zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

Obecnie na świecie produkuje się magnesy neodymowe głównie w krajach azjatyckich. Największym wytwórcą, a także dostawcą takich wyrobów są Chiny, z powodu kontrolowania większości złóż pierwiastków ziem rzadkich na świecie. Do wytwarzania przemysłowego silnych magnesów stosuje się przede wszystkim dwa rodzaje związków: Sm₂Fe₁₇N₂ oraz Nd₂Fe₁₄B. Są to magnesyneodymowe oraz magnesy o strukturze nano krystalicznej, cechujące się nie tylko wysokim namagnesowaniem, ale także wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Użycie magnesów o dużej mocy jest bardzo szerokie. Ważnymi rodzajami odbiorców zostały firmy produkcyjne, wytwarzające urządzenia elektryczne, elektroniczne, zwłaszcza firmy zajmujące się motoryzacją, wykorzystujące bardzo wydajne silniki hybrydowe oraz elektryczne. Do produkcji takich używa się neodymowych magnesów ze stopów ze związkami zmniejszającymi spadki wydajności magnesów w podwyższonych temperaturach na przykład takimi jak dysproz (Dy) czy Terb (Tb). Poprzez zastosowanie wymienionych wyżej związków, znacząco poprawiono magnetyczną koercję, a także ogólną wydajność magnesów używanych w aparaturze elektrycznej o dużej mocy nominalnej. W USA już od dawna prowadzi się specjalistyczne badania przez powołany do tego celu Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), zajmujący się opracowywaniem alternatywnych stopów i materiałów. W 2011 roku ARPA-E desygnowała 31,6 mln dolarów na rozwijanie badań oraz projektów w ramach programu Rare-Earth Substitute, czyli możliwości wynalezienia związków mogących zastąpić metale ziem rzadkich jako alternatywę dla naturalnych pokładów pierwiastków, które znajdują się pod kontrolą Chin.

Wytwarzanie magnesów neodymowych opiera się na dwóch technologiach. W japońskich firmach używano metody spiekania proszków, a na terenie Stanów popularna jest technika oparta na szybkim chłodzeniu. W zależności od oczekiwań i potrzeb, magnesy z neodymu można również wytwarzać poprzez zastosowanie dodatkowych pierwiastków, na przykład aluminium, galu albo miedzi. Przez takie połączenie można korygować właściwości magnetyczne samego magnesu, jego wytrzymałość oraz odporność na wysokie temperatury . Można nawet sprawić, że magnes wykaże dużą odporność na atmosferyczne warunki, w tym wodę, która może spowodować zmiany korozyjne. Natomiast ciągłe poprawianie metalurgii proszkowej przyczyniło się do otrzymania różnego rodzaju materiałowych stopów, które wpłynęły w dużym stopniu na podniesienie tak zwanej temperatury Curie. Stworzony w nowoczesnym procesie produkcji magnes neodymowy, może osiągnąć namagnesowanie na poziomie 1,6T, czyli znacznie większe choćby od pola magnetycznego Ziemi.

Silne magnesy oparte na neodymie - jak zostały wymyślone. W okresie gdy były projektowane kolejne mocne magnesy oparte o samar, w 1983 roku zostały odkryte bardzo ciekawe magnetyczne cechy związku neodymu z dodatkiem boru i żelaza. Amerykańska firma GM rok po odkryciu stworzyła związek o strukturze chemicznej Nd₂Fe₁₄B, w proporcji 15% neodymu, 6% boru oraz ponad 70% żelaza. Przemysłowy proces wytwarzania silnych magnesów neodymowych polega na dwóch metodach. Zakład Sumitomo z Japonii, wchodzący w skład firmy Hitachi, analogicznie jak w przypadku silnych magnesów produkowanych z samaru, używał metody spiekania odpowiednio przygotowanego proszku, co pozwalało uzyskać magnes o pełnej gęstości.

W Ameryce neodymowe magnesy produkowano w zakładach firmy GM techniką bardzo szybkiego obniżania temperatury stopionego proszku izotropowego. Czemu połączenie neodymu z żelazem i borem okazało się o wiele bardziej wydajne? Wykorzystanie neodymu okazało się o wiele tańsze, niż samar, a oprócz tego neodym charakteryzuje się znacznie lepszymi parametrami magnetycznymi. Jednak temperatura Curie neodymu była znacznie niższa, z tego też powodu postanowiono podnieść tę temperaturę do 530°C. Tak wysoki poziom otrzymano przez dodanie do składu magnesu neodymowego domieszki boru. Oprócz tego można też w szerokim zakresie regulować właściwości magnetyczne, przez wprasowanie do magnesu pomocniczych pierwiastków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb i glin Al.

Neodymowe magnesy często posiadają także w powłoki ochraniające przed rdzewieniem i mające zabezpieczające działanie przed oddziaływaniem niekorzystnych warunków pogodowych. Realizuje się to przez nałożenie cieniutkiej warstwy miedzi albo niklu np. w uchwytach magnetycznych do poszukiwań, to znaczy magnesach używanych do sprawdzania dna akwenów wodnych. Opracowywane są również nowocześniejsze typy magnesów neodymowych, a dzięki ciągłym badaniom w technologii metalurgicznej proszków, konstruowane są nowe łączenia metali cechujące się zwiększoną koercją, jak też magnesy posiadające znacznie wyższą temperaturę Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6Tesli.

Neodymowe magnesy to dzisiaj najmocniejsze rodzaje magnesów, jakie zostały dotychczas opracowane. Pod koniec XX wieku w dublińskim instytucie Trinity College Michae Coey opracował zupełnie nowy materiał magnetyczny wzorze chemicznym Sm₂Fe₁₇N₂. Proces jego produkcji opierał się o syntezę drobnego proszku samaru i żelaza, które poddane sprasowaniu w polu magnetycznym o dużej mocy razem z nowym składnikiem – azotem, uzyskały temperaturę Curie w wysokości 470°C i namagnesowanie w okolicach 0,9T. Nie osiągnięto tu wprawdzie parametrów magnesu neodymowego, lecz nowo opracowany materiał przewyższał w znacznym stopniu pierwsze z produkowanych magnesów. Końcówka lat dziewięćdziesiątych przyniosła następne pomysły w obszarze mocnych magnesów oraz technologii ich produkowania.
Badacze opracowali materiał oraz strukturze nano-krystalicznej, składający się z mikroskopijnych ziaren o wielkości mniejszej niż 100 nm. Odkryte w czasie badań ziarna nano-kryształów, w odróżnieniu od do struktur monokrystalicznych oddzielone są od siebie o wiele większymi granicami o wyższym napięciu powierzchniowym oraz nieuporządkowanej budowie. Dzięki wykorzystaniu, podczas spiekania stopów pierwiastków z grupy ziem rzadkich w połączeniu z domieszką żelaza, cechują się dużą wartością remanencji magnetycznej. Bardzo dobre magnetyczne właściwości wynikają również z jednej ważnej rzeczy, to znaczy połączenia magnetycznych momentów żelaza z neodymem. Daje to świetne magnesowanie opisywanych magnesów.

W pierwszej kolejności głównymi odbiorcami mocnych magnesów są przedsiębiorstwa wytwarzające urządzenia elektryczne, elektroniczne, pomiarowe, firmy z branży motoryzacyjnej czy też wytwarzające najróżniejsze maszyny dla przemysłu. Możliwości magnetyczne bardzo również ceni branża meblowa, oferująca odzież, w szczególności związana z ubraniami medycznymi, firmy wytwarzające zapięcia do torebek, portfeli oraz rzecz jasna marketing i reklama.

Pierwsze znane badania oraz testy nad materiałami jakie można by było wykorzystać do stworzenia magnesów o dużej mocy rozpoczęły się ponad 50 lat temu. W tym czasie naukowcy K. Strnat oraz G. Hoffer z Air Force Materials Laboratory w Dayton, rozpoczęli pracę nad materiałami magnetycznymi, wykonanymi z metali zaliczanych do tak zwanej grupy metali ziem rzadkich. Na początku badań badane stopy metali, jakie chciano użyć do produkcji magnesów o dużej mocy, były tworzone o kobalt, żelazo oraz kilka lantanowców, do jakich można zaliczyć: prazeodym Pr, neodym Nd, cer Ce, itr Y, samar Sm i lantan La. Wymienione powyżej lantanowce wykazują charakterystyczne zdolności, takie jak silne namagnesowywanie, ale ich temperatura Crie była bardzo niska. Obecnie tworzone silne magnesy neodymowe mają w składzie prócz żelaza także lekkie lantanowce, co daje strukturze dużą anizotropię magneto-krystaliczną, a poza tym uzupełnia się ten skład o niewielką ilość kobaltu aby zwiększyć zbyt niską temperaturę Curie. Debiutanckie neodymowe magnesy zostały opracowane około 50 lat temu ze sproszkowanych ziaren samaru wraz z kilkoma dodatkowymi pierwiastkami z rodziny lantanowców. Wymyślony został pierwszy, potężny magnes SmCo₅. Samą produkcję oparto na zjawisku kierunkowania kryształów stopu w formie proszku w polu magnetycznym podczas spiekania. Spiekanie wyprasek było realizowane w warunkach temperaturowych około 1120°C przy końcowym wyżarzaniu w temperaturze o 250°C niższej. Finalnym z procesów produkowania silnego magnesu było namagnesowanie materiału przy użyciu pola magnetycznego 2T. Dzięki temu procesowi temperatura Curie prototypowego magnesu podwyższyła się do 745°C.