Materiales Ferromagnéticos

1. Puntos importantes en una curva B-H de un material ferromagnético

Los puntos importantes en una curva B-H (o curva de histéresis) de un material ferromagnético son:

  • Permeabilidad: Representa la facilidad con la que un material puede ser magnetizado.
  • Inducción de saturación (Bs): Es el valor máximo de inducción magnética que puede alcanzar un material.
  • Inducción remanente (Br): Es la inducción magnética que permanece en el material después de eliminar el campo magnético externo.
  • Fuerza coercitiva (Hc): Es el campo magnético externo necesario para reducir la inducción magnética a cero.
  • Energía de histéresis (Wh): Es la energía disipada en forma de calor durante un ciclo completo de magnetización y desmagnetización.

2. Propiedades magnéticas insensibles y sensibles a la estructura del material

Propiedades insensibles:

  • Bs (inducción de saturación): Depende principalmente de la composición del material y la temperatura.
  • Tc (temperatura de Curie): Es la temperatura a la cual un material ferromagnético pierde sus propiedades magnéticas y se convierte en paramagnético.

Propiedades sensibles:

  • Br (inducción remanente):
  • Hc (fuerza coercitiva):
  • Wh (energía de histéresis):
  • Permeabilidad:

Estas propiedades nos permiten clasificar los materiales magnéticos como blandos o duros.

3. Factores estructurales que dificultan el libre movimiento de las paredes de Bloch

Los factores que dificultan el movimiento de las paredes de Bloch y provocan una reducción de la permeabilidad y un aumento de las pérdidas por histéresis son:

  • Precipitados de segundas fases, inclusiones o impurezas intersticiales.
  • Dislocaciones.
  • Bordes de grano.
  • Tensiones internas.

4. Ventajas e inconvenientes de las ferritas cerámicas en núcleos de imanes de corriente alterna

Ventajas:

  • Alta resistividad, lo que reduce las pérdidas por corrientes de Foucault.
  • Mayor permeabilidad.
  • Menores pérdidas por histéresis.

Inconveniente:

  • Presentan menores valores de Bs (inducción de saturación).

5. Parámetros de selección de un imán remanente

Para un imán remanente, se necesita una alta Br (inducción remanente) para que mantenga su magnetización al retirar el campo externo y una alta Hc (fuerza coercitiva) para que sea resistente a la desmagnetización. Esto permite que el imán genere un campo magnético sin necesidad de bobinados o corriente eléctrica.

6. Proceso de fabricación de un núcleo de transformador con Fe 2%Si orientado

  • Troquelado del núcleo con chapas de diferente grosor mediante una prensa.
  • Recocido para eliminar impurezas.
  • Tratamiento de aislamiento entre láminas.
  • Montaje.

7. Comportamiento antiferromagnético de los metales

El comportamiento antiferromagnético de algunos metales se debe a:

  • La existencia de electrones con espines desapareados en las capas 3d.
  • Una energía de interacción o de cambio entre átomos positiva, que provoca que los momentos magnéticos de átomos vecinos se alineen de forma antiparalela.

8. Comportamiento ferromagnético del Mn y Cr

A pesar de tener 5 electrones desapareados, el Mn y el Cr presentan un comportamiento antiferromagnético. Esto se debe a que los momentos magnéticos de los átomos se alinean antiparalelamente, anulando la magnetización global.

9. Existencia de dominios magnéticos

La formación de dominios magnéticos se debe a que minimiza la energía magnetostática del material. Los dominios confinan el flujo magnético dentro del material, reduciendo la energía del campo magnético externo.

10. Aumentar la permeabilidad del Fe mediante aleación

Elementos de aleación como el Si y el Ni modifican los parámetros de la red cristalina del Fe, disminuyendo la anisotropía cristalina y la magnetostricción. Esto aumenta la permeabilidad del material. Las aleaciones Fe-Si y Fe-Ni son ejemplos de este efecto.

11. Propiedades magnéticas deseables en un material blando para núcleos

  • Alta inducción de saturación (Bs).
  • Alta permeabilidad.
  • Alta temperatura de Curie.
  • Baja fuerza coercitiva.
  • Baja energía de histéresis (Wh).
  • Bajo coste y disponibilidad.
  • Buenas propiedades mecánicas: resistencia, tenacidad y ductilidad.

12. Ventajas del empleo de aleaciones Fe-Si

El Si en las aleaciones Fe-Si aumenta la resistividad del material, reduciendo las pérdidas por corrientes de Foucault. También mejora otras propiedades magnéticas.

13. Ventajas de las aleaciones Ni-Fe frente a las chapas Fe-Si

Las aleaciones Ni-Fe presentan menor anisotropía y magnetostricción, mayor permeabilidad y menores pérdidas por histéresis y corrientes de Foucault que las chapas Fe-Si.

14. Efecto de la estructura de los vidrios metálicos en sus propiedades magnéticas

Las bajas pérdidas por histéresis y la alta permeabilidad de los vidrios metálicos se deben a su estructura amorfa, que carece de:

  • Bordes de grano.
  • Orientaciones cristalinas desfavorables para la magnetización.
  • Segundas fases y precipitados.

15. Características de un imán permanente de calidad

  • Alto valor de inducción residual (Br).
  • Alta fuerza coercitiva (Hc).

16. Efecto de la estructura cristalina y metalúrgica en el comportamiento magnético de los imanes permanentes

El endurecimiento mecánico de un imán permanente reduce la permeabilidad y aumenta la Br, haciéndolo magnéticamente más duro.

17. Ventajas de las ferritas blandas frente a las aleaciones metálicas para imanes blandos

Las ferritas blandas tienen una alta resistividad, lo que minimiza las pérdidas por corrientes de Foucault. Sin embargo, la presencia de impurezas puede reducir la permeabilidad y aumentar las pérdidas por histéresis.

18. Ventaja de la anisotropía en aplicaciones magnéticas

La anisotropía en algunos materiales magnéticos permite obtener mayores valores de permeabilidad y menores fuerzas coercitivas en ciertas direcciones.

19. Temperatura de Curie

La temperatura de Curie (Tc) es la temperatura a la cual un material ferromagnético pierde su magnetismo y se convierte en paramagnético.