In quali circostanze i magneti in ferrite o in samario-cobalto possono sostituire i magneti NdFeB? Quali sono le differenze in termini di costi e prestazioni?

2. Quando sostituire i magneti NdFeB con quelli in ferrite

2.1 Applicazioni basate sui costi

• Vantaggio economico : i magneti in ferrite sono dal 60 al 90% più economici dei magneti NdFeB grazie all'abbondanza di materie prime (ossido di ferro, carbonato di stronzio/bario) e al semplice processo di sinterizzazione della ceramica.
• Produzione di massa : ideale per prodotti ad alto volume e basso margine, come elettronica di consumo (altoparlanti, guarnizioni per frigoriferi), giocattoli e sensori per autoveicoli.
• Esempio : un magnete in ferrite costa 0,01–0,10 per unità sfuso, rispetto a 1–10 per NdFeB di dimensioni equivalenti.

2.2 Stabilità della temperatura

• Intervallo operativo : i magneti in ferrite mantengono la stabilità da -40°C a 250°C , rendendoli adatti ai componenti del cofano delle automobili e ai motori industriali esposti a cicli di calore.
• Limitazione NdFeB : i magneti NdFeB perdono lo 0,12% della loro magnetizzazione per °C oltre i 60 °C, richiedendo la stabilizzazione termica in ambienti ad alta temperatura.

2.3 Resistenza alla corrosione

• Durata intrinseca : i magneti in ferrite non richiedono rivestimenti, riducendo la complessità e i costi di produzione. I magneti NdFeB, soggetti a ruggine, necessitano di una placcatura epossidica, nichelata o zincata, che ne aumenta il costo del 10-30% .

2.4 Requisiti di basse prestazioni

• Forza magnetica : i magneti in ferrite hanno un prodotto energetico basso ( 4–5 MGOe ), sufficiente per applicazioni come:
  • Separatori magnetici : separazione di particelle ferrose nell'attività mineraria (dove i campi ad alto gradiente non sono necessari).
  • Altoparlanti : bobine mobili di pilotaggio in sistemi audio economici.
  • Porte del frigorifero : semplici meccanismi di chiusura.

3. Quando sostituire i magneti NdFeB con quelli SmCo

3.1 Ambienti ad alta temperatura

• Prestazioni termiche : i magneti SmCo (gradi SmCo5 e Sm2Co17) funzionano fino a 300–550 °C (temperatura di Curie: 700–800 °C), superando di gran lunga il limite di 80–200 °C del NdFeB.
• Applicazioni:
  • Aerospaziale : attuatori nei motori a reazione o nei componenti dei satelliti.
  • Medicina : bobine a gradiente per macchine MRI (anche se in questo caso prevale il NdFeB a causa del costo).
  • Industriale : motori e generatori ad alta velocità nelle trivellazioni di petrolio/gas.

3.2 Resistenza alla corrosione

• Durata naturale : i magneti SmCo resistono all'ossidazione e alla degradazione chimica senza rivestimenti, a differenza dei magneti NdFeB, che si corrodono in ambienti umidi o salini.
• Caso d'uso : sensori marini, turbine eoliche offshore e impianti medici (ad esempio, pacemaker).

3.3 Resistenza alla smagnetizzazione

• Elevata coercitività : i magneti SmCo hanno una coercitività ( 20–32 kOe ) paragonabile a quella di NdFeB ( 10–15 kOe per i gradi standard ), il che li rende resistenti ai campi magnetici inversi o alle sollecitazioni meccaniche.
• Applicazioni : motori di trazione per veicoli elettrici, dove coppia elevata e durata sono essenziali.

3.4 Resistenza alle radiazioni

• Applicazioni spaziali : i magneti SmCo sono preferiti nei satelliti per la loro stabilità alle radiazioni cosmiche, a differenza di NdFeB, che si degrada nel tempo.

4. Confronto dei costi: NdFeB vs. Ferrite vs. SmCo

5. Compromessi sulle prestazioni

5.1 Forza magnetica vs. costo

• NdFeB : rapporto resistenza-costo senza pari per applicazioni ad alte prestazioni (ad esempio, motori di veicoli elettrici, turbine eoliche).
• Ferrite : debole ma sufficiente per applicazioni a bassa forza (ad esempio, guarnizioni per frigoriferi).
• SmCo : resistenza moderata ma giustificata in ambienti estremi (ad esempio, settore aerospaziale).

5.2 Stabilità termica

• NdFeB : richiede la selezione del grado (ad esempio, N42SH per 150°C) o la stabilizzazione termica, con conseguente aumento dei costi.
• SmCo : non sono necessarie regolazioni di grado per temperature elevate, semplificando la progettazione.

5.3 Fragilità e lavorabilità

• NdFeB : fragile ma può essere lavorato con tolleranze ristrette (±0,05 mm).
• Ferrite : molto fragile, limitata a forme semplici (tolleranza ±0,1 mm).
• SmCo : molto fragile, soggetto a scheggiature durante la manipolazione o l'assemblaggio.

6. Raccomandazioni specifiche per l'applicazione

6.1 Sostituire NdFeB con ferrite quando :

• Il budget è fondamentale (ad esempio, elettronica di consumo, giocattoli).
• Temperatura di esercizio ≤250°C (ad esempio, sensori per autoveicoli).
• La resistenza alla corrosione non è critica (ad esempio, in ambienti interni asciutti).
• È sufficiente una forza magnetica ≥4 MGOe (ad esempio, separatori magnetici).

6.2 Sostituire NdFeB con SmCo quando :

• Temperatura di esercizio >200°C (ad esempio, attuatori aerospaziali).
• La resistenza alla corrosione o alle radiazioni è obbligatoria (ad esempio, sensori marini, sistemi spaziali).
• Il rischio di smagnetizzazione è elevato (ad esempio, motori di veicoli elettrici sottoposti a campi inversi).

7. Tendenze future

• NdFeB : i progressi nella diffusione dei bordi dei grani (GBD) e nelle terre rare riciclate mirano a ridurre i costi e a migliorare la stabilità termica.
• Ferrite : le innovazioni nel contenuto riciclato (ad esempio, la miscela di ferrite riciclata al 20% della Germania) potrebbero ridurre ulteriormente i costi.
• SmCo : la volatilità dei prezzi del cobalto e i rischi della catena di approvvigionamento potrebbero limitare la crescita, ma la domanda nei settori della difesa e dell'aerospaziale rimane forte.

8. Conclusion

I magneti in ferrite e SmCo offrono valide alternative al NdFeB in scenari specifici:

• Ferrite : ideale per applicazioni a basso costo, basse prestazioni o temperature moderate.
• SmCo : ideale per ambienti ad alta temperatura, corrosivi o soggetti a radiazioni, dove NdFeB non funziona.

NdFeB rimane la scelta dominante per applicazioni compatte e ad alta resistenza, ma i progressi nella scienza dei materiali e le mutevoli esigenze del mercato continueranno a ridefinire il ruolo di questi magneti in tutti i settori.