zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

Produkcja magnesów o dużej mocy i ich wykorzystanie.

Obecnie na świecie wytwarza się neodymowe magnesy przede wszystkim na kontynencie azjatyckim. Podstawowym wytwórcą i dostawcą gotowych produktów są Chiny, ze względu na kontrolę nad większością złóż pierwiastków ziem rzadkich na świecie. Do przemysłowego produkowania silnych magnesów stosuje się głównie dwie grupy związków: Nd₂Fe₁₄B oraz Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesy oparte o neodym i magnesy nano krystaliczne, charakteryzujące się nie tylko dużym stopniem namagnesowania, lecz również wysoką remanencją magnetyczną. Zastosowanie silnych magnesów neodymowych jest naprawdę wszechstronne. Podstawowymi rodzajami odbiorców są firmy produkcyjne, projektujące sprzęt elektroniczny i elektryczny, w szczególności firmy zajmujące się motoryzacją, stosujące wysoko wydajne silniki elektryczne i hybrydowe. Do produkcji takich wykorzystywane są neodymowe magnesy ze stopów z pierwiastkami redukujący spadki związane z wydajnością magnesów przy wysokiej temperaturze takimi, jak dysproz (Dy) oraz Terb (Tb). Poprzez zastosowanie powyższych substancji, znacznie powiększono koercję magnetyczną oraz ogólną wydajność silnych magnesów wykorzystywanych w urządzeniach elektrycznych o wysokiej mocy. W Stanach Zjednoczonych od dawna prowadzi się badania przez specjalnie do tego celu powołany Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), zajmujący się opracowywaniem alternatywnych materiałów i stopów. Kilka lat temu ARPA-E przyznała prawie 32 miliony dolarów na rozwój badań i projektów w zakresie programu Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości stworzenia związków zastępujących metale ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych pokładów pierwiastków, kontrolowanych przez rząd Chin.

Wytwarzanie magnesów neodymowych jest oparte na dwóch technologiach. W japońskich firmach stosowana jest technika spiekania mieszanin proszków, a w Stanach Zjednoczonych popularność zdobyła technika szybkiego chłodzenia. W zależności od oczekiwań i potrzeb, neodymowe magnesy wytwarza się poprzez zastosowanie innych pierwiastków, między innymi galu, miedzi czy aluminium. Przez takie domieszki da się w znacznym stopniu korygować magnetyczne parametry magnesu, jego zakres wytrzymałości oraz możliwość pracy w wysokich temperaturach . Można nawet spowodować, że struktura magnesu będzie odporna na działanie na szkodliwe warunki atmosferyczne, w tym wodę, która powoduje korodowanie żelaza. Natomiast ciągłe poprawianie procesów metalurgicznych doprowadziło do otrzymania rozmaitych materiałowych stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na podwyższenie temperatury Curie. Wykonany nowoczesną metodą produkcyjną magnes z neodymu, może osiągnąć namagnesowanie na poziomie 1,6T, czyli o wiele wyższe choćby od ziemskiego pola magnetycznego.do góry

Kiedy opracowano neodymowe magnesy?

Pierwsze znane badania laboratoryjne nad nowoczesnymi materiałami które mogłyby się nadawać do stworzenia silnych magnesów rozpoczęły się w 1966 roku. Właśnie w tamtym okresie dwóch badaczy G. Hoffer i K. Strnat z Air Force Materials Laboratory w Dayton, postanowili rozpocząć badania nad magnetykami, zrobionymi z metali zaliczanych do grupy zwanej metalami ziem rzadkich. Na początku badań testowane stopy, jakie planowano zastosować do stworzenia silnych magnesów, opierały się na bazie żelaza, kobaltu i lekkich lantanowców, w skład których wchodzą: cer Ce, prazeodym Pr, neodym Nd, samar Sm, lantan La i itr Y. Te mało znane metale mają nietypowe zdolności, takie jak możliwość silnego namagnesowania, ale problemem była niska temperatura Curie. Wytwarzane dzisiaj mocne neodymowe magnesy zawierają obok żelaza także dodatek lekkich lantanowców, zapewniając im dużą anizotropię magnetokrystaliczną, a poza tym uzupełnia się ten skład o kobalt w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Debiutanckie neodymowe magnesy opracowano w 1970 roku wykorzystując sproszkowane ziarna samaru wraz z innymi związkami z grupy lantanowców. Został stworzony pierwszy na świecie, potężny magnes SmCo₅. Proces opierał się na zjawisku kierunkowania kryształów sproszkowanego stopu w polu magnetycznym przy spiekaniu. Wypiekanie wyprasek było realizowane w wysokiej temperaturze około 1120^oC wraz z końcowym wyżarzaniem w temperaturze o 250^oC niższej. Finalnym z etapów produkowania silnego magnesu było namagnesowanie materiału w wysokim polu magnetycznym 2T. Przez taką technologię temperatura Curie prototypowego magnesu podwyższyła się do 745^oC.do góry

Silne magnesy oparte na neodymie - historia powstania?

Nowoczesne magnesy neodymowe - historia powstania. W okresie kiedy projektowano kolejne mocne magnesy wykorzystujące samar, na początku lat osiemdziesiątych odkryto nieznane dotychczas cechy związku neodymu z dodatkiem boru i żelaza. Firma General Motors stworzyła w 1984 roku nowy związek o strukturze chemicznej Nd₂Fe₁₄B, mające skład 6% boru, 15% neodymu i ponad 70% żelaza. Przemysłowy proces wytwarzania mocnych neodymowych magnesów wykorzystuje dwie metody. Zakład Sumitomo z Japonii, wchodzący w skład firmy Hitachi, analogicznie jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, stosował metodę spiekania materiałów w formie proszku, przez co otrzymywano magnesy mające dużą gęstość.

W Stanach Zjednoczonych silne magnesy neodymowe wytwarzano w firmie General Motors sposobem bardzo szybkiego schładzania upłynnionej mieszaniny proszków. Dlaczego wykorzystanie żelaza, neodymu i boru okazało się o wiele bardziej wydajne? Użycie neodymu okazało się o wiele tańsze, niż związków samaru, a oprócz tego neodym ma znacznie lepsze parametry magnetyczne. Jednak jego temperatura Curie nie była na odpowiednim poziomi, dlatego zdecydowano się na podwyższenie tejże temperatury do 530^oC. Tak wysoki poziom otrzymano dzięki dodaniu do składu magnesu neodymowego boru. Poza tym da się też w dowolny sposób modyfikować parametry magnetyczne, dzięki wprasowaniu do stopów dodatkowych pierwiastków, takich jak gal Ga, miedź Cu, niob Nb i aluminium Al.

Magnesy wykonane z neodymu mogą zostać również wyposażone w powłoki ochraniające przed rdzewieniem oraz mające zabezpieczające działanie przed działaniem szkodliwych warunków pogodowych. Realizuje się to przez dołożenie cienkiej warstwy miedzianej lub niklowej na przykład w uchwytach magnetycznych do poszukiwań, to znaczy magnesach stosowanych przy przeszukiwaniu dna akwenów wodnych. Opracowywane są również nowocześniejsze rodzaje magnesów, a przez ciągły postęp w technologii metalurgicznej proszków, powstają nieznane wcześniej stopy metali charakteryzujące się zwiększoną koercją, jak też magnesy dysponujące znacznie wyższą temperaturą Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6T.do góry

Magnesy nano-krystaliczne - magnesy, które są przyszłością współczesnego magnetyzmu.

Magnesy neodymowe to dzisiaj najmocniejsze magnesy, jakie do tej pory stworzono. Blisko 30 lat temu w dublińskim instytucie Trinity College naukowiec Michael Coey wymyślił nieznany dotychczas magnetyczny stop o strukturze chemicznej Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału opierał się o syntezę proszków samaru i żelaza, które poddane sprasowaniu w polu magnetycznym o dużej mocy wraz z domieszką azotu, uzyskały temperaturę Curie aż do 470^oC oraz poziom namagnesowania 0,9T. Nie jest to wynik zbliżony do poziomu magnesu neodymowego, jednak nowo opracowany skład samaru znacząco przewyższał pierwsze z produkowanych magnesów. Ostatnie lata minionego wieku przyniosły następne pomysły w dziedzinie silnych magnesów oraz metod ich tworzenia.
Opracowany został stop posiadający nano-krystaliczną strukturę, składający się z malutkich ziaren o wielkości mniejszej niż 100 nm. Odkryte w czasie badań ziarna nano-krystaliczne, w przeciwieństwie do struktury monokrystalicznej oddzielone są od siebie o wiele większymi granicami o wyższym napięciu powierzchniowym i nieuporządkowanej budowie. Dzięki wykorzystaniu, w czasie wytwarzania stopów pierwiastków z grupy ziem rzadkich wraz z dodatkiem żelaza, cechują się wysoką remanencją magnetyczną. Tak dobre właściwości magnetyczne wynikają również z jednego ważnego czynnika, czyli połączenia magnetycznych momentów żelaza z neodymem. Jest dzięki temu możliwe doskonałe magnesowanie neodymowych magnesów.do góry

W jakich branżach są wykorzystywane mocne magnesy neodymowe?

Przede wszystkim podstawowymi odbiorcami silnych magnesów są przedsiębiorstwa sprzedające urządzenia elektryczne, elektroniczne, pomiarowe, podmioty zajmujące się motoryzacją czy produkujące rozmaite maszyny dla przemysłu. Możliwości magnetyczne ceni też od dawna branża meblowa, odzieżowa, szczególnie związana z odzieżą medyczną, firmy wytwarzające zamykania do galanterii, a także branża reklamowa.do góry