el calentamiento, y la desmagnetización es como enfriar el agua. Hcb es el valor en el que la temperatura ambiente alcanza un nivel determinado en el que el calor del agua se compensa, resultando en la ausencia de calor externo. Hcj es la temperatura ambiente necesaria para reducir completamente el calor del agua a cero. A continuación, se muestra un diagrama simplificado del segundo cuadrante del bucle de histéresis para ayudarle a comprender mejor los conceptos relevantes.
Respecto a los parámetros magnéticos anteriores, debemos prestar atención a los siguientes puntos en aplicaciones prácticas:
1. En el caso de imanes que requieren un campo magnético intenso, generalmente es necesario maximizar su remanencia para liberar más magnetismo. Sin embargo, es importante tener en cuenta que esto presupone que no hay desmagnetización. Si esta existe, aumentar la remanencia puede ser ineficaz. También es necesario aumentar la Hcj para reducir la desmagnetización. Por ejemplo, para un imán de disco D10*1, el magnetismo superficial de un imán 52H es mayor que el de un imán N52. Esto se debe a que una Hcj más alta en un imán 52H permite que su Br se utilice completamente, mientras que una Hcj más baja en un imán N52 impide que se desmagnetice. Por lo tanto, incluso un valor de Br más alto no aprovechará completamente su magnetismo.
2. Para los imanes que requieren una fuerte resistencia a la desmagnetización y estabilidad, generalmente necesitamos aumentar Hcj y mantener el valor de Hcb lo más cerca posible del valor de Br.
3. Para imanes que requieren buena resistencia a la temperatura, generalmente se opta por aumentar Hcj. Dado que el coeficiente de coercitividad de temperatura 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. Intente reducir la pendiente de la línea BH tanto como sea posible para reducir la atenuación irreversible del imán.