Mecanico Industrial

Clasificación de los materiales magnéticos: materiales blandos y duros

De forma general, suele clasificarse a los materiales magnéticos en dos grandes grupos: materiales magnéticos blandos y materiales magnéticos duros. En la figura 10.11 se presentan las curvas de histéresis características de dos materiales magnéticos, uno blando y otro duro.

Figura 10.11. Curvas de histéresis características. a) Imán blando para núcleos. b) Imán duro o permanente. Nótese la diferente escala de H.

3.4.1. MATERIALES MAGNÉTICOS BLANDOS

Un material magnético blando es aquel que una vez magnetizado hasta la saturación Bs, si se elimina el campo aplicado H se desmagnetiza con facilidad, es decir, presenta de forma espontánea un valor Br bajo, que desaparece completamente con valores de H de signo contrario también bajos. Como consecuencia, presentan curvas de histéresis magnética muy estrechas, con bajas pérdidas de energía por ciclo.

Un material magnético blando es por tanto aquel cuya imantación y desimantación resulta fácil, es decir, aquellos en los que el movimiento de las paredes de los dominios y su rotación resulta fácil.

Estas características de fácil imantación y desimantación permiten su utilización para construir circuitos magnéticos en aplicaciones con corriente alterna: transformadores, generadores, motores, etc. y también en otras aplicaciones donde el material debe desmagnetizarse con facilidad, como relés, electroimanes, accionamiento de servoválvulas, etc.

Ejemplos de materiales magnéticos blandos y sus

aplicaciónes

Aleaciones de Fe y Si. Los materiales magnéticos blandos de más amplia

utilización, por ejemplo en motores, tranformadores ó generadores, son las

aleaciones de Fe con 3-4% en peso de Si. Al añadir Si en solución sólida al Fe, la

aleación resultante presenta unas pérdidas de energía por histéresis menores,

volviéndose más blando magnéticamente, como consecuencia de varios fenómenos.

Primero disminuyen los intersticiales de oxígeno presentes atrapados por el Si; estos

intersticiales son unos defectos que dificultan el movimiento de las paredes de los

dominios. Además existe una reducción de la energía de anisotropía

magnetocristalina y de la magnetostricción provocando un aumento de la

permeabilidad magnética. Finalmente, la adicción de Si da lugar a un aumento en la

resistividad eléctrica disminuyendo las perdidas por corrientes parásitas, hecho

importante en transformadores y máquinas funcionando en corriente alterna. Como

efectos negativos aparecen la disminución de la imanación de saturación y de la

temperatura de Curie de la aleación. Ademas disminuye la ductilidad del Fe

provocando que para contenidos de Si mayores del 4% no se puede laminar el

material.4-14

Otro mecanismo que reducen las pérdidas magnéticas en estas aleaciones es

conseguir que en el proceso de laminación, la orientación de los granos sea tal que

la dirección de fácil imanación <100> quede en el plano de la lámina. Esta es la

denominada tectura de Goss, figura 4.9, en la que el plano del laminado es el (110).

Finalmente se suelen adoptar estructura laminares empleándose por ejemplo en

núcleos de transformadores láminas de Fe-3%Si de 0,25 a 0.35 mm de espesor, con

una capa aislante entre ellas con el objetivo de reducir las corrientes parásitas.

Figura 4.9. (a) textura aleatoria y (b) Textura de Goss (110)Æ001æ

Vídrios metálicos. Los vidrios metálicos son una clase relativamente nueva de

materiales metálicos cuya característica dominante es una estructura no cristalina

(amorfa). Se fabrican por un proceso de solidificación rápida (~106

°C/s). Los vidrios

metálicos tienen una propiedades notables: son muy fuertes, muy duros con alguna

flexibilidad, y muy resistentes a la corrosión. Magnéticamente son materiales muy

blandos, y esa es una de las principales razones de su importancia. Consisten

esencialmente en combinaciones de los metales ferromagnéticos Fe, Co y Ni con los

metaloides B y Si. En los vidrios metálicos, al no haber fronteras de grano ni

anisotropía cristalina de gran alcance, las paredes de los dominios se mueven con

facilidad, la energía de anisotropía es practicamente 0, las pérdidas de histéresis son

muy pequeñas y poseen una alta permeabilidad. Además, al ser materiales amorfos,

su resistividad es alta, es decir, las pérdidas por corrientes parásitas serán muy

pequeñas.

La tabla 4.2 muestra una recopilación de los vidrios metálicos más conocidos

y de sus propiedades. El material más común se denomina Metglas (Fe80B20 ®

Metglas 2605). Este tipo de materiales encuentra aplicaciones en transformadores

de energía, sensores magnéticos de posición ó deformación y cabezas de

grabación.4-15

Tabla 4.2. Vidrios metálicos: composiciones, propiedades y aplicaciones

Aleaciones de Fe y Ni. Poseen energías magnetocristalina y magnetostrictiva muy

bajas, y por eso tienen mayores permeabilidades a campos bajos que las aleaciones

de Fe-Si, tabla 4.1. Los materiales más conocidos son el Permalloy (Fe + 45%Ni) y

el Supermalloy (79% Ni). Su aplicación más importante es la comunicación de alta

sensibilidad, en la que el equipo ha de recibir o transmitir pequeñas señales.

3.4.2. MATERIALES MAGNÉTICOS DUROS

Una definición simple de material magnético duro es aquel, que una vez magnetizado, se comporta como un imán permanente. Es decir, presenta un alto valor de Br y resulta difícil de desimantar aún en presencia de campos H de sentido contrario grandes, lo que significa que también deben presentar una alta fuerza coercitiva Hc. Este comportamiento se debe a que una vez orientados los dominios tienen grandes dificultades para volver al estado original, con direcciones de sus momentos magnéticos al azar.

Un imán permanente proporciona un campo magnético al exterior, al igual que una bobina por la que circula corriente. Gracias a ello, se emplean en la construcción de motores eléctricos y generadores de corriente continua. Las aplicaciones electrónicas incluyen imanes para auriculares, altavoces, timbres de teléfonos, etc.

4.4.1 Ejemplos de materiales magnéticos duros y sus

aplicaciónes

Alnico (aleaciones de Al, Ni y Co). Las aleaciones alnico son aleaciones de Al, Ni

y Co más Fe como material base, y son los más importantes materiales

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