zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

Aktualnie produkuje się magnesy neodymowe przede wszystkim w krajach azjatyckich. Największym producentem oraz dostawcą tego typu produktów stały się Chiny, ze względu na kontrolę nad większością globalnych zasobów pierwiastków ziem rzadkich. W przemysłowej produkcji magnesów o dużej mocy zastosowanie znalazły głównie dwa związki: Sm₂Fe₁₇N₂ oraz Nd₂Fe₁₄B. Są to magnesyoparte o neodym i magnesy posiadające strukturę nanokrystaliczną, charakteryzujące się nie tylko dużym stopniem namagnesowania, lecz również dużą remanencją magnetyczną. Zastosowanie magnesów o dużej mocy jest naprawdę szerokie. Podstawowymi grupami odbiorców zostały firmy produkcyjne, tworzące urządzenia elektroniczne i elektryczne, zwłaszcza firmy zajmujące się motoryzacją, wykorzystujące wydajne hybrydowe i elektryczne silniki. Przy wytwarzaniu takich silników wykorzystywane są neodymowe magnesy ze stopu ze związkami redukujący spadki związane z wydajnością magnesów w wysokich temperaturach takimi jak na przykład dysproz (Dy) czy Terb (Tb). Dzięki użyciu wymienionych wyżej substancji, poprawiono w znacznym stopniu magnetyczną koercję, a także ogólną wydajność silnych magnesów wykorzystywanych w urządzeniach elektrycznych o dużej mocy nominalnej. Na terenie Stanów Zjednoczonych już od dawna realizowane są specjalistyczne badania przez powołany specjalnie do takich celów Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), zajmujący się opracowywaniem nowoczesnych stopów. Przed kilku laty ARPA-E desygnowała prawie 32 miliony dolarów na finansowanie zaawansowanych projektów w zakresie programu Rare-Earth Substitute, czyli możliwości opracowania związków mogących zastąpić metale ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych złóż pierwiastków, kontrolowanych przez rząd Chin.

Produkowanie magnesów na bazie neodymu oparte zostało na dwóch metodach. W Japonii używano metody spiekania proszków, a w USA popularność zdobyła technika oparta na szybkim chłodzeniu. Zależnie od oczekiwań i potrzeb, neodymowe magnesy wytwarza się poprzez zastosowanie innych domieszek, między innymi miedzi, aluminium czy galu. Przez takie domieszki można korygować właściwości magnetyczne magnesu, jego zakres wytrzymałości, a także odporność na wysokie temperatury . Da się nawet spowodować, że magnes wykaże dużą odporność na działanie na szkodliwe warunki atmosferyczne, na przykład wodę, która powoduje korodowanie żelaza. Natomiast ciągłe ulepszanie procesów metalurgicznych doprowadziło do opracowania różnych materiałowych stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na podwyższenie temperatury Curie. Wyprodukowany w nowoczesnym procesie produkcji neodymowy magnes, może uzyskać poziom namagnesowania przekraczający 1,6T, czyli o wiele wyższe choćby od pola emitowanego przez Ziemię.

Magnesy neodymowe to na dzień dzisiejszy najsilniejsze magnesy, jakie do tej pory stworzono. W 1990 roku w dublińskim instytucie Trinity College Michaelowi Coeyowi udało się stworzyć nieznany do tej pory materiał magnetyczny mający wzór Sm₂Fe₁₇N₂. Jego proces wytworzenia opierał się o syntezę drobnego proszku samaru i żelaza, które podczas prasowania w silnym polu magnetycznym wraz z domieszką azotu, osiągnęły zakres temperatury Curie wynoszący 470^oC oraz namagnesowanie w okolicach 0,9T. Nie jest to wynik zbliżony do poziomu neodymowych magnesów, jednak nowo opracowany materiał znacząco przewyższał pierwsze z produkowanych magnesów. Ostatnie lata minionego wieku przyniosły kolejne odkrycia w zakresie magnesów o dużej mocy oraz technik ich tworzenia.
Opracowany został nano-krystaliczny materiał magnetyczny, złożony z mikroskopijnych ziaren o wielkości mniejszej niż 100 nm. Nowo odkryte ziarna nano-kryształów, w przeciwieństwie do monokryształów oddzielone są od siebie przestrzenią o dużo większej mocy powierzchniowej oraz mniej uporządkowanej strukturze. Dzięki wykorzystaniu, na etapie produkowania mieszaniny pierwiastków z grupy ziem rzadkich razem z żelazem, cechują się wysoką remanencją magnetyczną. Świetne właściwości magnetyczne biorą się też z jednego ważnego czynnika, to znaczy połączenia magnetycznych momentów żelaza oraz neodymu. Daje to świetne namagnesowanie przedstawianych magnesów.

Przede wszystkim głównymi odbiorcami mocnych magnesów są firmy produkujące urządzenia pomiarowe, elektroniczne, elektryczne, podmioty zajmujące się motoryzacją czy też dostarczające rozmaite maszyny przemysłowe. Zalety magnesów dużej mocy ceni też od dawna branża meblowa, oferująca odzież, szczególnie związana z odzieżą medyczną, firmy wytwarzające zapięcia do portfeli i torebek oraz rzecz jasna szeroko pojęta reklama.

Silne magnesy oparte na neodymie - historia powstania. Podczas kiedy projektowano coraz to nowe silne magnesy wykorzystujące samar, w 1983 roku zostały odkryte interesujące cechy związku neodymu w połączeniu z żelazem i stalą. Amerykańska firma GM rok po odkryciu stworzyła nowy związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, mające skład 6% boru, 15% neodymu i ponad 70% żelaza. Technologia tworzenia magnesów neodymowych o dużej mocy polega na dwóch metodach. Japoński zakład Sumitomo, znajdujący się w strukturach Hitachi, analogicznie jak w przypadku silnych magnesów produkowanych z samaru, używał metody spiekania materiałów w formie proszku, dzięki czemu uzyskiwano magnes o pełnej gęstości.

W USA neodymowe magnesy produkowano w zakładach firmy GM metodą bardzo szybkiego schładzania roztopionego proszku izotropowego. Z jakich powodów połączenie neodymu z żelazem i borem dało znacznie lepsze rezultaty? Wykorzystanie neodymu znacznie mniej kosztowało, niż w przypadku samaru, a oprócz tego neodym posiada lepsze właściwości magnetyczne. Ale temperatura Curie tego pierwiastka była zdecydowanie za niska, z tego też powodu zdecydowano się na podwyższenie tejże temperatury do 530^oC. Tak wysoki poziom otrzymano przez dodanie do puli składników boru. Poza tym da się też w szerokim zakresie zmieniać parametry magnetyczne, poprzez wprowadzenie do stopów innych związków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb oraz glin Al.

Magnesy neodymowe często posiadają także w warstwy ochronne ochraniające przed rdzewieniem oraz zabezpieczające przed szkodliwymi warunkami atmosferycznymi. Wykonuje się to przez nałożenie warstwy niklu lub miedzi np. w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, czyli silnych magnesach stosowanych do przeszukiwania dna akwenów wodnych. Cały czas są opracowywane nowe rodzaje magnesów, a dzięki postępowi w metalurgii, powstają nowe stopy metali cechujące się zwiększoną koercją, jak też magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie i możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6Tesli.

Pierwsze udokumentowane badania i testy nad nowoczesnymi materiałami jakie można by było wykorzystać do produkcji silnych magnesów miały miejsce w 1966 roku. Wtedy to właśnie naukowcy K. Strnat oraz G. Hoffer z laboratorium Air Force Materials , zaczęli badania nad magnetykami, zrobionymi z metali wchodzących w skład grupy metali ziem rzadkich. Na początku badań testowane stopy metali, jakie chciano użyć do stworzenia magnesów o dużej mocy, opierały się na bazie żelaza, kobaltu i lekkich lantanowców, do jakich można zaliczyć: neodym Nd, cer Ce, prazeodym Pr, itr Y, samar Sm oraz lantan La. Lantanowce, które zostały wymienione wykazują charakterystyczne właściwości, takie jak silne namagnesowywanie, lecz ich temperatura Crie była bardzo niska. Wytwarzane dzisiaj magnesy neodymowe o dużej sile zawierają prócz żelaza także dodatek lekkich lantanowców, zapewniając im wysoki poziom anizotropii magneto-krystalicznej, a poza tym dokłada się do nich kilka procent kobaltu w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Magnesy neodymowe udało się opracować około 50 lat temu wykorzystując samar w formie sproszkowanych ziaren wraz z kilkoma dodatkowymi lantanowcami. Wymyślony został pierwszy na świecie, potężny magnes SmCo₅. Samą produkcję oparto na ukierunkowaniu ziaren sproszkowanego stopu przy udziale pola magnetycznego przy spiekaniu. Wypiekanie wyprasek odbywało się w warunkach temperaturowych około 1120^oC przy końcowym wyżarzaniu w temperaturze o 250^oC niższej. Finalnym z procesów produkowania mocnego magnesu było magnesowanie całości w polu magnetycznym 2T. Dzięki temu procesowi temperatura Curie prototypowego magnesu wyniosła około 745^oC.