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Efecto del Ni y el Co en las propiedades magnéticas y estructurales de imanes permanentes nano-estructurados de NdFeB

Resumen en español

Se realizó el estudio de las propiedades estructurales, magnéticas y mecánicas por medio de Difracción de Rayos-X (DRX), Espectrometría Mössbauer (EM), Magnetometría de Muestra Vibrante (VSM) y Microdureza, del sistema Nd16(Fe76-xNix)B8 y Nd16(Fe76-xCox)B8 con x = 0, 10, 15 y 20 % at. de Ni y de Co. Las muestras se prepararon mediante fundición en horno de arco y posteriormente se les realizó tratamiento térmico a 700 °C durante 30 min. Los patrones de difracción de rayos X nos permiten identificar que: para todo el rango de dopaje con níquel la fase magnética dura Nd2Fe14B está presente en mayor cantidad; para x = 0, 10 y 20 la fase minoritaria Nd1.1Fe4B4 (paramagnética) se hace presente; para x = 10 y 20 está la fase NdNi2; y para x = 25 están las fases Nd2O y B6. Para todo el sistema dopado con cobalto está presente en mayor cantidad la fase magnética dura Nd2Fe14B y la fase minoritaria Nd1.1Fe4B4, y para x = 20 y 25 se identifica la fase CoO. Además, se encontró que el parámetro de red (8.814 ± 0.001 Å) y el volumen de la celda unitaria (948.7 ± 0.6 Å3) presentan una tendencia general a disminuir con la concentración de níquel y de cobalto, mientras que el tamaño de cristalito paralelo (51.1 ± 1.7 y 37.5 ± 1.0 nm ) de las fases Nd2Fe14B y Nd1.1Fe4B4 presenta un incremento mayor, en relación con el tamaño de cristalito perpendicular (15.7 ± 1.7 y 80.1± 1.0 nm), al aumentar la concentración de Ni y Co; lo cual indica que la forma de los cristalitos no es esférica sino alargados en la dirección paralela. De los valores encontrados se puede establecer que el sistema es nanoestructurado, con tamaños de cristalito entre (5 y 90 nm). Los resultados magnéticos obtenidos por espectrometría Mössbauer muestran los sitios (16k1, 16k2, 8j1, 8j2, 4c, 4e, sb y d) correspondientes a las fases encontradas por DRX. El comportamiento magnético de estos sitios nos muestra cómo el sistema se ve influenciado por la concentración de Ni y Co. Se encontró que el campo magnético hiperfino promedio de estas muestras disminuye con el concentración de Ni y Co, así como el porcentaje de área y el campo magnético hiperfino de los sitios 16k2, 8j2 y 4c de la fase Nd2Fe14B en las muestras dopadas con Ni, y el sitio 4c en las muestras dopadas con Co; atribuible a la preferencia de los átomos de níquel y de cobalto por sustituir átomos de hierro en estos sitios. Los resultados de magnetometría de muestra vibrante indican que todas las muestras presentan un comportamiento de material magnético duro, pero la adición de níquel y de cobalto disminuye el campo coercitivo (de 2007 a 1564 Oe para el níquel y de 2007 a 987 Oe para el cobalto) y la magnetización de remanencia (de 42 a 27 emu/g para el níquel y de 42 a 31 emu/g para el cobalto) mientras que la magnetización de saturación es la única propiedad magnética que se favorece con la adición de cobalto (de 108 a 118 emu/g). Estudios de Thamm-Hesse para las curvas de histéresis muestran la interacción dipolar magnética como la interacción predominante en las muestras. Los resultados de Microdureza de todas las muestras dopadas con Ni y Co indican que hay una tendencia general de ella a aumentar, siendo más notorio para las muestras con contenido de níquel. Esto es debido a que el níquel reduce con mayor facilidad los parámetros de red y las porosidades presentes en la muestra mejorando su dureza, en relación a las muestras dopadas con cobalto. En síntesis, la inclusión de Ni o Co en las muestras fundidas del sistema Nd16(Fe76-xNix)B8 y Nd16(Fe76-xCox)B8 con x = 0, 10, 20 y 25 permite obtener un sistema nanoestructurado con mejores propiedades de dureza, magnéticamente duro con interacción dipolar magnética como mecanismo dominante en el comportamiento magnético del material.