zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

Na dzień dzisiejszy magnesy neodymowe są wytwarzane głównie w Azji. Największym producentem i eksporterem tego typu wyrobów są Chiny, z uwagi na posiadanie większości złóż pierwiastków ziem rzadkich na świecie. Do wytwarzania przemysłowego magnesów zastosowanie znalazły przede wszystkim dwie grupy związków: Nd₂Fe₁₄B i Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesyneodymowe i magnesy o strukturze nano krystalicznej, cechujące się nie tylko wysokim namagnesowaniem, ale także wysoką remanencją magnetyczną. Użycie mocnych neodymowych magnesów jest naprawdę wszechstronne. Najważniejszymi rodzajami odbiorców zostały przedsiębiorstwa zajmujące się produkcją, oferujące urządzenia elektroniczne i elektryczne, zwłaszcza firmy motoryzacyjne, stosujące wydajne silniki hybrydowe oraz elektryczne. Do wytwarzania takich silników wykorzystywane są neodymowe magnesy z mieszaniny ze związkami ograniczającymi spadek wydajności magnesów w wysokich temperaturach takimi, jak Terb (Tb) czy dysproz (Dy) . Przez użycie wymienionych wyżej pierwiastków, znacząco poprawiono magnetyczną koercję, a także całościową wydajność magnesów stosowanych w sprzęcie elektrycznym o większej mocy. W USA od wielu lat realizowane są naukowe badania przez powołany do tego celu Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), zajmujący się opracowywaniem nowoczesnych materiałów oraz stopów. Kilka lat temu ARPA-E przyznała blisko 32 miliony dolarów na wspieranie projektów w zakresie programu Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości wynalezienia związków zastępujących metale ziem rzadkich jako alternatywę dla pierwiastków występujących naturalnie, kontrolowanych przez rząd Chin.

Produkowanie neodymowych magnesów jest oparte o dwie technologie. W Japonii stosowano metodę spiekania proszków, a w USA popularność zyskała metoda oparta na szybkim chłodzeniu. Zależnie od oczekiwań i potrzeb, magnesy z neodymu można wytwarzać poprzez zastosowanie innych pierwiastków, na przykład aluminium, galu albo miedzi. Dzięki takim domieszkom można w szerokim zakresie korygować magnetyczne właściwości samego magnesu, jego zakres wytrzymałości, a także odporność na wysokie temperatury . Można nawet sprawić, że magnes wykaże dużą odporność na działanie na szkodliwe warunki atmosferyczne, w tym wodę, powodującą zmiany korozyjne. Za to ciągłe doskonalenie metalurgii proszkowej doprowadziło do uzyskania różnych materiałowych stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na podniesienie tak zwanej temperatury Curie. Stworzony w nowoczesny sposób neodymowy magnes, uzyskuje namagnesowanie przekraczające 1,6T, czyli dużo wyższe chociażby od pola magnetycznego Ziemi.

Silne magnesy oparte na neodymie - jak powstały. Podczas kiedy projektowano następne mocne magnesy oparte o samar, na początku lat osiemdziesiątych odkryto bardzo ciekawe cechy neodymu w połączeniu z żelazem oraz stalą. Amerykańska firma GM stworzyła w 1984 roku nowy związek o strukturze chemicznej Nd₂Fe₁₄B, mające skład 15% neodymu, 6% boru oraz ponad 70% żelaza. Technologia wytwarzania mocnych neodymowych magnesów polega na dwóch metodach. Zakład Sumitomo z Japonii, będący w grupie Hitachi, analogicznie jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, stosował metodę spiekania materiałów w formie proszku, przez co otrzymywano magnes o pełnej gęstości.

W USA silne magnesy neodymowe wytwarzano w zakładach firmy GM sposobem bardzo szybkiego obniżania temperatury upłynnionej mieszaniny proszków. Czemu połączenie neodymu z żelazem i borem dało znacznie lepsze rezultaty? Wykorzystanie neodymu okazało się o wiele tańsze, niż w przypadku samaru, a dodatkowo neodym ma znacznie lepsze parametry magnetyczne. Niestety jego temperatura Curie była znacznie niższa, dlatego podjęto decyzję o podniesieniu tej temperatury do 530°C. Tak wysoki poziom uzyskano przez dodanie do puli składników boru. Poza tym można również w pewien sposób regulować charakterystykę magnetyczną, dzięki wprasowaniu do magnesu innych pierwiastków, takich jak gal Ga, miedź Cu, niob Nb oraz aluminium Al.

Magnesy neodymowe mogą zostać również wyposażone w warstwy ochronne ochraniające przed rdzewieniem oraz mające zabezpieczające działanie przed szkodliwymi warunkami atmosferycznymi. Realizuje się to poprzez dołożenie cieniutkiej warstwy miedzi albo niklu na przykład w uchwytach magnetycznych do poszukiwań, to znaczy mocnych magnesach używanych do przeszukiwania dna jezior, rzek i mórz. Opracowywane są również nowe rodzaje magnesów, a dzięki postępowi w metalurgii, konstruowane są nowe stopy metali cechujące się zwiększoną koercją, jak również magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6Tesli.

Magnesy neodymowe to obecnie najpotężniejsze rodzaje magnesów, jakie do tej pory stworzono. W 1990 roku w dublińskim instytucie Trinity College naukowiec Michael Coey wymyślił zupełnie nowy magnetyczny stop wzorze chemicznym Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału był realizowany w syntezie proszków samaru oraz żelaza, które poddane sprasowaniu w silnym polu magnetycznym razem z dodatkiem azotu, uzyskały zakres temperatury Curie wynoszący 470°C i namagnesowanie w okolicach 0,9T. Nie jest to wynik zbliżony do poziomu magnesów wykonanych z neodymu, lecz wymyślony skład samaru przewyższał w znacznym stopniu pierwsze z magnesów wykorzystujących ten pierwiastek. Ostatnie lata minionego wieku przyniosły dalsze odkrycia w zakresie mocnych magnesów oraz technik ich wytwarzania.
Opracowany został nano-krystaliczny materiał magnetyczny, złożony z ziaren o wielkości mniejszej niż 100 nm. Ziarna, które zostały odkryte nano-kryształów, w przeciwieństwie do struktury monokrystalicznej są od siebie oddzielone przestrzenią o wyższym napięciu powierzchniowym i mniej uporządkowanej strukturze. Poprzez zastosowanie, podczas produkowania mieszaniny pierwiastków z grupy ziem rzadkich w połączeniu z dodatkiem żelaza, charakteryzują się remanencją magnetyczną na wysokim poziomie. Tak dobre parametry magnetyczne biorą się dodatkowo z jednej ważnej rzeczy, czyli połączenia magnetycznych momentów żelaza oraz neodymu. Pozwala to na bardzo dobre magnesowanie przedstawianych magnesów.

W pierwszej kolejności głównymi odbiorcami mocnych magnesów są firmy oferujące urządzenia elektryczne, elektroniczne, pomiarowe, przedsiębiorstwa motoryzacyjne czy też wytwarzające rozmaite maszyny przemysłowe. Siłę magnetyczną ceni też od dawna branża meblowa, odzieżowa, w szczególności związana z ubraniami medycznymi, podmioty oferujące zapięcia do torebek, portfeli oraz rzecz jasna branża reklamowa.

Pierwsze znane badania laboratoryjne nad stopami nadającymi się do wytwarzania magnesów o dużej mocy miały swój początek ponad 50 lat temu. W tym czasie dwóch badaczy G. Hoffer oraz K. Strnat z Air Force Materials Laboratory w Dayton, rozpoczęli szeroki zakres badań nad nowymi materiałami, zrobionymi z metali należących do grupy zwanej metalami ziem rzadkich. Początkowo pierwsze materiały, jakie chciano użyć do wytwarzania magnesów o dużej mocy, opierały się na bazie żelaza, kobaltu i lekkich lantanowców, w skład których wchodzą: neodym Nd, cer Ce, prazeodym Pr, samar Sm, lantan La oraz itr Y. Te mało znane metale wykazywały charakterystyczne cechy, takie jak silne namagnesowywanie, ale ich temperatura Crie była bardzo niska. Dzisiaj produkowane silne magnesy neodymowe mają w składzie poza żelazem również lekkie lantanowce, zapewniając im dużą anizotropię magneto-krystaliczną, a dodatkowo uzupełnia się ten skład o kilka procent kobaltu w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Debiutanckie neodymowe magnesy zostały opracowane w 1970 roku ze sproszkowanych ziaren samaru wraz z innymi lantanowcami. Wymyślony został pierwszy, magnes o dużej mocy SmCo₅. Produkcja opierała się na zjawisku kierunkowania ziaren sproszkowanego stopu w polu magnetycznym przy spiekaniu. Wypiekanie gotowych magnesów było realizowane w temperaturze powyżej 1100°C wraz z końcowym wyżarzaniem w temperaturze 850°C. Finalnym procesem produkcji silnego magnesu było magnesowanie całości przy użyciu pola magnetycznego 2T. Przez taką technologię temperatura Curie nowatorskich magnesów została podniesiona do 745°C.