Un imán de neodimio (también conocido como NdFeB, NIB o Neo magnet), el tipo más utilizado de imán de tierras raras, es un imán permanente hecho de una aleación de neodimio, hierro y boro para formar la estructura cristalina tetragonal Nd2Fe14B. Desarrollados independientemente en 1982 por General Motors y Sumitomo Special Metals, los imanes de neodimio son el tipo más fuerte de imán permanente disponible en el mercado. Han reemplazado otros tipos de imanes en muchas aplicaciones en productos modernos que requieren imanes permanentes fuertes, como motores en herramientas inalámbricas, unidades de disco duro y sujetadores magnéticos.
El neodimio es un metal que es ferromagnético (más específicamente muestra propiedades antiferromagnéticas), lo que significa que, al igual que el hierro, puede magnetizarse para convertirse en un imán, pero su temperatura Curie (la temperatura por encima de la cual desaparece su ferromagnetismo) es de 19 K (-254 ° C ), por lo que en forma pura su magnetismo solo aparece a temperaturas extremadamente bajas. Sin embargo, los compuestos de neodimio con metales de transición, como el hierro, pueden tener temperaturas de Curie muy por encima de la temperatura ambiente, y se usan para hacer imanes de neodimio.
La fuerza de los imanes de neodimio se debe a varios factores. Lo más importante es que la estructura cristalina tetragonal Nd 2 Fe 14 B tiene una anisotropía magnetocristalina uniaxial excepcionalmente alta ( H A ~ 7 T: intensidad del campo magnético H en unidades de A / m versus momento magnético en A · m 2 ). Esto significa que un cristal del material se magnetiza preferentemente a lo largo de un eje de cristal específico, pero es muy difícil de magnetizar en otras direcciones. Al igual que otros imanes, la aleación de imán de neodimio está compuesta de granos microcristalinos que se alinean en un potente campo magnético durante la fabricación, por lo que sus ejes magnéticos apuntan en la misma dirección. La resistencia de la red cristalina a girar su dirección de magnetización le da al compuesto una gran coercitividad o resistencia a desmagnetizarse.
El átomo de neodimio también puede tener un gran momento dipolar magnético porque tiene 4 electrones no apareados en su estructura electrónica en oposición a (en promedio) 3 en el hierro. En un imán, son los electrones no apareados, alineados para que giren en la misma dirección, lo que genera el campo magnético. Esto le da al compuesto Nd 2 Fe 14 B una magnetización de alta saturación ( J s ~ 1.6 T o 16 kG) y típicamente 1.3 teslas. Por lo tanto, como la densidad de energía máxima es proporcional a J s 2 , esta fase magnética tiene el potencial de almacenar grandes cantidades de energía magnética ( BH max ~ 512 kJ / m 3 o 64 MG · Oe). Este valor de energía magnética es aproximadamente 18 veces mayor que los imanes "ordinarios" por volumen. Esta propiedad es más alta en las aleaciones de NdFeB que en los imanes de cobalto de samario (SmCo), que fueron el primer tipo de imán de tierras raras en comercializarse. En la práctica, las propiedades magnéticas de los imanes de neodimio dependen de la composición de la aleación, la microestructura y la técnica de fabricación empleada.
La estructura cristalina de Nd 2 Fe 14 B se puede describir como capas alternas de átomos de hierro y un compuesto de neodimio-boro. Los átomos de boro diamagnéticos no contribuyen directamente al magnetismo, sino que mejoran la cohesión mediante un fuerte enlace covalente. El contenido relativamente bajo de tierras raras (12% en volumen) y la relativa abundancia de neodimio y hierro en comparación con el samario y el cobalto hacen que los imanes de neodimio sean más económicos que los imanes de samario-cobalto.