Coercitividad y Remanencia en los Imanes Permanentes

Un buen imán permanente, debe producir un alto campo magnético con una masa baja, y debería ser estable frente a las influencias que pudiera desmagnetizarlo. Las propiedades deseables de tales imanes se expresan normalmente en términos de remanencia y coercitividad de los materiales magnéticos.

Cuando se magnetiza en una dirección un material ferromagnético, no vuelve de nuevo a magnetización cero cuando cesa el campo magnético impulsor. La cantidad de magnetización que retiene cuando no hay campo impulsor, se llama remanencia. Debe ser impulsado hacia atrás de nuevo a cero mediante un campo con dirección opuesta; la cantidad de campo inverso necesario para desmagnetizarlo se llama coercitividad. Si se aplica al material un campo magnético alterno, su magnetización trazará un bucle llamado ciclo de histéresis. La falta de trazabilidad de la curva de magnetización es la propiedad llamada histéresis y se relaciona con la existencia de dominios magnéticos en el material. Una vez que los dominios magnéticos se reorientan, se necesita un poco de energía para volverlo de nuevo hacia atrás. Esta característica de los materiales ferromagnéticos es de utilidad como "memoria magnética". Algunas composiciones de materiales ferromagnéticos, retienen la magnetización impuesta indefinidamente, y son útiles como "imanes permanentes".

La tabla de abajo contiene algunos datos sobre los materiales usados como imanes permanentes. Ambas la coercitividad y la remanencia están expresadas en Tesla, la unidad básica de campo magnético B. El ciclo de histéresis de arriba está dibujado en forma de cantidad de magnetización M como función de la intensidad de campo magnético H impulsor. Normalmente se sigue esta práctica porque muestra la influencia impulsora externa (H) sobre el eje horizontal, y la respuesta del material (M) sobre el eje vertical. Además de la coercitividad y la remanencia, un factor de calidad de los imanes permanentes es la cantidad (BB₀/μ₀)_max. Un valor alto de esta cantidad, implica que el flujo magnético requerido se puede obtener con un menor volumen del material, haciendo el dispositivo más ligero y compacto.

Las aleaciones con la que se fabrican los imanes permanentes, son a menudo muy difíciles de manejar metalúrgicamente. Son mecánicamente duros y quebradizos. Pueden ser fundido y luego moldeado o incluso picado en forma de polvo y darle forma. A partir del polvo, pueden ser mezclados con aglutinantes de resina y luego comprimido y tratado con calor. Es deseable la máxima anisotropía del material, por lo que a tal fin, los materiales son a menudo sometidos a tratamiento térmico en presencia de un fuerte campo magnético.

Los materiales con alta remanencia y alta coercitividad de los que se hacen los imanes permanentes, a veces se dice que son "magnéticamente duros", para contrastarlo con los materiales "magnéticamente blandos", con los que se hacen los núcleos de transformadores y bobinas electrónicas.

Imanes de Tierras Raras

Los imanes permanentes que han producido el mayor flujo magnético con la menor masa, son los imanes de tierras raras basados en el samario y el neodimio. Sus altos campos magnéticos y ligeros pesos, hacen que sean de utilidad para la demostración de la levitación magnética de los materiales superconductores.

Las combinaciones de samario-cobalto han sido las mas usadas. Se producen imanes de SmCo₅ para aplicaciones en las que su fuerza y su pequeño tamaño compensan la desventaja de su alto coste. Los materiales de neodimio más recientes como el Nd₂Fe₁₄B dan un rendimiento comparable, y estas aleaciones de materias primas cuestan aproximadamente 1/10 parte como mucho. Han comenzado a encontrar aplicación en micrófonos y otras aplicaciones que se aprovechan de su alto campo magnético y ligero peso. La producción es todavía bastante costosa, puesto que la aleación en bruto, debe ser molida en polvo, comprimirse en la forma deseada y luego aglomerada para hacer un sólido duradero.