Pesquisadores do Critical Materials Institute, um centro de inovação do Departamento de Energia dos EUA liderado pelo Ames National Laboratory, desenvolveram um novo método para fabricar ímãs permanentes de alto desempenho.

Este novo processo "Hot-roll Nano Neo Magnet" produz um ímã permanente de neodímio nanograin envolto em aço inoxidável em um processo simples e comercialmente escalável. Esse processo é semicontínuo, em comparação com os processos em batelada atualmente usados ??na indústria, o que o torna mais econômico e energeticamente eficiente.

Os ímãs permanentes de neodímio ferro boro (Neo) são cada vez mais importantes para uma variedade de tecnologias, incluindo turbinas eólicas, carros elétricos e telefones celulares. Em muitas aplicações, ímãs permanentes precisam funcionar em altas temperaturas. Infelizmente, mesmo temperaturas moderadas em torno de 150°C (302°F) degradam o desempenho dos ímãs permanentes.

Segundo Jun Cui, cientista do Ames Lab, o maior desafio da criação de ímãs permanentes é aumentar sua resistência à desmagnetização em altas temperaturas. Ele explicou duas maneiras de enfrentar esse desafio. A primeira é adicionar disprósio ao ímã Neo. No entanto, disprósio é listado como um material crítico pelo DOE e muitos outros países, o que significa que está disponível em oferta muito limitada. A segunda maneira é fabricar ímãs com tamanhos de grão pequenos, iniciando o processo de fabricação com partículas muito menores do material magnético.

Cui explicou: "Existem duas maneiras tradicionais de fazer ímãs. Uma é fazer um monte de pó de um tamanho específico, de três mícrons a cinco mícrons, esse é normalmente o tamanho. E esses pós são terrivelmente sensíveis ao ar. É tão sensível que pode pegar fogo sozinho, então você tem que lidar com tudo com cuidado." A segunda envolve começar com pós menores, em vez de serem medidos em mícrons, eles são medidos em nanômetros. Para referência, um cabelo humano tem tipicamente 70 mícrons de diâmetro e um mícron é igual a 1.000 nanômetros.

Os pós de tamanho de mícron são expostos a um campo magnético para fazer com que os pólos magnéticos de cada uma das partículas apontem na mesma direção e depois sejam compactados. Depois, eles são fundidos em um único material sólido e totalmente denso. Para um ímã Neo contendo disprósio, o processo de sinterização envolve o aquecimento do material a temperaturas extremamente altas para densificar o ímã.

Para o método de nanopartículas, os pós não contêm nenhum disprósio, mas devem ser compactados de maneira extremamente compacta para começar, depois passam por duas fases de deformação a quente para densificar o ímã. Uma vez que esses ímãs são formados, eles ainda são sensíveis ao ar, então eles passam por um processo de revestimento final onde são revestidos com níquel.

O novo método desenvolvido por Cui e sua equipe simplifica o processo. "Acabamos começando como pós e depois os embalamos em um tubo de aço inoxidável. Embalamos bem densos e depois os enrolamos a quente", explicou Cui. "Nós o aquecemos e depois o enviamos para a laminação e então a coisa toda simplesmente vai."

Cui mencionou vários benefícios desse novo processo. Primeiro, não requer um forno a vácuo para proteger os materiais magnéticos do ar, porque o tubo de aço inoxidável é completamente selado. Em segundo lugar, eles podem fazer ímãs mais finos que mantêm sua integridade estrutural e propriedades magnéticas. Em terceiro lugar, elimina a etapa de revestimento, pois os materiais permanecem no invólucro de aço inoxidável durante todo o processo. Finalmente, em vez de um processo em lote, "podemos fazer ímãs muito longos continuamente, que podem ser cortados em vários ímãs menores", disse Cui. "Agora, de repente, você está olhando para uma maneira completamente nova de fazer ímãs com boa relação custo-benefício.