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Você está incomodado com o tempo de deslocamento de longa distância? Embora possamos chegar ao seu destino pegando o metrô, dirigindo e voando, ainda parece que demora muito tempo. No entanto, há uma tecnologia que pode dar um salto qualitativo no nosso tempo de deslocamento, e essa é a levitação magnética. Talvez pense que a levitação magnética só existe em filmes ou séries de TV. Mas em Julho de 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈), e outros do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia formaram uma equipe para estudar o material. A apatita de chumbo puro é um isolante, mas de acordo com Sukbae Lee e outros, a apatita de chumbo dopada com cobre que forma LK-99 é um supercondutor, ou um metal a temperaturas mais elevadas. Embora não haja material supercondutor confirmado à temperatura ambiente sob pressão normal, ele também nos dá esperança! Vamos ver como funciona este mágico LK-99 no ímã!

- Não.

 

Eu acredito que você também viu que quando o ímã se aproxima do material de baixo, o material se ergue devido à repulsão. Após mudar os pólos magnéticos, o material ainda fica de pé devido à repulsão ao se aproximar do material.

 

Este "pequeno ponto negro" continua caindo ou se levantando à medida que o ímã NdFeB se aproxima e se afasta. Tanto o polo S quanto o polo N são eficazes, isto é, a repulsão não tem nada a ver com o polo magnético, mostrando anti-magnetismo.

 

Não vamos falar se o LK-99 é realmente supercondutor. O ímã permanente NdFeB pode fazê-lo levitar.

 

Por falar em ímãs permanentes NdFeB, temos de discutir o Tesla Model S.

 

Elon Musk é tão ousado que quando a Tesla realizou o evento de lançamento do seu primeiro sedã, o Model S, nem sequer o montaram. O chassi foi baseado no Mercedes-Benz CLS, e os painéis de alumínio da carroceria e a tampa do motor foram colados à estrutura de aço com ímãs de boro de ferro de neodímio.

Quando a Tesla fez os seus dois primeiros modelos de carro de tamanho real, usaram motores de indução para alimentar os veículos. Estes motores baseavam-se no projeto original do motor de Nikola Tesla, que era um projeto brilhante que antecedeu a invenção dos ímãs de terras raras por quase 100 anos.

 

Os motores de indução geram seu próprio magnetismo e impulsionam o rotor através da eletricidade, e eles operam sem qualquer tipo de ímãs permanentes.

 

O design do motor de indução é bom, mas a Tesla mudou para motores de ímã permanente para o Model 3 em 2017 por uma boa razão: o Model 3 é um carro menor, e precisa de um motor menor, mas ainda tem muita potência.

 

Então, começando com o Model 3, a Tesla usou motores de boro de ferro de neodímio porque eles são mais econômicos, mais leves e podem gerar mais força.

 

Utilização de ímãs em automóveis: como ar condicionado, sistemas de travagem, motores de tração, bombas de óleo, etc.

De fato, além de serem usados em automóveis, os ímãs também são amplamente utilizados em alto-falantes de telefones celulares, fones de ouvido, motores de vibração, eletrômagnes, secadores de cabelo, ventiladores, geladeiras, máquinas de lavar roupa, etc.

(Proporção de utilização de ímãs)

Então, além de ímãs permanentes como o NdFeB, quais são os outros três tipos principais de ímãs? Qual é o processo de produção?

 

Vamos dar uma olhada mais de perto!

 

Primeiro, vamos entender o produto de energia magnética máxima de ímãs

 

Atualmente, existem três tipos de ímãs: ímãs permanentes, ímãs temporários e ímãs eletromagnéticos.

Os ímãs permanentes produzem um campo magnético que se mantém mesmo na presença de um campo magnético oposto. Os motores elétricos que usam ímãs permanentes são mais eficientes do que os que não o fazem. Atualmente, todos os ímãs fortes conhecidos contêm elementos de terras raras, que são componentes-chave para veículos elétricos e turbinas eólicas. Elementos como o neodímio e o tório tornaram-se materiais-chave devido à crescente procura e à oferta limitada.

 

Os ímãs permanentes são únicos, pois uma vez produzidos, fornecem fluxo magnético sementrada de energia, o que resulta em custos operacionais nulos. Em contraste, os ímãs eletromagnéticos exigem uma corrente contínua para gerar um campo magnético.

 

Uma propriedade importante dos ímãs permanentes é que eles mantêm seu campo magnético mesmo na presença de um campo magnético externo oposto. No entanto, se a força do campo magnético oposto for alta o suficiente, os núcleos magnéticos internos do ímã permanente se alinharão com o campo magnético oposto, resultando em desmagnetismo.

 

Os ímãs permanentes atuam essencialmente como dispositivos de armazenamento de energia. A energia é injetada durante o processo inicial de magnetização, e se for fabricada e manuseada corretamente, permanecerá no ímã indefinidamente. Ao contrário de uma bateria, a energia de um ímã nunca se esgota e permanece disponível para uso. Isto porque os ímãs não têm efeito líquido sobre o seu entorno. Em vez disso, elas usam sua energia para atrair ou repelir outros objetos magnéticos, ajudando na conversão entre energia elétrica e mecânica.

 

A energia de um campo magnético é proporcional ao produto de B e H. Quando o produto de BH é maximizado (denotado como(BH) máximo, o volume mínimo de ímã é necessário para produzir um dado campo magnético em um dado espaço. Quanto maior a (BH) max, menor o volume do ímã necessário para produzir uma dada densidade de fluxo. (BH) max pode ser considerada como a energia magnética estática por unidade de volume do material do ímã. A BH é medida emMega-Gauss Oersteds (MGOe) ou kJ/mXNUMX.

 

Na indústria dos ímãs permanentes, o produto de energia magnética máxima representa a densidade de energia magnética do ímã permanente e é o parâmetro mais comumente utilizado para caracterizar o desempenho dos ímãs permanentes.

 

Classificação dos ímãs permanentes

Os ímãs permanentes podem ser divididos em quatro tipos:Bor de ferro de neodímio (NdFeB)- Não.Cobalto de samário (smco)- Não.de níquel de alumínio e cobalto (AlNiCo), eMagnetos de cerâmica ou ferrita- Não.

 

Vamos começar com os ímãs mais baratos:Magnetos de ferro borínico de neodímio

 

 

Os ímãs de neódio (NdFeB) são um dos materiais de ímã permanente mais utilizados em aplicações comerciais, conhecidos pela suaProduto de alta energia magnéticaeforça magnética.

 

Os ímãs de neódimo são osmais fortee a maioriacontroversoMagnetos. Pertencem à categoria dos ímãs de terras raras, pois são compostos por elementos de neodímio, ferro e boro.

 

Devido ao teor de ferro, os ímãs de boro de ferro de neodímio são facilmente oxidados e têm baixa resistência à corrosão, e muitas vezes exigem revestimentos como revestimento de níquel, revestimento epóxi ou revestimento de zinco.

 

No entanto, são produtos de alta densidade energética (até55 MGOe) com alta resistência, e o seu uso permite unidades de disco rígido de menor tamanho, motores e equipamentos de áudio.

 

A gama de temperaturas de funcionamento dos ímãs de neodímio é80°C a 200°C- Não. No entanto, materiais de neodímio de alta qualidade que podem operar acima120°Cpode ser muito caro.

 

Considerando a relação custo-eficácia, os ímãs de neodímio são definitivamente a primeira escolha.

 

Talvez estejam a pensar que a temperatura de funcionamento do meu ímã excederá 200°C, então é impossível usar o ímã neste ambiente? Este problema pode ser resolvido por ímãs de cobalto sanitários.

 

 

Cobalto de salmio (SmCo)É um material de ímã permanente de primeira qualidade, fabricado principalmente a partir de cobalto e samário, tornando-o o material magnético mais caro a produzir. O seu elevado custo deve-se principalmente ao elevado teor de cobalto e à fragilidade da liga de samário.

 

Estes ímãs permanentes são altamente resistentes à corrosão e podem suportar temperaturas de até350°C, e por vezes até500 graus- Não. Esta resistência à temperatura dá-lhes uma vantagem distinta sobre outros tipos de ímãs permanentes que são menos tolerantes ao calor. Assim como os ímãs de neodímio, os ímãs de cobalto de samário também precisam de revestimentos para evitar a corrosão.

 

No entanto, a desvantagem desta variedade de ímã é sua baixa resistência mecânica. Magnetos de salinidade de cobalto podem facilmente tornar-se frágeis e desenvolver rachaduras. No entanto, nos casos em que a alta temperatura e a resistência à corrosão são essenciais, os ímãs de cobalto de samário podem ser a opção mais adequada.

 

Os ímãs de neodímio se destacam em temperaturas mais baixas, enquanto os ímãs de cobalto de samônio funcionam melhor emtemperaturas mais elevadas- Não. Os ímãs de neodímio são conhecidos por serem os ímãs permanentes mais poderosos à temperatura ambiente e até aproximadamente 180 graus Celsius com base na magnetização remanente (Br). No entanto, a sua resistência diminui significativamente à medida que a temperatura aumenta. À medida que as temperaturas se aproximam de 180 graus Celsius, os ímãs de Cobalto de Samônio começam aexcederImãs de neodímio em funcionamento.

 

O Cobalto de Samónio é classificado como oO segundo material magnético mais forte e possui uma resistência excepcional à desmagnetization- Não. É comumente utilizado na indústria aeroespacial e em outros setores que priorizam o desempenho sobre o custo.

 

Os ímãs de cobalto de samário, desenvolvidos na década de 1970, exibem uma resistência magnética maior em comparação com os ímãs de cerâmica e alumínio-níquel-cobalto, embora estejam aquém do magnetismo oferecido pelos ímãs de neodímio. Estes ímãs são principalmente classificados em dois grupos com base em seus níveis de energia. O primeiro grupo, conhecido comoSm1Co5 (1-5), possui uma gama de produtos energéticos que abrange desde15 a 22 MGOe- Não. Por outro lado, o segundo grupo,Sm2Co17 (2-17), abrange uma gama de energia de22-32 MGOe- Não.

 

Tanto os ímãs de cobalto de samário como os de neodímio são fabricados a partir de metais em pó. São comprimidos sob a influência de um campo magnético potente antes de serem submetidos a um processo de sinterização.

 

Os ímãs de neodímio são altamente sensíveis aos fatores ambientais, enquanto os ímãs de cobalto de samário de terras raras apresentam excelente resistência à corrosão. Os ímãs de cobalto de samário de terras raras podem suportar altas temperaturas sem perder seu magnetismo, enquanto os ímãs de neodímio devem ser usados com cautela acima da temperatura ambiente. Os ímãs de neodímio são mais duráveis em comparação com os ímãs de cobalto de samário e podem ser facilmente usinados e incorporados em conjuntos magnéticos. Ambos os materiais exigem o uso de ferramentas de diamante, EDM ou moagem durante o processo de usinagem.

Em seguida, vamos aprender sobre ímãs Alnico

 

Magnetos de alumínio-níquel-cobalto (AlNiCo)são materiais convencionais de ímã permanente constituídos principalmente poralumínio, níquel e cobalto.São um dos primeiros ímãs permanentes comerciais contemporâneos, inovados porT. Mishimano Japão no início do século XX.

 

Apesar da sua remanência notável, a sua dureza relativamente modesta leva a um produto de energia magnética (BH) max reduzido quando comparado com outros tipos de ímãs. O AlNiCo fundido possui a capacidade de ser formado em formas intrincadas, enquanto o AlNiCo sinterizado apresenta propriedades magnéticas ligeiramente menores, mas propriedades mecânicas superiores devido à sua estrutura de grãos finos, resultando em uma distribuição uniforme do fluxo e uma resistência mecânica melhorada.

 

A sinterização do AlNiCo abrange a fusão por indução, moagem em partículas finas, prensagem, sinterização, teste, revestimento e magnetização. Vários métodos de fabricação afetam as propriedades do ímã, com a sinterização aumentando os atributos mecânicos e a fundição aumentando a densidade de energia.

 

Os ímãs de AlNiCo sinterizados existem em diferentes tipos, desde1,5 a 5,25 MGOe, enquanto os ímãs fundidos variam de5,0 a 9,0 MGOe- Não. Os ímãs anisotrópicos de AlNiCo oferecem opções de direção de magnetização personalizadas, proporcionando uma valiosa versatilidade.

As ligas de alumínio-níquel-cobalto apresentam altas temperaturas máximas de funcionamento e uma resistência à corrosão excepcional. Alguns tipos de Alumínio Níquel Cobalto podem funcionar a temperaturas superiores a500°C.Estes ímãs são amplamente utilizados em microfones, alto-falantes, picapes de guitarra elétrica, motores, tubos de ondas de viagem, sensores Hall e várias outras aplicações.

 

Finalmente, vamos entender o ímã com a maior vantagem de preço, que é o ímã de ferrite.

Magnetos de ferrita, também conhecido comoMagnetos de cerâmica, são compostos de óxido de ferro sinterizado, juntamente com materiais como carbonato de bário ou carbonato de estrôncio. Estes ímãs são reconhecidos pela suapreços económicos, resistência à corrosão e capacidade de manter a estabilidade a altas temperaturas até 250°C.

 

Enquanto as suas características magnéticas sãonão tão resistentes como os ímãs NdFeB, a relação custo-eficácia dos ímãs de ferrite os torna adequados paraem grande escalaprodução. Esta vantagem de custo decorre da utilização de materiais baratos e facilmente disponíveis, não estratégicos por natureza.

 

 

Os ímãs cerâmicos podem ser isotrópicos, mostrando propriedades magnéticas uniformes em todas as direções, ou anisotrópicos, exibindo magnetização alinhada com a direção do estresse. Os ímãs cerâmicos mais potentes podem atingir uma energia magnética de3,8 MGOe, tornando-os o tipo mais fraco de ímã permanente. Apesar de suas propriedades magnéticas modestas, elas oferecem uma resistência superior à desmagnetzação em comparação com outros tipos de ímãs.

 

Os ímãs cerâmicos apresentam umaenergia magnética baixaProduto e possuirexcelente resistência à corrosão,Comumente utilizados em conjunto com componentes de aço de baixo carbono e adequados para utilização em ambientes de temperatura moderada.

 

O processo de fabricação de ímãs cerâmicos envolve prensagem e sinterização, sendo recomendado o uso de molas de diamante devido à sua natureza frágil.

 

Em geral, os ímãs cerâmicos oferecem um equilíbrio entre a resistência magnética e a eficiência de custo, com sua fragilidade neutralizada por uma excelente resistência à corrosão. São duráveis, resistentes à desmagnetization, e uma opção econômica para várias aplicações como brinquedos, artesanato e motores.

 

Os ímãs de terras raras melhoram significativamente o peso ou o tamanho, enquanto os ferritos são preferíveis para aplicações que não exigem alta densidade de energia, como janelas elétricas, assentos, interruptores, ventiladores, sopradores em aparelhos, algumas ferramentas elétricas e equipamentos de áudio.