SmFeN Samario Hierro Nitrógeno Tierras Raras Materiales Magnéticos Permanentes
En 1990, el profesor irlandés Coey sintetizó compuestos intermetálicos intersticiales de RE₂Fe₁₃Nx mediante una reacción en fase gas-sólido. Mediante investigación, se descubrió que los compuestos de Sm₂Fe₁₃Nx poseen excelentes propiedades magnéticas intrínsecas, lo que marcó el nacimiento de los materiales de imanes permanentes de tierras raras de Sm₂Fe₃N. El producto teórico de energía magnética máxima del imán permanente de samario-hierro-nitrógeno alcanza 62 MGOe (ligeramente inferior al de Nd₂Fe₁₃B, 64 MGOe), y su coercitividad y temperatura de Curie son mucho más altas que las del neodimio-hierro-boro, lo que lo hace más utilizado en entornos de alta temperatura, como los motores.
Además de sus excelentes propiedades magnéticas integrales, el nitrógeno samario-hierro presenta buena resistencia a la corrosión y a la oxidación, y en comparación con el cobalto samario-hierro, no contiene elementos metálicos estratégicos. A diferencia del boro-hierro-neodimio, no requiere el consumo de tierras raras costosas como praseodimio, neodimio, disprosio y terbio (con un contenido de samario relativamente alto y un precio bajo), y cumple plenamente las condiciones para convertirse en un nuevo tipo de material para imanes permanentes. Sus atractivas perspectivas han convertido al nitrógeno samario-hierro en un tema de gran interés en la investigación y el desarrollo de materiales para imanes permanentes. Desde que Coey et al. descubrieron los materiales de tierras raras Sm₂Fe₄Nx para imanes permanentes, se ha producido una rápida ola de investigación sobre estos materiales en todo el mundo, con cientos de laboratorios invirtiendo en este campo. Sin embargo, una serie de experimentos posteriores demostró que este material para imanes permanentes no prosperó en la vía de la industrialización, lo que dio lugar a una situación de investigación intermitente.
En los últimos años, con el rápido desarrollo de la industria automotriz y la miniaturización y el aligeramiento de los aparatos electrónicos, se han planteado mayores requisitos de temperatura ambiental y rendimiento magnético para los imanes permanentes. Los materiales de tierras raras Sm₂Fe₁₃Nx, con buena estabilidad térmica y excelentes propiedades magnéticas, han vuelto a llamar la atención por su potencial aplicación. Además, han impulsado una nueva tendencia en investigación y desarrollo. Debido al amplio desarrollo y uso de tierras raras, los precios han aumentado. El aumento del precio del Nd ha provocado un aumento en el coste de producción de Nd-Fe-B, mientras que el Sm₂ de tierras raras se encuentra en un estado relativamente excedentario. El desarrollo de Sm₂Fe₁₃N favorece la reducción de costes y el aprovechamiento integral de los recursos de tierras raras. Por lo tanto, es probable que el Sm₂Fe₁₃N sustituya al Nd-Fe-B y se convierta en el material de tierras raras de cuarta generación, tanto en términos de propiedades magnéticas como de costes de producción.
Tras más de 20 años de investigación y exploración, el problema de la producción industrial a gran escala de Sm-Fe-N no se ha resuelto. Las investigaciones han demostrado que el Sm-Fe-N se descompone en SmN y Fe a temperaturas superiores a 873 K, perdiendo sus propiedades magnéticas permanentes, lo que limita considerablemente su aplicación en imanes sinterizados. Actualmente, el Sm-Fe-N solo se puede utilizar para preparar imanes moldeados por inyección, imanes aglomerados e imanes de caucho. Inicialmente, se utilizaban compuestos orgánicos como el nailon y la resina epoxi como aglutinantes. Sin embargo, estos aglutinantes solo se podían utilizar por debajo de 200 °C y no aprovechaban plenamente las ventajas de rendimiento a alta temperatura del Sm₂Fe₁₂Nx. Por lo tanto, la clave para la competencia entre los imanes de Sm₂Fe₁₂Nx y los imanes de Nd-Fe₁₂B reside en cómo lograr avances en el proceso y en si se pueden desarrollar nuevos aglutinantes. En los últimos años, algunos metales de bajo punto de fusión han recibido gran atención, y se utilizan como aglutinantes, como el Zn y el Sn. Sin embargo, debido al uso de metales de bajo punto de fusión como el Zn, la fuerza de magnetización de saturación se reduce, lo que resulta en un valor máximo de (BH) menor. Como se puede observar, para aprovechar al máximo el rendimiento del Sm₂Fe₁₃Nx, es crucial encontrar un buen adhesivo. Mientras tanto, la preparación de imanes densificados de Sm₂Fe₁₃Nx sigue siendo un objetivo para los investigadores, ya que estos imanes densificados pueden exhibir mejores propiedades magnéticas teóricas.
Según las estadísticas de la Asociación Japonesa de Imanes Adhesivos, en función del alto rendimiento magnético, la alta resistencia a la corrosión, la resistencia a la desmagnetización a alta temperatura y las buenas ventajas de libertad de formación de los materiales magnéticos de nitrógeno de hierro y samario, sus direcciones de aplicación se encuentran principalmente en los campos de la comunicación de información, la producción industrial, la electrónica doméstica y los automóviles, incluidos altavoces/altavoces, motores de obturador de cámara, motores de husillo, adsorción de disco, rodillos magnéticos, motores de ventiladores, motores lineales, equipos de máquinas completamente automáticos, motores de alta velocidad, aires acondicionados, motores domésticos, sensores magnéticos, bombas, máquinas auxiliares, etc.
Actualmente, el Sm₂Fe₄Nx ha avanzado significativamente en la preparación y aplicación de imanes enlazados, pero la densificación sigue siendo un objetivo perseguido por muchos investigadores de materiales magnéticos. Una vez desarrollado un proceso de preparación adecuado, podría ser posible alcanzar sus propiedades magnéticas teóricas y acelerar la comercialización de los imanes de nitruro de hierro y samario.