Magneti al neodimio: guida completa per principianti

Dall'industrializzazione ai giorni nostri, il magnetismo è stato una forza essenziale nello sviluppo tecnologico. Tra i diversi tipi di magneti, i magneti neodimio si distinguono per la loro incredibile potenza e versatilità. Questi piccoli ma potenti dispositivi hanno cambiato il modo in cui funzionano numerose industrie, dall'automobilistica all'elettronica e alla medicina. Hanno persino influenzato settori artistici come il modellismo, dove vengono utilizzati per mantenere saldi i basette per miniature su alcune superfici, articolare le estremità delle miniature o creare diorami smontabili, tra le altre cose.

In questo articolo, esploreremo in dettaglio cosa sono, come sono fatti, le loro diverse applicazioni e tutto ciò che c'è da sapere sulle loro proprietà e usi.

Che cosa sono i magneti al neodimio​?

Un magnete neodimio, magnete NdFeB, Nd magnet o magneti in terre rare è un tipo di supermagnete permanente realizzato con una lega di neodimio, ferro e boro (NdFeB). Sono i magneti più potenti disponibili in commercio e vengono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni grazie alla loro straordinaria forza magnetica rispetto alle dimensioni. Sono stati sviluppati negli anni '80 da General Motors e Sumitomo Special Metals e da allora hanno rivoluzionato l'industria magnetica.

Si distinguono per la loro elevata rimanenza e coercitività, il che significa che mantengono il loro magnetismo per lunghi periodi e sono difficili da smagnetizzare. Tuttavia, la loro fragilità e suscettibilità alla corrosione richiedono che siano rivestiti con nichel, zinco o resina epossidica per migliorarne la durata. Sono utilizzati in motori elettrici, generatori, dischi rigidi, apparecchiature mediche e altro ancora.

Come si produce un supermagnete al neodimio?

Il processo di fabbricazione è complesso e prevede diverse fasi. In primo luogo, i materiali di base (neodimio, ferro e boro) vengono miscelati in proporzioni precise per ottenere la combinazione ottimale che darà ai futuri magneti la più alta magnetizzazione. Successivamente, la lega risultante viene raffreddata in un forno speciale, senza ossigeno e con un gas speciale per evitare che i metalli si ossidino. Quando la lega si raffredda e si indurisce, viene ridotta in polvere molto fine per garantire che gli elementi siano distribuiti uniformemente per una migliore struttura del magnete neodimio, e quindi compattata all'interno dello stampo che darà forma al magnete. Per compattarlo, viene utilizzato un campo magnetico in una pressa speciale per questo scopo. È la chiave per renderlo più denso, il che si traduce in più atomi dei tre materiali in ogni pezzo.

Successivamente, tutti questi pezzi vengono sottoposti a un processo di sinterizzazione, cioè vengono riscaldati quasi fino a sciogliersi, il che fa sì che le particelle si attacchino l'una all'altra, rendendo il prodotto più compatto e resistente alla sinterizzazione e al calore in generale. Ora, passa attraverso un processo di magnetizzazione per attivare le sue proprietà magnetiche, posizionando i magneti in un campo magnetico esterno molto forte che allinea gli atomi di neodimio, ferro e boro creando un magnete permanente. La forza finale è determinata dal campo magnetico utilizzato.

Infine, vengono protetti con uno strato di nichel, zinco, cromo o resina epossidica per evitare che l'acqua, l'ossigeno e altri agenti corrodano il magnete o lo danneggino in altro modo.

Per cosa si usa un supermagnete NdFeB?

I magneti al neodimio hanno una vasta gamma di applicazioni grazie alla loro estrema potenza e durata. Uno dei loro usi più comuni è nei motori elettrici ad alte prestazioni, come quelli utilizzati nei veicoli elettrici, nei droni e negli utensili industriali. Si trovano anche nei generatori di energia rinnovabile, nei dispositivi elettronici avanzati, nell'industria medica, nei giocattoli o negli esperimenti scientifici. In particolare, sono utilizzati in:

• Automobilismo. Sono essenziali nei sensori, nei motori elettrici, negli alternatori e nei sistemi di frenata rigenerativa nei veicoli ibridi ed elettrici. Sono utilizzati anche nelle chiusure automatiche delle portiere e nei sistemi audio.

• Pompe, ventilatori, turbine e generatori di energia rinnovabile con turbine eoliche.

• Dispositivi elettronici. In hard disk, telefoni cellulari, cuffie, altoparlanti, microfoni, ecc. I magneti al neodimio migliorano la qualità del suono e le prestazioni di archiviazione.

• Sistemi di illuminazione. Sono utilizzati per fissare e regolare i pannelli luminosi senza bisogno di viti o adesivi. Nelle lampade a LED e nei faretti direzionali, consentono rapidi cambiamenti di orientamento e montaggio.

• Industria metallurgica. Vengono utilizzati nei sistemi di raccolta di particelle metalliche, nei sollevatori magnetici per la manipolazione di pezzi pesanti e nella produzione di utensili magnetici.

• Edilizia. Nell'edilizia, i magneti al neodimio consentono il fissaggio di pannelli metallici, il livellamento di strutture e l'allineamento preciso di elementi prefabbricati.

• Dispositivi medici. Sono utilizzati nella risonanza magnetica (RM), nelle pompe per insulina e nei dispositivi di riabilitazione, consentendo diagnosi e trattamenti più avanzati.

• Elevatori magnetici. Consentono la manipolazione di carichi pesanti senza contatto fisico, riducendo l'usura e migliorando l'efficienza in magazzini e fabbriche.

• Levitazione magnetica. Vengono utilizzati nei treni a levitazione magnetica (maglev) e in esperimenti scientifici per creare sistemi di trasporto senza attrito.

• Motori magnetici. Si trovano nei motori ad alte prestazioni e a basso attrito, utilizzati nella robotica, negli utensili elettrici e nei veicoli elettrici.

• Industria alimentare. I magneti al neodimio sono utilizzati nei metal detector e nei separatori magnetici per rimuovere le particelle metalliche dal cibo durante la lavorazione, garantendo la sicurezza alimentare.

• Industria della plastica. In questo settore, i magneti al neodimio sono utilizzati nei separatori magnetici che eliminano le impurità metalliche dalla plastica riciclata. Sono utili anche negli stampi e nei sistemi di fissaggio magnetico per facilitare i processi di produzione.

• Industria del mobile. I magneti al neodimio sono utilizzati nell'industria del mobile per creare chiusure magnetiche su ante di armadi, cassetti e vetrine. Sono anche utilizzati in sistemi di fissaggio senza viti, consentendo un design più pulito e minimalista.

• Pesca magnetica. È un'attività ricreativa in cui si utilizzano magneti al neodimio per recuperare oggetti metallici immersi in fiumi, laghi e mari.

• Hobby e modellismo. Sono popolari nella costruzione di modellini, action figure, treni in miniatura, magneti per carrozzeria RC e altri progetti per facilitare l'assemblaggio di basi o basette di movimento e altri elementi smontabili.

Perché i magneti al neodimio sono così potenti?

L'incredibile forza dei magneti al neodimio è dovuta alla loro struttura atomica e alla combinazione di una specifica quantità di neodimio, ferro e boro. Ciò consente un forte allineamento dei dipoli magnetici, che genera un campo magnetico estremamente potente. Inoltre, hanno un'elevata rimanenza, il che significa che mantengono il loro magnetismo per lunghi periodi senza bisogno di una fonte di energia esterna.

Un altro fattore chiave è la loro elevata coercitività, che consente loro di resistere alla smagnetizzazione anche in condizioni avverse. La loro potenza supera di gran lunga quella di un magnete permanente di altro tipo, come quelli in ferrite o alnico, rendendoli la scelta preferita per applicazioni in cui è richiesta una grande forza magnetica in dimensioni compatte.

Quanto durano i magneti al neodimio?

I magneti al neodimio possono durare decenni se mantenuti in condizioni adeguate. In condizioni di utilizzo normale, perdono meno dell'1% del loro magnetismo in 100 anni, il che li rende praticamente permanenti per la maggior parte delle applicazioni. La loro longevità dipende da fattori quali la temperatura a cui sono esposti, la presenza di umidità e gli urti meccanici che possono fratturarli.

Tuttavia, se sottoposti a temperature elevate superiori al loro punto di Curie (circa 310-400 °C, a seconda del grado), possono perdere il loro magnetismo in modo irreversibile. Possono anche deteriorarsi se non hanno un rivestimento adeguato, poiché l'esposizione all'umidità può causare ossidazione e degrado strutturale.

I magneti al neodimio sono sicuri?

I magneti al neodimio non sono tossici, ma possono rappresentare un pericolo se non vengono maneggiati correttamente. A causa della loro grande forza magnetica, possono pizzicare la pelle o causare gravi ferite. Se due di questi pezzi si avvicinano troppo, possono attrarsi con una forza considerevole e rompersi in frammenti affilati che possono causare lesioni.

Inoltre, esistono diverse dimensioni, da un millimetro a diversi centimetri, le più comuni, quindi rappresentano un rischio significativo per l'ingestione, soprattutto nei bambini. Se una persona ingerisce due o più magneti, questi possono unirsi all'interno dell'apparato digerente, causando gravi blocchi o perforazioni intestinali. Per questo motivo, in molti paesi alcuni di questi prodotti sono stati limitati o regolamentati.

Altre domande frequenti sul supermagnete NdFeB

• Di cosa sono fatti i magneti al neodimio?

Normalmente sono una miscela di neodimio, ferro e boro, a cui si aggiunge uno strato finale di un altro elemento per proteggerli dalla corrosione e dall'ossidazione, tenendoli lontani dall'umidità e dall'ossigeno dell'aria.

• Si ossidano?

Sì, i magneti al neodimio sono altamente suscettibili all'ossidazione e alla corrosione. Per evitarlo, sono solitamente rivestiti con uno o più strati di nichel, rame, resina epossidica e altri componenti. Questo rivestimento li protegge dall'ossidazione e da possibili urti. Tuttavia, se viene danneggiato o usurato, il magnete sarà privo di protezione e potrebbe ossidarsi.

• I magneti al neodimio possono danneggiare i telefoni cellulari?

Sì, possono influenzare alcuni componenti elettronici sensibili ai campi magnetici, interferendo con le letture del compasso digitale e dei sensori magnetici del telefono. Inoltre, possono danneggiare altri dispositivi che funzionano con elementi magnetici come carte di credito o hard disk, se posizionati troppo vicino.

• I magneti al neodimio possono essere trasportati in aereo?

Sì, ma con limitazioni. Sono regolati dalle norme IATA, quindi a seconda della quantità e delle dimensioni possono essere classificati come merce pericolosa. Devono essere imballati secondo le specifiche di questo regolamento per garantire interferenze con gli strumenti di navigazione. Si consiglia sempre di consultare la compagnia aerea prima di trasportarli.

• I magneti in terre rare si consumano?

Non si consumano con l'uso, ma possono perdere forza se esposti a temperature elevate, forti urti o corrosione se lo strato protettivo viene danneggiato.

• A quale temperatura i magneti al neodimio perdono il loro magnetismo?

A partire da 80 °C alcuni magneti al neodimio possono iniziare a perdere il loro magnetismo. Le lamine di neodimio e i nastri magnetici, a partire da 85 °C. Se si superano i 310-400 °C (a seconda del tipo), la smagnetizzazione è irreversibile. Un magnete in ferrite, invece, resiste a temperature fino a 250 °C senza smagnetizzarsi.

• Tutti i magneti sono al neodimio?

No, ne esistono di altri tipi come quelli in ferrite (ceramica), alnico e samario-cobalto:

• Magnete in ferrite (ceramica). Sono composti da ossidi di ferro e altri metalli. Sono meno potenti ma più economici e resistenti alla corrosione, quindi vengono utilizzati in altoparlanti, motori elettrici e serrature magnetiche.

• Magnete in alnico. Sono realizzati in alluminio, nichel e cobalto e sono altamente resistenti alle temperature estreme. Sono utilizzati in strumenti di misura, sensori e motori industriali.

• Magnete al samario-cobalto. Questo supermagnete a base di terre rare è simile a quello al neodimio, ma con una maggiore resistenza termica e alla corrosione. Viene utilizzato in applicazioni aerospaziali, militari e mediche che richiedono magneti potenti e durevoli.

• Magneti flessibili. Sono realizzati in materiale plastico o gomma mescolati con polvere di ferrite, che conferisce loro flessibilità. Sono utilizzati in etichette magnetiche, pubblicità e sigilli per frigoriferi.

• Magneti elettromagnetici. A differenza dei magneti permanenti, generano un campo magnetico solo quando una corrente elettrica li attraversa. Sono quelli che vengono incorporati nei carroponti industriali, nei treni a levitazione magnetica e nei dispositivi medici come la risonanza magnetica.

• I magneti al neodimio sono conduttori?

Un supermagnete NdFeB non è un buon conduttore elettrico, anche se ha una certa conduttività a causa del suo contenuto di metallo.

• I magneti al neodimio sono costosi?

Dipende dalle dimensioni e dalla potenza, ma di solito sono più costosi dei magneti in ferrite a causa dei materiali utilizzati nella loro fabbricazione. I più piccoli possono costare pochi centesimi di euro l'uno (di solito sono venduti in confezioni) e i più grandi centinaia di euro.

• I magneti al neodimio sono di grado alimentare?

No, un supermagnete NdFeB non è considerato di grado alimentare, non è progettato per entrare in contatto diretto con gli alimenti, poiché può rilasciare particelle di metalli pesanti se il rivestimento è danneggiato.

Per applicazioni nel settore alimentare, si consiglia un magnete superpotente NdFeB con rivestimenti specifici approvati per il contatto con gli alimenti, come l'acciaio inossidabile per uso alimentare, che garantiscono la sicurezza ed evitano la contaminazione.

• I magneti al neodimio sono illegali?

No, anche se in alcuni paesi la loro vendita è regolamentata per evitare incidenti, soprattutto nei giocattoli per bambini.

• Un Nd magnet è permanente?

Sì, un Nd magnet è un magnete permanente, il che significa che conserva il suo magnetismo indefinitamente in condizioni di utilizzo normali. Può perdere la sua forza solo se esposto a temperature elevate, forti urti o smagnetizzazione intenzionale mediante un campo magnetico opposto.

• Un Nd magnet è radioattivo?

No, non sono radioattivi. Nonostante siano materiali delle terre rare, non emettono radiazioni e sono sicuri per l'uso in applicazioni industriali, mediche e domestiche.

• I magneti al neodimio sono i più potenti?

Sì, sono i più potenti disponibili in commercio. Hanno una forza magnetica superiore a quella di altri tipi di magneti, come quelli in ferrite o alnico, il che li rende ideali per applicazioni che richiedono grande potenza in dimensioni compatte.

• Un supermagnete NdFeB può essere forato?

Non è consigliabile forare o segare i magneti al neodimio, poiché sono fragili e possono rompersi facilmente durante il processo, oltre a perdere parte del loro strato protettivo. Inoltre, il calore generato dalla perforazione può smagnetizzarli e questo processo genererebbe polvere infiammabile. Allo stesso modo, non possono essere saldati, poiché il calore estremo della saldatura può smagnetizzarli e danneggiarne la struttura.

I magneti al neodimio possono raccogliere monete?

Possono attrarre solo monete che contengono metalli ferromagnetici, come ferro o nichel. Molte monete sono fatte di altri metalli non magnetici, come rame o alluminio.

• Un supermagnete NdFeB rimuove le etichette di sicurezza?

Alcune etichette di sicurezza utilizzano meccanismi magnetici, quindi possono interferire con esse. Tuttavia, la manipolazione non autorizzata delle etichette di sicurezza è illegale.

• Si rompono facilmente?

Sì, nonostante la sua grande forza magnetica, il Nd magnet è fragile e può rompersi o scheggiarsi se viene colpito o lasciato cadere su una superficie dura.

• Hanno nord e sud?

Sì, come ogni magnete, i magneti al neodimio hanno un polo nord e un polo sud. L'orientamento di questi poli determina il modo in cui interagiscono con altri magneti e campi magnetici. Per questo motivo, si respingono anche se si trovano di fronte allo stesso polo (nord con nord o sud con sud) a causa della natura dei campi magnetici.

• Con cosa si possono incollare i magneti al neodimio?

Si consiglia di utilizzare adesivi forti come epossidici o cianoacrilati. Prima di incollarli su una superficie, è importante assicurarsi che sia asciutta e pulita per ottenere un'adesione duratura.

• Quale forza riescono a sviluppare i magneti al neodimio​?

Dipende dalle dimensioni e dal grado del magnete. Alcuni possono sostenere pochi grammi, mentre i più grandi possono sollevare decine o addirittura centinaia di chilogrammi.

Uno degli indicatori più chiari della potenza di un magnete neodimio è il suo grado, che indica la forza che il suo campo magnetico può generare. Questa classificazione è rappresentata da una “N”, seguita da un numero (ad esempio, N35, N42, N52). Il numero si riferisce al “massimo prodotto energetico” del pezzo, misurato in Mega Gauss Oersteds (MGOe). Quindi, più alto è il numero, più forte è il magnete neodimio. Ad esempio, un N42 è più forte di un N35. Esiste una tabella con i valori standardizzati per ogni grado di magnete, dove è possibile consultare i valori numerici di: rimanenza (Mr), coercitività (Hci) e massimo prodotto energetico (BHmax). Attualmente, il grado più alto prodotto è N35, e i più comuni sono N35, N38, N40, N42, N45, N48, N50, N52.

Sebbene non sia comune trovare altri gradi sul mercato, esistono magneti al neodimio personalizzati, ma di solito richiedono processi di produzione più complessi e costosi. Inoltre, va sottolineato che le dimensioni e la forma sono fattori che influenzano la loro forza. D'altra parte, a seconda del metodo di produzione e dei prodotti utilizzati, possono avere una maggiore o minore resistenza al calore, un fattore importante per diversi settori.