¿Como se fabrica el iman de neodimio?

El proceso de fabricación del Nd₂Fe₁₄B en 12 etapas clave

El polvo se compacta en un molde dentro de un campo magnético aplicado. Ese campo gira físicamente cada partícula micrométrica de modo que su eje fácil apunte en la misma dirección, y la prensa bloquea después esa alineación en un compacto "verde" con una resistencia parecida a la del yeso. Este es el paso que fija para siempre el sentido de magnetización del imán, porque después del prensado el eje fácil de cada grano queda congelado en el sólido y una magnetización posterior solo puede cargar el imán a lo largo de ese eje; una orientación equivocada es chatarra tanto en la fase verde como en la fase de producto terminado.

Existen variantes de prensado según la geometría del campo frente a la dirección de prensa:

La sinterización se realiza al vacío, típicamente entre 1050 y 1080 °C, en un proceso finamente calibrado esencial para conseguir la alta coercitividad y la estructura de grano deseada, con porosidad próxima a cero y tamaños de grano entre 5 y 15 micras. A esa temperatura la fase límite rica en neodimio se vuelve líquida y fusiona los granos en un sólido denso, de modo que las piezas se contraen entre un 15 % y un 20 % linealmente durante el proceso. El control de la temperatura es crucial para impedir el crecimiento de grano, que reduciría la coercitividad del imán.

A la sinterización sigue un tratamiento térmico en dos niveles: el primero, en torno a 900 °C, actúa sobre la fase rica en neodimio y mejora la superficie del imán a nivel atómico sin un crecimiento excesivo del grano; el segundo, en torno a 500 °C, es crítico para ajustar la composición de fases y la microestructura, con impacto directo sobre la coercitividad intrínseca, la rectangularidad de la curva de desmagnetización y las pérdidas inducidas por temperatura. Entre los métodos habituales figuran el recocido, que alivia tensiones internas, y el revenido y el temple, empleados para reforzar la resistencia mecánica y la estabilidad térmica.

Una refinación moderna es la difusión de límites de grano (GBD), por la que las tierras raras pesadas (disprosio y terbio) se difunden en la superficie después de la sinterización y se concentran exactamente donde se necesita la coercitividad, en los límites de grano. Esto permite obtener clases de alta temperatura con mucha menos tierra rara pesada, ampliando las combinaciones de calidad disponibles.

La contracción de sinterización es la razón de que las tolerancias del prensado sean amplias, pues las dimensiones tras la sinterización varían más de un uno por ciento. El NdFeB sinterizado es duro, frágil y no mecanizable por corte convencional, por lo que todas las superficies terminadas se producen con métodos abrasivos y eléctricos sobre piezas sin magnetizar:

• Rectificado con diamante para superficies y diámetros interior y exterior, tolerancia estándar de ±0,05 mm.
• Corte con disco de diamante para dividir bloques grandes en muchas piezas finas.
• Electroerosión por hilo (EDM) para arcos y perfiles complejos que el rectificado no alcanza.

Todo el mecanizado se hace en húmedo, tanto por la fragilidad del material como porque la viruta seca de NdFeB es un riesgo de incendio. El NdFeB se oxida al exponerse al aire y es extremadamente frágil, por lo que casi todas las piezas se recubren. El revestimiento más habitual es el multicapa de níquel-cobre-níquel (Ni-Cu-Ni), con un espesor típico de 15 a 25 micras verificado por fluorescencia de rayos X; existen además epoxi, zinc, parylene u oro para aplicaciones médicas y especiales.

La magnetización final se realiza descargando un banco de condensadores a través de una bobina fijada al utillaje: un pulso de unos pocos milisegundos y de varios tesla satura el material a lo largo del eje sobre el que fue prensado. Las piezas axiales simples usan utillajes de solenoide estándar y los patrones multipolares utillajes a medida. La inspección final mide por lote Br, Hcb, Hcj y BHmax en histeresigrafo, comprueba el momento magnético total en bobina de Helmholtz, realiza escaneos de polos, y verifica dimensiones, recubrimiento y aspecto, antes de un embalaje esmerado en el que los imanes grandes quedan protegidos entre sí mediante embalaje individual por su enorme fuerza de atracción.