Magnetismo: Materiales magnéticos

Electrónica. Método electrolitico. Óxido de hierro. Ferritas. Imanes. Aleaciones. Cinta magnética

  • Enviado por: Iván David Lonac
  • Idioma: castellano
  • País: Argentina Argentina
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En el método electrolitico se emplea un baño con sales alcalinas se hace circular entre los electrodos una corriente muy intensa el metal se deposita sobre el cátodo formando una estructurada ramificada. Se retira del cátodo a intervalos regulares, para evitar que la superficie sea tan grande que resulte normal la densidad de corriente. El metal depositado es pulverizado por trituración.

Para reducir él oxido de hierro a metal, por medio de hidrogeno, se pulveriza finamente él oxido y se calienta en atmósfera de hidrogeno. Se emplea mineral de hierro puro en algunos casos oxido que se separa de las planchas durante la laminación de los lingotes. En algunas instalaciones se emplea un largo tubo de hierro con una espiral interior que gira en un horno calentado. El material, introducido por la parte alta del tubo, circula a lo largo de la espiral, él hidrogeno entra por la parte inferior. El hierro en polvo, una vez enfriado, se echa en agua ligeramente alcalina, para separar las sales solubles, luego se purifica en seco por separación magnética.

Para la pulverización mecánica del hierro se parte de este metal en forma de hilo en un molino rotativo, en el cual se hacen girar las partículas a gran velocidad, golpeándose entre sí y pulverizándose. Una corriente de gas inerte hace salir a las partículas que han adquirido unas dimensiones suficientemente pequeñas.

Para las partículas obtenidas por cualquiera de los tres procedimientos son tamizadas y oreadas.

El hierro en polvo se emplea en la producción de núcleos, en los que es más importante obtener un valor elevado de la permeabilidad que del coeficiente de merito de la bobina. El polvo de hierro se mezcla con una resina sintética disuelta en un disolvente, que luego se hace evaporar, la masa es triturada y pulverizada y luego se pasa al prensado de los núcleos. El hierro en polvo producido es poco empleado, se sustituye, especialmente para las bobinas.

Para las bobinas RF se emplea exclusivamente el hierro en polvo obtenido de la descomposición del hierro carbonilo.

Mediante la reducción del oxido de hierro con hidrogeno, se obtiene polvo de hierro esponjoso. Este liquido es atomizado en un recipiente calentado al rojo, al que se hace pasar en forma de gotas, bajo una fuerte presión; en contacto con las paredes del recipiente y en atmósfera inerte, las gotitas se transforman en esferas microscópicas de hierro.

Las perdidas por histeresis de los núcleos son muy reducidas, a pesar del contenido en carbono y nitrógeno. Se procede a una purificación y recocido, la permeabilidad y las perdidas aumentan. La permeabilidad de los núcleos es relativamente baja.

Aumentando la presión y disminuyendo la proporción de material aislante, se obtiene una mayor permeabilidad, pero aumentan las perdidas por corrientes parásitas.

La permeabilidad efectiva es menor que la permeabilidad del aglomerado y depende de la relación entre la longitud y el diámetro del núcleo cilíndrico, para bobinas que tengan la misma longitud del núcleo y se hayan arrollado formando una sola capa.

La cantidad de resina empleada en el estampado de los núcleos es pequeña, del 3 al 6% en peso.

La cantidad de un núcleo es mas elevada cuanto mayor es el grado de subdivisión de las partículas y cuanto más fluido es el barniz, cuanto mayor es la cantidad de la resina empleada para la mezcla, cuanto menor ha sido la temperatura y mayor el tiempo de la pulverización y cuanto menor es la presión.

La permeabilidad de un núcleo es mas elevada cuanto mayor es la proporción de hierro y mayor la presión.

La resistividad superficial del núcleo tiene también importancia es directamente proporcional a la proporción de barniz y resina, depende del acabado de las superficies del moldeo y del modo como este ha sido fabricado.

La dureza de un núcleo depende de la proporción de resina y de la presión durante el estampado. La dureza tiene gran importancia para regular un núcleo fileteado con ranura para el destornillador en el propio material, sin que se resquebraje, aunque se deslice en el soporte con cierto rozamiento, a causa de un freno de goma, o por la presencia de trazas de cera o barniz.

Con el tiempo los núcleos experimentan un envejecimiento que, mejora su calidad; es decir, el aislamiento entre las partículas de hierro.

La permeabilidad del núcleo es, por otra parte, variable con la temperatura y el coeficiente puede ser positivo o negativo.

c-Ferritas

Son productos cerámicos obtenidos sometiendo a presión y cocción óxidos de manganeso, níquel, cinc, cobre o magnesio, junto con oxido de hierro.

Presentan una débil fuerza coercitiva, teniendo una pequeña inducción de saturación, las perdidas por histeresis son muy reducidas. Su resistividad es muy elevada las perdidas por corrientes parásitas son nulas se pueden emplear núcleos macizos. La permeabilidad es superior a la que corresponde a los núcleos de hierro en polvo.

Los componentes, muy puros, son finamente pulverizados, mezclados, prensados y cocidos, con un control cuidadoso de la atmósfera del horno y de la temperatura.

Se recurre a una primera cocción de piezas, que luego son finamente molidas; con el polvo obtenido se forman las piezas definitivas y se someten a cocción.

Después de la cocción sufren una contracción notable, solo pueden rectificarse las caras que quedan en contacto entre sí, o cortarlas con el diamante. Las superficies se pulen mediante oxido de aluminio. Las diversas piezas pueden encolarse por medio de cementos, a base de resinas sintéticas.

Aplicaciones de las ferritas: filtros para telefonía, bobinas, transformadores, antenas magnéticas, etc.

Las ferritas ternarias con manganeso y magnesio presentan un ciclo de histeresis rectangular y se emplean en los amplificadores magnéticos y en las calculadoras electrónicas.

Materiales para imanes permanentes

a-Aleaciones de hierro

La magnetita natural constituía el material magnético con el que se fabricaban las brújulas en la edad media.

El material magnético empleado hasta 1910 era el acero templado, cuyos parámetros estaban demasiado sujetos a los golpes y variaciones de temperatura.

Resultados mejores se obtuvieron mediante la producción de aceros al tungsteno y al cromo dieron lugar a los mejores imanes.

Aumentando en el acero el cobalto se obtiene un aumento de la energía máxima.

Todos los aceros descritos hasta ahora deben sufrir un temple en aceite o aire, después de haberlos calentado, se tiene con esto la precipitación de carburo de hierro, que provoca tensiones internas. Se cumplen así las condiciones de máxima dureza y estabilidad, esta estabilidad no es elevada, disminuyendo la magnetización a consecuencia de choques repetidos.

Desde 1934 se han ido difundiendo las aleaciones de hierro con aluminio y níquel, conteniendo algunas cobalto. Estas poseen tensiones internas producidas por la dispersión de los átomos de hierro, obtenida mediante un temple adecuado, con un revenido luego.

Un aumento de la energía se consigue dejando enfriar la aleación, en un campo magnético intenso, se obtienen aleaciones anisotropas, en la dirección en que se ha aplicado el campo durante el temple.

Las aleaciones de aluminio-niquel y derivadas se producen fundiendo los distintos componentes, muy puros, y colando la masa en los moldes. El horno debe poseer atmósfera no oxidante. Dada la extremada solo es posible rectificar las caras que están en contacto con las expansiones polares.

No es posible efectuar taladros pequeños ni roscas, se pueden obtener taladros grandes en la fusión. A veces el imán queda aprisionado en la masa del metal de bajo punto de fusión. Es posible soldar, los imanes a las expansiones de hierro dulce.

Generalmente la fijación de los imanes a los soportes de los altavoces se obtiene por medio de colas a base de resinas sintéticas.

Para la obtención de imanes de forma compleja se recurre a la sinterizacion de las mencionadas aleaciones. Los distintos metales, pulverizados, se comprimen en la prensa, calentándolos, las propiedades magnéticas resultan un poco mas reducidas.

En algunos casos se emplean el hierro y el aluminio en polvo, a los que se agregan otros metales pulverizados.

Los imanes pueden enfriarse en un campo magnético para pasar a la forma anisotropa.

El Vicalloy(hierro, cobalto, vanadio) tiene características similares al acero; puede ser mecanizado y laminado.

Aleaciones endurecidas por precipitación, mediante un proceso de temple, son: el cunico y el cunife.

b-Ferritas para imanes permanentes

Se pueden producir imanes por medio de óxidos de hierro y cobalto, en polvo, sintetizados, y enfriados en un campo magnético intenso.

Ferritas al bario, los óxidos pulverizados se comprimen en presencia de un campo magnético y los imanes se hacen enfriar en un campo magnético. Se distinguen por un valor muy elevado de la fuerza coercitiva. Poseen, por otra, una resistividad muy elevada.

c-Procedimientos de magnetización

La magnetización de la aguja de una brújula se conseguía frotándola con magnetita natural.

Por la elevada fuerza coercitiva de los materiales magnéticos es necesario emplear campos magnetizantes.

Los procedimientos empleados para la magnetización son varios. Se puede emplear un electroimán, o bien un arrollamiento en torno al imán, por el cual se hace circular una corriente lo suficientemente intensa.

El empleo de un electroimán es especialmente indicado cuando este ultimo es corto, o bien en los que su forma puede ser adaptada a expansiones polares especiales.

El flujo empleado en saturar el imán, corresponde a una proporción baja del flujo producido por el electroimán.

En teoría, la magnetización tiene lugar instantáneamente, pero en alguno casos necesita un cierto tiempo, una fracción de segundo. Es necesario que la corriente alcance el valor máximo en el arrollamiento del electroimán y esto puede requerir un tiempo superior de magnetización.

Cuando se interrumpe la corriente que circula por el electroimán se tiene una extratension y se inicia un fenómeno oscilante; la magnetización del electroimán se invierte.

Para reducir la corriente oscilante, durante el primer semiperiodo que sigue a la interrupción, cuando tiene la máxima intensidad y la máxima acción desmagnetizante, se conecta en paralelo al electroimán, una resistencia (Fig. 68ª), que impida un valor excesivo de la extratension.

Conectando entre los extremos del electroimán un condensador C, además de la resistencia, se produce un retraso en la producción de la extratension por la carga de C, el interruptor tiene tiempo suficiente para abrirse y evitar la descarga entre sus contactos.

En el circuito de la Fig. 68c en el cual en paralelo con el electroimán se conecta un diodo cuya polaridad es tal que no resulta conductor durante el cierre del interruptor, al abrirse, es conductor y la corriente en el circuito se reduce de valor hasta que se agota la energía almacenada en el campo magnético.

Son necesarios valores muy elevados de f.m.m para magnetizar aleaciones especiales que tienen una fuerza coercitiva elevada.

En muchos casos el imán se introduce en el arrollamiento en el que se hace circular la corriente magnetizante. Esta puede ser suministrada por un transformador y un rectificador o por un grupo de condensadores.

El arrollamiento magnetizante puede ser de pocas espiras, la intensidad de la corriente alcanza valores muy elevados. Valores tan elevados de corriente, pueden ser soportados por un interruptor que se abra y cierre para cada imán a imanar. Se recurre al empleo de válvulas de descarga en le gas, construidas para soportar dichas intensidades y controladas de modo que la descarga tenga solo lugar en la fracción correspondiente.

Se hace uso, a menudo, de un transformador reductor de tensión, cuyo primario esta conectado a una batería de condensadores. El secundario esta conectado al arrollamiento magnetizante. Dada la relación de transformación, la corriente secundaria resulta superior a la interrumpida por el interruptor(Fig. 69).

Con este sistema tienen lugar igualmente fenómenos oscilantes, que son reducidos de amplitud por medio de un rectificador conectado en paralelo al primario.

Para producir anisotropia en algunos materiales, estos se hacen enfriar desde una temperatura suficientemente elevada en un campo magnético. Los imanes conseguidos de esta forma son generalmente cortos.

Estos imanes son desmagnetizados antes de ser puestos al comercio, pero la orientación dada a los granos permanece invariable.

La desmagnetizacion es útil porque los imanes cortos de desmagnetizan notablemente cuando se dejan sin un circuito magnético externo. Una vez fijados a la armadura magnética con soldadura o cola, se procede mas racionalmente a su magnetización en la dirección optima.

d-Estabilización o envejecimiento

En muchas aplicaciones es necesario que las características de un imán permanente sean lo mas constantes posible durante un notable numero de años.

Los antiguos imanes de acero al tungsteno eran introducidos en barriles, con piedras para ser sometidos a gran numero de golpes.

El envejecimiento de los aceros hasta obtener un valor perfectamente estable de la fuerza coercitiva, se efectuaba también recalentando los imanes.

Para estabilizar los imanes modernos contra la influencia de eventuales campos magnéticos externos, una vez montados en los instrumentos, se someten a un campo desmagnetizante exterior que reduce su inducción

Los imanes del tipo alcalino tienen una gran estabilidad respecto a las variaciones de temperatura, dado el recocido experimentado durante varias horas, como proceso final de elaboración.

Cinta magnética

La cinta magnética empleada en el magnetofón esta construida por una fina cinta de acetato de celulosa, sobre una de cuyas caras se ha depositado una capa de barniz, que contiene oxido de hierro. Además se emplea el polivinilo, con él oxido contenido en la misma masa de la resina.

Él oxido férrico magnético puede cristalizar en el sistema cubico o regular, es la forma mas adecuada para la fabricación de cintas magnéticas, con la condición de que la orientación sea en el mismo sentido de deslizamiento de la cinta. Esta orientación se obtiene por medio de un campo magnético.

El barniz se prepara introduciendo en un molino coloidal, que contiene esferas de porcelana, él oxido y nitrocelulosa, aceite de recino, plastificantes y disolventes.

La cantidad de oxido de hierro es de aproximadamente el 70% respecto a la masa total de sustancia seca; esta proporción no puede ser aumentada porque se tendría una mayor dificultad en la aplicación del barniz, pues en este caso habría una disminución en la intensidad de la grabación.

Se hace girar el molino durante alguno días, para obtener la mayor reducción posible en las partículas de oxido.

El barniz, de densidad precisa y constantemente controlada, después de ser filtrado va a parar a un deposito, en el cual se mantiene a nivel constante, y de este se vierte a través de una hendidura de altura controlada, sobre la cinta de acetato. Una cuchilla controla exactamente e espesor de la capa de barniz, eliminando el exceso.

La cinta atraviesa unos secadores y una laminadora para ser aplanada y alisada y luego es cortada constituyendo las cintas de longitud normal.

Las cintas producidas son controladas en lo que se refiere a sus propiedades magnéticas, como elevada fuerza coercitiva, mínimo rumor debido a la granulosidad de las partículas de hierro, mínimo efecto de impresión, sensibilidad uniforme. Interesan muchas características mecánicas como la adherencia del barniz al soporte, la resistencia al uso, la flexibilidad, la mínima tendencia a la producción de descargas estáticas sobre la superficie del soporte.