materiales magnéticos duros

MATERIALES MAGNTICOS

DUROS

Ing. Carlos A. Agero Facultad de Ingeniera

Univ. Nacional de Mar del plata [email protected]

DEFINICIONES

PROPIEDADES MAGNTICAS

APLICACIONES

CMO SE EVALA LA CALIDAD?

CMO FUE EVOLUCIONANDO LA CALIDAD?

CLASIFICACION DE LOS MATERIALES PARA

IMANES PERMACNENTES

MATERIALES MAGNETICOS DUROS

ALEACIONES MAGNETICAS

CERAMICOS MAGNETICOS

ALEACIONES DE Al-Ni-Co-Fe-Ti

ALEACIONES DE Ag-Co

ALEACIONES DE Co-Fe-V

ALEACIONES DE Cu-Ni-Fe

ALEACIONES DE TIERRAS RARAS

FERRITAS DURAS

ACEROS PARA IMANES

ALEACIONES Cu-Ni-Co

Aceros al carbono Aceros al tungsteno Aceros al cromo Aceros al cromo-cobalto Aceros al cobalto

Bibliografa

DEFINICIONES PROP. GENERALES Fundamentos de la Ciencia e Ingeniera de Materiales. Mc Graw Hill William F.

Smith

Materiales Electrotcnicos Enciclopedia CEAC de la Electricidad Jos R. Vzquez

ENVEJECIMIENTO ARTIFICIAL - ACEROS PARA IMANES

PERMANENTES CEAC

COMPLEMENTARIO SERWAY Electricidad y Magnetismo 3 ED

Handbook of Magnetic Materials, Volume 4 E.P Wohlfarth and K.H.J. Buschow

Measurement and Characterization of Magnetic Materials - F. Fiorillo (Elsevier, 2004)

Producto de energa mximo

para un material magntico.

La energa Potencial Magntica almacenada en un Mat. Magntico.

Curvas de Producto de energa

Fig 11.25

Cmo se calcula?

Mximo valor del producto de B x H

En la Curva de Desmagnetizacin (2 Cuadrante)

rea ocupada por el mayor rectngulo que puede inscribirse en el 2 Cuadrante del ciclo de histresis del material.

-H -Hc 0 (BH)MAX BH

B

Br

Curvas de Desmagnetizacin

Fig 11.24

Imn Ideal

Fig 136 CEAC

alta remanencia. Cuanto mayor es la remanencia mayor es el flujo magntico que puede crear un imn.

alta coercividad. Cuanto mayor es la coercividad es ms difcil que el imn se desmagnetice por acciones mecnicas o cambios de

temperatura.

alto producto (BH)max. Cuanto mayor es este valor,mayor es la energ. almacenada y se requerir menos material para producir un dado flujo

magntico en un circuito.

Curvas de Producto de energa

Mtodo Prctico

Fig 137 CEAC

Transforma la energa elctrica que le proveemos

en energa mecnica.

Transforma la energa mecnica que le

proveemos en energa

elctrica.

Aplicaciones

Motores-Generadores

Instrumental de Medicin

Instrumentos de imn permanente-bobina

mvil (IPBM),

medidores de induccin

para la medicin de

energa o otras

variantes como son los

medidores de velocidad

Parlantes y Micrfonos

Capaces de convertir una seal elctrica alterna en vibraciones fsicas

con el fin de crear un sonido, o

viceversa

Micrfono Diafragma recoge ondas de presin de las ondas sonoras

El movimiento coincide con la intensidad y frecuencia de la onda entrante

Movimiento de la bobina en el campo genera corriente elctrica

\videos\ Como funciona el microfono - Discovery MAX

Altavoz Corriente elctrica hace mover a la bobina que arrastra

diafragma \videos\ Como funciona el altavoz - Discovery MAX

Sensores magnticos

Medicin sin contacto fsico

Direccin

Posicin

Rotacin

ngulo

- Dexter Magnetic Aplicaciones http://www.dextermag.com/products/magnetic-assemblies/sensors

Acoples Mecnicos

Magnticos

Son utilizados para transmitir rotacin y/o movimiento lineal sin contacto

directo

Rotatorios

Lineales

Por Histresis

Por Corrientes de Foucault

http://www.dextermag.com/products/magnetic-assemblies/magnetic-couplings

Punto de trabajo de un iman

ImanesPermanentes.pdf INTI-Crdoba Ing. Roberto L. Muoz

Analoga elctrica de un circuito magntico

ACEROS MAGNETICOS

Los materiales para imanes permanentes clasificados

como aceros, se adquieren

generalmente del fabricante de

aceros como productos

semiterminados y deben

recibir la forma definitiva y se

tratados trmicamente e

imanados por el comprador,

para dar al imn la forma

deseada.

Aceros para Imanes

Forma

Forjado, estampado, mecanizado

Recocido

Templado

Imanacin

Envejecimiento artificial

ENVEJECIMIENTO

(de un material magntico)

Prdida de propiedades magnticas con el tiempo

Mxima en las primeras horas decrece con el tiempo

ENVEJECIMIENTO ARTIFICIAL

Estabilizan propiedades Calentamientos sucesivos en

AIRE

AGUA HIRVIENDO

ACEITES

Choques sucesivos

Temple por Enfriamiento y por

Dispersin

Temple por Enfriamiento Transformaciones de un sistema cristalino a otro

durante el enfriamiento.

Inclusin de ciertos cuerpos en la aleacin.(tungsteno, cromo, cobalto)

Solucin de cuerpo precipitado en la aleacin

Gran influencia de temperatura impide mecanizado o soldadura.

Temple por Enfriamiento y por

Dispersin

Temple por Dispersin Temple

Recalentamiento hasta temp. de cristalizacin.

Revenido recocer el acero a temperatura inferior a la del temple para mejorarlo

Son mas estables

Se utilizan principalmente en aleaciones especiales: Al-Ni-Co, Cu-Ni-Fe

ACEROS MAGNETICOS

Los aceros para imanes permanentes se clasifican

de acuerdo a su aleacin

en:

Aceros al carbono

Aceros al tungsteno

Aceros al cromo

Aceros al cromo-cobalto

Aceros al cobalto

Aceros al Carbono

Pequeos imanes 0,6 a 1% carbono

0,3 a 0,8 % manganeso

Forjado a 900C Recocido a 700C enfriado en aire Temple a 800C enfriado en agua. Imanacin Tratamiento de envejecimiento en agua

Aceros al Tungsteno

Mejores prop. Magnticas Conservan prop ante calentamiento, choque, etc.

0,6 a 1% carbono

4 a 6 % W (tungsteno)

0,5 % Mn (manganeso)

2 % Cr (cromo)

Forjado a 1000C Recocido a 750C enfriado en aire Temple a 800C enfriado en agua o aceite. Imanacin Tratamiento de envejecimiento en agua

Aceros al Cromo

Prop. Magnticas Similares a aceros al tungsteno MAS BARATOS Conservan prop ante calentamiento, choque, etc.

0,6 a 1% carbono

1 a 6 % Cr (cromo)

0,5 % Mn (manganeso)

Forjado a 900C Recocido a 700C enfriado en aire Temple a 800C enfriado en agua o aceite. Imanacin Tratamiento de envejecimiento en agua

Aceros al Cobalto

Prop. Magnticas superiores Mecanizables en caliente Mas costosos Conservan prop en presencia de campos alternos

36 % Co

6 % Cr

4 % w

Forjado a 950C Recocido a 780C enfriado en horno Temple a 975C enfriado en aire o aceite. Imanacin Tratamiento de envejecimiento en agua

Aceros al Cromo-Cobalto

Prop. Magnticas superiores Mecanizables Mas econmicos que Aceros al cobalto

10 a 16% Co

9 % Cr

Forjado a 1000C Recocido a 900C enfriado en aire Temple a 1100C enfriado en agua o aceite. Imanacin Tratamiento de envejecimiento en aire

Aceros para Imanes

Tabla 77

ALNICO

Ni

Fe Fe Fe Fe Fe Fe

Ni

Ni Ni

Ni Ni

Co

Co

Co

Co

Co

1 alnico.pdf

2 cast alnico.pdf

3 sintered alnico.pdf

ALNICO How_Its_Made_magnets.mpg



Las ms conocidas de estas aleaciones son las denominadas

CUNIFE

Adems de sus propiedades magnticas , se caracterizan por su ductilidad, lo que pueden trabajarse mecnicamente y laminarse en espesores muy finos

Las aplicaciones ms importantes de estos materiales es en la fabricacin de hilos y cintas magnetofnicas

Las caractersticas magnticas para este tipo de materiales son las siguientes:

Hc = 600 Oe Br = 0.58 kG B.H = 1.96 106


ALEACIONES DE Cu-Ni-Co

Las ms conocidas de estas aleaciones son las denominadas CUNICO

Con composiciones que varan entre 25 % a 50 % de Co, 20 % a 26 % de Ni y 25 % a 60 % de Cu

Se pueden mecanizar fcilmente, por lo que tienen un campo de aplicacin semejante las anteriores

Las caractersticas magnticas para el Cunico 2 son las siguientes:

Hc = 450 Oe

Br = 5.3 kG

B.H = 0.99 106


ALEACIONES DE Fe-Co-V

Las ms conocidas de estas aleaciones son las denominadas

VICALLOY

La constitucin del material base es : 34 % de Fe, 52 % de Co y 14 % de Vanadio

Estas aleaciones son dctiles y maleables y algunas de ellas tienen caractersticas muy direccionales


Hc = 400 Oe

Br = 9.6 kG B.H = 2.5 106


ALEACIONES CON METALES PRECIOSOS

Muy altas Hc

La mas conocidas de estas aleaciones es el SILMANAL

Constituido por 86 % de plata, 9 % de manganeso y 5 % de aluminio


Hc = 670 Oe

Br = 0.595 kG

B.H = 1.48 106

Aleaciones Magnticas Fe-Cr-Co

Propiedades similares al Alnico pero

Maleables.

Se pueden trabajar en fro (temp ambiente)

Muy estables con la temp.

Telefona, Auriculares

Elementos que requieran ajustes en forma.

FERRITAS DURAS

Las ferritas magnticas se han ganado una gran aceptacin

debido a tener una alta

resistencia a la

desmagnetizacin, excelente

resistencia a la corrosin, baja

densidad y bajo precio por

peso.

FERRITAS

Oxido de Hierro con otros Oxidos y carbonatos Sinterizacin en forma de polvo muy fino

1 micra para que cada grano constituya un dipolo.

Muy econmico R alta. USOS

Alta Frecuencia Estatores de Micromotores CC Rotores de Micromotores CA Acoplamientos magnticos Altavoces

In divalente con Fe2O3 BLANDOS Mn 2+

Ni 2+ con 6 Fe2O3 DUROS Zn 2+

BaO 6 Fe2O3

SrO 6 Fe2O3

FERRITAS DURAS

Las ferritas son materiales magnticos que se forman a partir de xido de hierro (Fe2O3) con otros xidos y carbonatos en forma de polvo 1[m] .

Estos polvos son prensados y sinterizados a elevadas temperaturas.

En algunos casos en presencia de un campo magntico (orientado).

Existen dos tipos de ferritas en cuanto a su composicin qumica:

Ferrita de bario (BaO-6Fe2O3)

Ferrita de estroncio (SrO-6Fe2O3)

En los ltimos aos las ferritas de bario han sido reemplazadas en su mayora por las ferritas de estroncio, ya que estas tienen unas propiedades magnticas superiores.

Ventajas de usar Ferrita:

Bajo coste de produccin.

Puede trabajar en temperaturas extremas (-40C a +250C).

Fcil magnetizacin en distintas orientaciones.

Desventajas:

Baja induccin.

Dificultad de mecanizado.

APLICACIONES

Motores

Altavoces.

Cierres magnticos.

Seguridad.

Juguetera.

90% prod. mundial de imanes (en peso)

Ferritas Blandas

Son Aislantes.

Tienen una gran resistencia elctrica.

Aplicaciones:

Sistemas de baja Seal y alta frecuencia, ncleos de memoria, aparatos audiovisuales, cabezas de grabacin.

Algunas aplicaciones de ferritas blandas. : permeabilidad del material magntico T: temperatura t : tiempo

B: induccin magntica ac: corriente alterna dc: corriente contnua

COMPARACION DE MATERIALES MAGNETICOS

En los siguientes grficos de barras se comparan algunos de los materiales magnticos de acuerdo a su producto de energa externa

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

En

erg

a e

xte

rna

BH

(M

GO

e)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Tipo de material

Valores mximos de Energa externa

1-Acero al cobalto

2-Acero al Cr-Co

3-Acero al

tungsteno

4-Acero al cromo

5-Acero al carbono

6-Alnico 5

7-Alnico 12

8-Alnico 2

9-Alnico 4

10-Alnico 6

11-Cunife 1

12-Cunico 1

13-Silmanal

14-Ferrita de Ba

(no orientado)

15-Ferrita de Ba

(orientado)

COMPARACION DE MATERIALES MAGNETICOS

Continuacin

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Energa Externa BH

(MGOe)

1 2 3 4

Tipo de material

Valores mximos de Energa Externa

1-Alnico 5

2-Tierras raras (SmCo5 fase

nica)

3-Tierras raras (SmCo5

endurecidos por precipitacin)

4-Nd-Fe-B

ALEACIONES TIERRAS RARAS

Aleaciones de Samario-Cobalto

(Sm-Co)

Estos materiales fueron

introducidos al mercado a partir

de 1970, y son de gran

produccin hoy en da debido a la

combinacin de tener altas

propiedades magnticas junto con

una alta estabilidad trmica y

excelente resistencia a la

corrosin

Estos materiales son producidos por tcnicas de metalurgia de

polvos

ALEACIONES TIERRAS RARAS

ALEACIONES DE NEODIMIO-HIERRO-

BORO

Los materiales magnticos de Nd-Fe-B fueron

comercialmente disponibles

desde Noviembre de 1984.

Ellos ofrecen el mas alto producto de energa disponible

hoy en da, del orden de 398

kJ/m3 (50 MGOe) y estn

disponibles en un gran rango

de formas, tamaos y grados.

ALEACIONES DE SmCo

Hay dos grupos principales de materiales magnticos basados en tierras raras: unos basados en una fase nica de SmCo5 , y otros basados en aleaciones endurecidas por precipitacin Sm (Co, Cu)7,5.

Materiales magnticos de fase nica SmCo5 : B.H = 140 kJ/m3 (18 MG.Oe)

Materiales magnticos endurecidos por precipitacin

B.H =240 kJ/m3 (30 MG.Oe)

Temperatura mxima de uso:

Aunque la temperatura de Curie para materiales SmCo se encuentra entre 700 a 800 oC, las aleaciones ms generales solo pueden usarse hasta un mximo de temperatura entre 250 a 350 C.

ALEACIONES DE SmCo

Las ventajas de usar SmCo:

Puede trabajar a temperaturas elevadas (+250 C)

Es mas resistente a la oxidacin que el NdFeB

Desventajas:

Es un material costoso y mas quebradizo que el NdFeB

Aplicaciones:

Las caractersticas de este material hacen que SmCo sea un material ideal para aplicaciones como servos motores, sensores,

dispositivos mdicos tales como motores ligeros en bombas

implantables y vlvula y en todo lugar donde el magnetismo es

requerido para operar a altas temperaturas, con un alto rango de

variacin de la temperatura o en medios corrosivo.

ALEACIONES DE NEODIMIO-HIERRO-BORO

Estos materiales son producidos por tcnicas de metalurgia de polvos y

tambin formados en cintas de hilado fundido de solidificacin rpida

Este tipo de materiales tienen algunas limitaciones en cuanto al su comportamiento en medios corrosivos.

En aplicaciones hmedas, una proteccin es altamente recomendada. Dentro de los recubrimientos que satisfactoriamente se usan podemos citar: Recubrimiento por inmersin en lquido epoxy, Secado electrosttico por rociado epoxy, Recubrimiento de nquel O combinacin de los distintos tipos de recubrimientos.

ALEACIONES DE NEODIMIO-HIERRO-BORO

Ventajas de usar NdFeB: Sus altos valores magnticos permiten que se puedan realizar

medidas muy reducidas con una extraordinaria potencia.

Adecuados para utilizarlos a temperatura ambiente.

Desventajas No puede trabajar a altas temperaturas (200C) Es muy propenso a la oxidacin.

APLICACIONES Primeramente el uso de estos materiales fue en motores elctricos

en discos rgidos. Otras aplicaciones son, en la de motores elctricos de alto desarrollo, motores elctricos para lectoras de CD, separaciones magnticas, imgenes de resonancia magntica, sensores y parlantes.

CLASIFICACION DE LOS MATERIALES PARA

IMANES PERMACNENTES

MATERIALES MAGNETICOS DUROS


CERAMICOS MAGNETICOS

ALEACIONES DE Al-Ni-Co-Fe-Ti

ALEACIONES DE Ag-Co

ALEACIONES DE Co-Fe-V


ALEACIONES DE TIERRAS RARAS

FERRITAS DURAS

ACEROS PARA IMANES

ALEACIONES Cu-Ni-Co

Aceros al carbono Aceros al tungsteno Aceros al cromo Aceros al cromo-cobalto Aceros al cobalto

materiales magnéticos duros

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