Produzione dei magneti al neodimio e caratteristiche speciali dei supermagneti

Escludendo gli elettromagneti, i magneti al neodimio sono i più potenti al mondo. La forza di adesione o adesione è anche per le versioni piccole molto elevata e non dovrebbe mai essere sottovalutato. I magneti in ferrite non si avvicinano a loro quando si tratta di forza magnetica. Ma cosa sono i magneti al neodimio e come funziona esattamente la produzione dei magneti? Lo chiariremo di seguito.

Come vengono realizzati e magnetizzati i magneti al neodimio?

La produzione di potenti magneti dal neodimio avviene in diversi passaggi successivi. Esistono, come dice il nome suggerisce dice, tra le altre cose, il neodimio. Questa sostanza è una delle cosiddette terre rare ed è classificata come lantanidi. Il metallo si trova in natura solo nei composti chimici - di solito insieme ai minerali. Per promuovere la sostanza durante la produzione del magnete e separarla dalle altre sostanze collegate, è necessaria un'estrazione, ad esempio in un forno per elettrolisi – necessario. Il neodimio ottenuto rappresenta uno dei tre materiali di base per la produzione dei magneti.

Nel passaggio successivo deve essere creata una lega composta da neodimio, ferro e boro (chimica: NdFeB). I materiali vengono pesati e poi posti in un forno ad induzione sotto vuoto. Ogni produttore di magneti punta sulla propria ricetta e aggiunge ai materiali di base altri elementi come cobalto o rame. Con queste aggiunte i magneti possono infine acquisire ulteriori proprietà, come la resistenza alla corrosione. Le sostanze miste vengono fuse insieme nel forno. La lega risultante viene quindi messa negli stampi. A seconda della composizione, la qualità dei magneti al neodimio varia dopo la produzione.
Le forme risultanti vengono poi immediatamente rimolate o infragilite e ridotte a una dimensione di grana e di circa tre micrometri. La polvere fine è stata poi pressata e compattata più volte e utilizzando varie tecniche. Alla fine ciò che rimane è il cosiddetto Greenling, che ha solo un effetto leggermente magnetico e ha una consistenza fragile.

L'ultima fase produttiva nella produzione dei magneti è la sinterizzazione. In questa parte del processo produttivo, la lega è sottoposta ad alta pressione nonché con alte temperature compattate e bruciate. Questo crea la forma finale del magneti. Dopo questo processo, i pezzi grezzi vengono infine raffreddati lentamente. Diverse reazioni chimiche fanno sì che nel magnete si formi una speciale struttura cristallina, che particolarmente vantaggioso per un periodo successivo di magnetizzazione.

Come viene creato un magnete? Il trattamento superficiale determina la qualità

I magneti raffreddati sono tecnicamente finiti dopo la sinterizzazione, ma non sembrano ancora particolarmente pregiati. Sono quindi necessarie due ulteriori fasi per rifinire le superfici dei magneti al neodimio dopo la produzione. Innanzitutto vengono levigati per rimuovere punti ruvidi e irregolarità. Il materiale può comunque essere tagliato alla dimensione desiderata secondo le tolleranze specificate.
Se il magnete ha le dimensioni corrette, le superfici devono essere sigillate con uno strato protettivo. Per questa fase, il materiale deve essere accuratamente pulito e asciutto. Esistono molti rivestimenti magnetici diversi per la produzione di magneti al neodimio. Il rivestimento più comunemente utilizzato è il rivestimento Ni-Cu-Ni, ovvero una composizione di nichel-rame-nichel.

Altri rivestimenti possibili includono:

• Placcatura in oro (Ni-Cu-Ni-Au)
• Cromo (Ni-Cu-Ni-Cr)
• Rame (Ni-Cu)
• Resina epossidica (Ni-Cu-Ni-Epossidica)
• Zinco (Zn)

Ora manca solo il processo di magnetizzazione vero e proprio. Questo processo di produzione dei magneti al neodimio viene implementato con una bobina magnetica la cui forza magnetica è almeno tre volte superiore alla forza desiderata dei nuovi magneti. Il lotto con i magneti deve essere fissato saldamente prima dell'inizio del processo, altrimenti si respingono o si attraggono immediatamente dopo la magnetizzazione. La bobina fornisce un impulso di magnetizzazione ai magneti grezzi, che fa sì che i cristalli all'interno si riallineino. Da questo momento in poi i pezzi grezzi vengono magnetizzati in modo permanente: ecco come funziona la produzione di un magnete permanente.

Differenze nella produzione dei magneti: perché i magneti al neodimio sono così potenti?

I magneti al neodimio vengono spesso definiti anche supermagneti. Rispetto ai magneti in ferrite hanno un campo magnetico notevolmente più forte e quindi prestazioni più elevate. Quelli più grandi reggono seicento volte il proprio peso. La densità energetica è espressa in kilojoule per metro cubo (kJ/m3). Per illustrare la differenza tra magneti in ferrite e magneti al neodimio è possibile utilizzare un esempio numerico: i magneti in ferrite hanno normalmente una densità di energia di circa 30 kJ/m3. I magneti al neodimio hanno invece una densità di energia massima quasi venti volte superiore, ovvero circa 500 kJ/m3.

Tipo di magnete
	Ferrite	Neodimio
Densità energetica	30 kJ/m³	500 kJ/m³
Campo di applicazione	Area privata, Domestico	Industria

I magneti in ferrite vengono spesso utilizzati in aree private. Ad esempio per appendere quadri sul frigorifero o per appendere appunti. La produzione di magneti permanenti in neodimio è invece rivolta al settore industriale o ambiti lavorativi affini. Il motivo del loro enorme potere adesivo è dovuto al collegamento chimico e alla struttura cristallina. Questo ha una grande anisotropia e una coercività estremamente elevata.

Informazioni:
A differenza dei magneti al neodimio, i magneti in ferrite sono realizzati in ossido di ferro e carbonato di bario o stronzio. Questi vengono macinati, granulati, quindi pressati in un campo magnetico e sinterizzati. I rivestimenti sono piuttosto insoliti per questi.

Quanto sono pericolosi i supermagneti al neodimio?

L'uso dei magneti al neodimio dovrebbe essere sempre attentamente pensato. La loro forza adesiva estremamente elevata può provocare gravi schiacciamenti, contusioni o addirittura fratture ossee se maneggiati con noncuranza. I metalli hanno spesso bordi duri che possono ferire la pelle se maneggiati in modo errato. Questo è il motivo per cui i produttori di magneti consigliano di indossare guanti imbottiti quando si utilizzano i magneti.

Quando si uniscono due magneti dovreste anche tenere presente che da una certa distanza si attraggono e possono verificarsi situazioni pericolose impreviste. La lega di neodimio è fragile in questo stato. A causa delle forze elevate, i trucioli metallici possono scheggiarsi dai magneti e ferire la pelle in caso di impatto con il materiale.

Creare i vostri magneti: ecco come funziona

Se volete realizzare voi stessi un magnete a casa, un semplice esperimento vi aiuterà. Tutto ciò di cui avete bisogno è un chiodo di ferro e un magnete di ferro per magnetizzare il primo. Posiziona innanzitutto il chiodo su una superficie neutra – ad esempio un pannello di legno o di plastica. Quindi accarezza il magnete sul chiodo di ferro circa 50 volte. Assicurati di restare in una direzione.

Il chiodo è ora magnetizzata! Potrete verificarlo facilmente posizionando l'unghia vicino a una graffetta o qualcosa di simile. Quest'ultimo è ora attratto dal chiodo di ferro. Potrete anche realizzare voi stessi i magneti permanenti? Sfortunatamente, la produzione dei magneti permanenti come descritta è più complessa, motivo per cui non è possibile realizzarli da soli in casa.