Introdução
Os ímãs de neodímio-ferro-boro (dFeB) estão entre os ímãs permanentes mais potentes e são amplamente utilizados em motores elétricos, geradores, sensores, atuadores e componentes avançados para os setores automotivo, de energia e de eletrônica [1]. Seu desempenho está intimamente ligado à sua Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica e às transformações de fase que ocorrem em temperaturas elevadas, o que torna a caracterização térmica confiável essencial para o desenvolvimento de materiais, a garantia de qualidade e a otimização de processos.
Uma grande vantagem da análise térmica simultânea (STA) é que ela combina a termogravimetria (TGA) e a calorimetria diferencial de varredura (DSC) em um único experimento sob condições idênticas. Isso permite que as variações de massa e os efeitos térmicos sejam avaliados diretamente em relação uns aos outros, o que é especialmente valioso para materiais complexos, como os pós magnéticos de NdFeB. Na prática, isso significa que processos relacionados à Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão, Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transições de fase, fenômenos de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição e efeitos relacionados à OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação podem ser distinguidos com maior confiança. Para os usuários industriais, isso se traduz em uma avaliação de materiais mais rápida e confiável, menos incertezas na interpretação dos dados e uma base mais sólida para a qualificação específica para cada aplicação.
Experimental
A amostra de NdFeB foi analisada utilizando um instrumento STA da série Jupiter®, da NETZSCH. As medições foram corrigidas em relação à linha de base e calibradas em função da temperatura e do fluxo de calor. Os parâmetros de medição estão listados na tabela 1.
Tabela 1: Parâmetros de medição do teste STA
| Massa da amostra: | ~ 15 mg |
| Cadinho: | Pt/Rh, 85 µl com revestimento deAl₂O₃ e tampa perfurada |
| Porta-amostra: | TG-DSCCapacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp, tipo S |
| Programa de temperatura: | Temperatura ambiente a 1.500 °C, 20 K/min |
| Atmosfera: | Argônio, 70 ml/min |
Resultados e Discussão
O resultado da medição por TGA-DSC é apresentado na Figura 1. A massa da amostra de NdFeB permanece constante ao longo da faixa de temperatura investigada, indicando que não há perda de massa relevante sob argônio. Esse é um resultado importante, pois demonstra que os eventos térmicos observados no sinal do DSC não estão associados a degradação mensurável do material, mas refletem, ao contrário, alterações intrínsecas à amostra.
Em temperaturas mais elevadas, a curva do DSC exibe dois efeitos endotérmicos. O primeiro se apresenta como um pico relativamente e small, com início a 1072 °C, pico máximo a 1083 °C e entalpia de reação de 12,25 J/g. Um segundo pico, maior, tem início a 1.145 °C e atinge seu máximo a 1.162 °C, com uma entalpia de reação de 180,6 J/g.
Os resultados da STA indicam que o efeito térmico menor está, muito provavelmente, associado a uma transformação precoce de um constituinte menor ou de uma fase secundária de baixo Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão. Em contrapartida, o pico maior sugere uma transformação importante em alta temperatura, potencialmente relacionada à Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão ou Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão parcial de fases dentro do sistema NdFeB. Esse comportamento é consistente com a microestrutura multifásica dos ímãs técnicos de NdFeB, que normalmente contêm a faseNd₂Fe₁₄B, de magnetismo duro, fases intergranulares ricas em Nd e constituintes secundários adicionais, dependendo da composição da liga e de seu histórico de processamento [2].
Como esses efeitos não são acompanhados por uma perda de massa detectável, os dados corroboram a interpretação de que se trata de eventos térmicos relacionados às fases, e não de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. reações de decomposição. Ao mesmo tempo, não é possível realizar uma identificação precisa das fases com base apenas nos dados da STA. Para uma identificação definitiva das transformações subjacentes, recomendam-se técnicas complementares, tais como difração de raios X em alta temperatura, análise metalográfica após tratamento térmico definido ou correlação com dados de diagramas de fases específicos da liga.
O efeito EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico fraco a 275 °C pode ser atribuído à transição de Curie. Embora o sinal seja fraco, esse efeito ainda pode ser detectado por DSC. Além disso, um acessório de campo magnético externo pode ser acoplado ao STA para verificação; a transição de ferromagnético para paramagnético será detectada na forma de um sinal aparente de variação de massa (ver Figura 2).
Resumo
Para a caracterização térmica de pós magnéticos de NdFeB, a série STA Jupiter® da NETZSCH oferece claras vantagens analíticas: ela permite a detecção simultânea de possíveis alterações de massa e efeitos térmicos em uma única medição, possibilitando aos usuários distinguir entre processos de degradação e verdadeiras transformações de fase com alto grau de confiança. Isso torna o sistema particularmente valioso para o desenvolvimento de materiais, comparação de lotes, controle de qualidade, análise de falhas e otimização das condições de processamento térmico.
Além disso, a transição de Curie pode ser detectada tanto nos sinais de DSC quanto nos de TGA por meio de ímãs externos. Esses ímãs não estão incluídos no pacote padrão, mas estão disponíveis para compra como acessórios opcionais.
A série STA Jupiter® ajuda os clientes a gerar dados térmicos confiáveis e relevantes para a aplicação de forma mais rápida e com maior certeza interpretativa, contribuindo para melhores decisões sobre materiais e um projeto de processo mais robusto para aplicações avançadas de pó magnético de NdFeB.