Cubi magnetici al neodimio nichelati
Un magnete al neodimio (noto anche come NdFeB, NIB o Neo magnet) è il tipo più utilizzato di magnete in terre rare. È un magnete permanente costituito da una lega di neodimio, ferro e boro per formare la struttura cristallina tetragonale Nd2Fe14B. Sviluppati indipendentemente nel 1984 da General Motors e Sumitomo Special Metals, i magneti al neodimio sono il tipo più forte di magnete permanente disponibile in commercio.
I magneti NdFeB possono essere classificati come sinterizzati o incollati, a seconda del processo di produzione utilizzato. Hanno sostituito altri tipi di magneti in molte applicazioni in prodotti moderni che richiedono potenti magneti permanenti, come motori elettrici in utensili cordless, dischi rigidi e dispositivi di fissaggio magnetici .
Spiegazione della forza
Nella sua forma pura, il neodimio ha proprietà magnetiche, in particolare è antiferromagnetico, ma solo a basse temperature, inferiori a 19 K (-254,2 gradi; -425,5 gradi F). Ma alcuni composti di neodimio con metalli di transizione come il ferro sono ferromagnetici, con temperature di Curie ben al di sopra della temperatura ambiente. Questi sono usati per fare magneti al neodimio.
La forza dei magneti al neodimio è il risultato di diversi fattori. Il più importante è che la struttura cristallina tetragonale Nd2Fe14B ha un'anisotropia magnetocristallina uniassiale eccezionalmente elevata (HA ≈ 7 T – intensità del campo magnetico H in unità di A/m rispetto al momento magnetico in A·m2). Ciò significa che un cristallo del materiale si magnetizza preferenzialmente lungo uno specifico asse del cristallo ma è molto difficile da magnetizzare in altre direzioni. Come altri magneti, la lega magnetica al neodimio è composta da grani microcristallini che sono allineati in un potente campo magnetico durante la produzione in modo che i loro assi magnetici puntino tutti nella stessa direzione. La resistenza del reticolo cristallino alla rotazione della sua direzione di magnetizzazione conferisce al composto un'altissima coercitività, o resistenza alla smagnetizzazione.
L'atomo di neodimio può avere un grande momento di dipolo magnetico perché ha 4 elettroni spaiati nella sua struttura elettronica rispetto a (in media) 3 nel ferro. In un magnete sono gli elettroni spaiati, allineati in modo che il loro spin sia nella stessa direzione, che generano il campo magnetico. Ciò conferisce al composto Nd2Fe14B un'elevata magnetizzazione di saturazione (Js ≈ 1,6 T o 16 kG) e una magnetizzazione residua di tipicamente 1,3 tesla. Pertanto, poiché la massima densità di energia è proporzionale a Js2, questa fase magnetica ha il potenziale per immagazzinare grandi quantità di energia magnetica (BHmax ≈ 512 kJ/m3 o 64 MG·Oe).
Questo valore di energia magnetica è circa 18 volte maggiore dei "normali" magneti in ferrite in volume e 12 volte in massa. Questa proprietà di energia magnetica è più elevata nelle leghe NdFeB rispetto ai magneti in samario-cobalto (SmCo), che sono stati il primo tipo di magnete in terre rare ad essere commercializzato. In pratica, le proprietà magnetiche dei magneti al neodimio dipendono dalla composizione della lega, dalla microstruttura e dalla tecnica di fabbricazione impiegata.
La struttura del cristallo Nd2Fe14B può essere descritta come strati alternati di atomi di ferro e un composto di neodimio-boro.[3] Gli atomi diamagnetici del boro non contribuiscono direttamente al magnetismo ma migliorano la coesione mediante un forte legame covalente. Il contenuto di terre rare relativamente basso (12 percento in volume, 26,7 percento in massa) e la relativa abbondanza di neodimio e ferro rispetto a samario e cobalto rende magneti al neodimio di prezzo inferiore rispetto ai magneti in samario-cobalto.
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