zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

Neodymowe magnesy to dziś najmocniejsze rodzaje magnesów, jakie do tej pory stworzono. Blisko 30 lat temu w dublińskim instytucie Trinity College Michae Coey opracował nieznany dotychczas magnetyczny materiał wzorze chemicznym Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału wykorzystywał syntezę proszków samaru i żelaza, które sprasowane w polu magnetycznym o dużej mocy razem z nowym składnikiem – azotem, osiągnęły zakres temperatury Curie wynoszący 470^oC i namagnesowanie w okolicach 0,9T. Nie osiągnięto tu wprawdzie parametrów magnesów wykonanych z neodymu, lecz nowo opracowany materiał znacząco przewyższał pierwsze z produkowanych magnesów. Końcówka lat dziewięćdziesiątych przyniosła pomysły w zakresie magnesów o dużej mocy oraz technik ich tworzenia.
Badacze opracowali materiał i strukturze nano-krystalicznej, złożony z mikroskopijnych ziaren o rozmiarze mniejszym niż 100 nm. Odkryte w czasie badań ziarna nano-krystaliczne, w przeciwieństwie do struktury monokrystalicznej oddzielone są od siebie przestrzenią o dużo większej mocy powierzchniowej oraz bardziej nierównomiernej strukturze. Poprzez zastosowanie, w czasie wytwarzania pierwiastków z grupy ziem rzadkich wraz z żelazem, charakteryzują się dużą wartością remanencji magnetycznej. Tak dobre magnetyczne właściwości biorą się dodatkowo z jednej rzeczy, czyli sprzężenia momentów magnetycznych neodymu i żelaza. Daje to świetne namagnesowanie przedstawianych magnesów.

Pierwsze udokumentowane testy oraz badania nad stopami jakie można by było wykorzystać do stworzenia silnych magnesów miały miejsce w 1966 roku. Wtedy to właśnie G. Hoffer i K. Strnat z laboratorium Air Force Materials , zaczęli szeroki zakres badań nad materiałami magnetycznymi, składającymi się z metali należących do grupy metali ziem rzadkich. Na początku badań pierwsze materiały, które planowano zastosować do wytwarzania silnych magnesów, opierały się na bazie żelaza, kobaltu i lekkich lantanowców, do których zaliczamy: prazeodym Pr, neodym Nd, cer Ce, samar Sm, lantan La i itr Y. Lantanowce, które zostały wymienione wykazywały charakterystyczne cechy, takie jak silne namagnesowywanie, jednak posiadały bardzo niską temperaturę Curie. Obecnie tworzone silne magnesy neodymowe mają w składzie obok żelaza również lekkie lantanowce, zapewniając im wysoki poziom anizotropii magneto-krystalicznej, a dodatkowo dokłada się do nich niewielką ilość kobaltu żeby podnieść poziom temperatury Curie. Magnesy neodymowe zostały opracowane na początku lat 70-tych wykorzystując samar w formie sproszkowanych ziaren wraz z innymi związkami z grupy lantanowców. Stworzono pierwszy na świecie, magnes o dużej mocy SmCo₅. Proces opierał się na ukierunkowaniu kryształów sproszkowanego stopu w polu magnetycznym podczas spiekania. Spiekanie wyprasek wykonywano w temperaturze powyżej 1100^oC wraz z ostatecznym wyżarzanie w temperaturze 850^oC. Ostatecznym z etapów produkcji mocnego magnesu było magnesowanie całości w wysokim polu magnetycznym 2T. Dzięki temu procesowi temperatura Curie prototypowego magnesu została podniesiona do 745^oC.

W pierwszej kolejności najważniejszymi odbiorcami silnych magnesów są podmioty wytwarzające urządzenia pomiarowe, elektroniczne, elektryczne, firmy z branży motoryzacyjnej czy też produkujące najróżniejsze maszyny przemysłowe. Możliwości magnetyczne doceniła również branża meblowa, odzieżowa, zwłaszcza związana z odzieżą medyczną, podmioty dystrybuujące zamykania do torebek, portfeli, a także szeroko pojęta reklama.

Na dzień dzisiejszy produkuje się magnesy neodymowe przede wszystkim na kontynencie azjatyckim. Głównym producentem i eksporterem tego typu wyrobów stały się Chiny, ze względu na kontrolę nad większością pokładów niezbędnych do tego pierwiastków. W przemysłowej produkcji magnesów stosuje się przede wszystkim dwie grupy związków: Sm₂Fe₁₇N₂ i Nd₂Fe₁₄B. Są to magnesyna bazie neodymu i magnesy o strukturze nano krystalicznej, charakteryzujące się nie tylko wysokim namagnesowaniem, ale także wysoką remanencją magnetyczną. Wykorzystanie silnych magnesów neodymowych jest naprawdę wszechstronne. Ważnymi grupami odbiorców stały się przedsiębiorstwa z branży produkcyjnej, projektujące urządzenia elektroniczne i elektryczne, szczególnie firmy motoryzacyjne, stosujące wysoko wydajne silniki hybrydowe oraz elektryczne. Do produkcji takich stosuje się magnesy neodymowe ze stopu ze związkami ograniczającymi spadek wydajności magnesów w podwyższonych temperaturach takimi, jak dysproz (Dy) oraz Terb (Tb). Poprzez zastosowanie wymienionych wyżej substancji, poprawiono w znacznym stopniu magnetyczną koercję, a także całościową wydajność magnesów wykorzystywanych w urządzeniach elektrycznych o wysokiej mocy nominalnej. W Stanach Zjednoczonych już od wielu lat prowadzone są naukowe badania przez specjalnie do tego celu powołany Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), zajmujący się opracowywaniem nowoczesnych stopów. Kilka lat temu ARPA-E desygnowała blisko 32 miliony dolarów na wspieranie zaawansowanych projektów w ramach programu Rare-Earth Substitute, czyli możliwości stworzenia substytutów metali ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych złóż pierwiastków, występujących na terenie Azji.

Produkowanie magnesów z neodymu opierało się na dwóch technologiach. W Japonii stosowano metodę spiekania mieszanin proszków, a w Stanach Zjednoczonych popularność zyskała metoda szybkiego chłodzenia. Zależnie od potrzeb, magnesy neodymowe można również wytwarzać przy użyciu dodatkowych domieszek, między innymi galu, miedzi czy aluminium. Przez takie połączenie da się w znacznym stopniu korygować magnetyczne parametry magnesu, jego zakres wytrzymałości oraz odporność na wysokie temperatury . Da się nawet spowodować, że magnes wykaże dużą odporność na atmosferyczne warunki, na przykład wodę, która może spowodować korodowanie żelaza. Za to systematyczne doskonalenie metalurgii proszkowej przyczyniło się do opracowania rozmaitych materiałowych stopów, które wpłynęły znacząco na zwiększenie temperatury Curie. Stworzony w nowoczesnym procesie produkcji magnes z neodymu, uzyskuje poziom namagnesowania przekraczający 1,6T, czyli dużo wyższe choćby od ziemskiego pola magnetycznego.

Mocne magnesy neodymowe - historia powstania. W czasie kiedy były projektowane coraz to nowe magnesy o dużej mocy na bazie samaru, w 1983 roku zostały odkryte bardzo ciekawe właściwości magnetyczne neodymu w połączeniu z żelazem i stalą. Amerykańska firma GM stworzyła w 1984 roku nowy związek o strukturze chemicznej Nd₂Fe₁₄B, mające skład 15% neodymu, 6% boru i ponad 70% żelaza. Proces wytwarzania silnych magnesów neodymowych opiera się na dwóch metodach. W Japonii zakład Sumitomo, wchodzący w skład firmy Hitachi, tak samo jak przy magnesach smarowych, wykorzystywał technikę spiekania odpowiednio przygotowanego proszku, dzięki czemu uzyskiwano magnesy mające dużą gęstość.

W Ameryce magnesy neodymowe o dużej mocy wytwarzano w firmie General Motors sposobem bardzo szybkiego obniżania temperatury roztopionego proszku izotropowego. Z jakich powodów wykorzystanie żelaza, neodymu i boru zapewniło dużo większą wydajność? Wykorzystanie neodymu okazało się o wiele tańsze, niż w przypadku samaru, a oprócz tego neodym posiada lepsze właściwości magnetyczne. Niestety jego temperatura Curie była zdecydowanie za niska, z tego też powodu podjęto decyzję o podniesieniu tej temperatury do 530^oC. Taki poziom otrzymano przez dodanie do puli składników boru. Poza tym można również w szerokim zakresie modyfikować właściwości magnetyczne, dzięki wprasowaniu do stopów pomocniczych pierwiastków, takich jak gal Ga, miedź Cu, niob Nb oraz glin Al.

Magnesy neodymowe często posiadają także w specjalne powłoki ochraniające przed rdzewieniem oraz mające zabezpieczające działanie przed oddziaływaniem niekorzystnych warunków pogodowych. Realizuje się to poprzez dołożenie cieniutkiej warstwy miedzi albo niklu np. w uchwytach magnetycznych do poszukiwań, czyli mocnych magnesach używanych do przeszukiwania dna jezior, rzek i mórz. Opracowywane są również bardziej zaawansowane typy magnesów neodymowych, a dzięki postępowi w metalurgii, konstruowane są nowe łączenia metali cechujące się zwiększoną koercją, jak też magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6Tesli.