zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

Na dzień dzisiejszy neodymowe magnesy są produkowane przede wszystkim w Azji. Największym wytwórcą i dystrybutorem takich wyrobów stały się Chiny, z powodu kontrolowania większości światowych złóż pierwiastków ziem rzadkich. Do przemysłowego produkowania magnesów o dużej mocy stosuje się głównie dwie grupy związków: Nd₂Fe₁₄B i Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesyoparte o neodym oraz magnesy posiadające strukturę nanokrystaliczną, cechujące się nie tylko wysokim namagnesowaniem, lecz również dużą remanencją magnetyczną. Użycie magnesów o dużej mocy jest bardzo szerokie. Ważnymi odbiorcami są podmioty produkcyjne, tworzące sprzęt elektryczny i elektroniczny, w szczególności firmy motoryzacyjne, stosujące bardzo wydajne elektryczne i hybrydowe silniki. Do wytwarzania takich używa się neodymowych magnesów ze stopów z pierwiastkami zmniejszającymi spadki wydajności magnesów w podwyższonych temperaturach takimi, jak Terb (Tb) czy dysproz (Dy) . Poprzez zastosowanie wymienionych wyżej pierwiastków, poprawiono w znacznym stopniu koercję magnetyczną, a także wydajność całkowitą silnych magnesów używanych w aparaturze elektrycznej o wysokiej mocy nominalnej. W USA już od dawna prowadzone są badania przez powołany do tego celu Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), który ma zadanie opracowywać nowoczesnych materiałów i stopów. W 2011 roku ARPA-E desygnowała prawie 32 miliony dolarów na rozwój projektów w programie Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości opracowania związków zastępujących metale ziem rzadkich jako alternatywę dla pierwiastków występujących naturalnie, które znajdują się pod kontrolą Chin.

Wytwarzanie magnesów na bazie neodymu oparte zostało na dwóch technologiach. W japońskich firmach używana jest metoda spiekania proszków, a w USA popularność zdobyła metoda oparta na szybkim chłodzeniu. W zależności od wymagań, magnesy neodymowe można wytwarzać poprzez zastosowanie innych stopów, na przykład miedzi, aluminium czy galu. Dzięki takim połączeniom można korygować właściwości magnetyczne samego magnesu, jego wytrzymałość, a także możliwość pracy w wysokich temperaturach . Można nawet spowodować, że magnes wykaże dużą odporność na atmosferyczne warunki, na przykład wodę, która powoduje korozję. Za to ciągłe ulepszanie metalurgii proszkowej przyczyniło się do uzyskania różnego rodzaju stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na podwyższenie temperatury Curie. Wytwarzany w nowoczesny sposób magnes z neodymu, może osiągnąć namagnesowanie na poziomie 1,6T, czyli dużo wyższe choćby od pola magnetycznego Ziemi.

Silne magnesy oparte na neodymie - jak powstały. W okresie gdy były projektowane następne magnesy o dużej mocy oparte o samar, w 1983 roku zostały odkryte nieznane dotychczas cechy związku neodymu w połączeniu z żelazem i stalą. Firma General Motors stworzyła w 1984 roku związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, mające skład 15% neodymu, 6% boru i ponad 70% żelaza. Proces wytwarzania mocnych neodymowych magnesów polega na dwóch metodach. Zakład Sumitomo z Japonii, wchodzący w skład firmy Hitachi, analogicznie jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, wykorzystywał technikę spiekania materiałów w formie proszku, co pozwalało uzyskać magnesy mające dużą gęstość.

W USA neodymowe magnesy wytwarzano w zakładach firmy GM metodą dynamicznego ochładzania upłynnionej mieszaniny proszków. Z jakiego powodu użycie boru, neodymu i żelaza okazało się o wiele bardziej wydajne? Użycie neodymu było znacznie tańsze, niż samar, a oprócz tego neodym posiada lepsze właściwości magnetyczne. Niestety jego temperatura Curie nie była na odpowiednim poziomi, z takich też powodów postanowiono podnieść tę temperaturę do 530^oC. Tak wysoki poziom dało się uzyskać przez dodatek do składu magnesu neodymowego domieszki boru. Dodatkowo można również w pewien sposób modyfikować parametry magnetyczne, przez wprasowanie do magnesu innych związków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb oraz glin Al.

Magnesy wykonane z neodymu często posiadają także w warstwy ochronne zapobiegające korozji oraz zabezpieczające przed działaniem szkodliwych warunków pogodowych. Jest to realizowane przez dodanie cieniutkiej warstwy miedzianej lub niklowej na przykład w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, czyli mocnych magnesach używanych do sprawdzania dna akwenów wodnych. Inżynierowie cały czas opracowują bardziej zaawansowane rodzaje magnesów, a dzięki ciągłym badaniom w metalurgii, wymyślane są nowe stopy metali cechujące się zwiększoną koercją, jak również magnesy posiadające znacznie wyższą temperaturę Curie i możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6T.

Pierwsze badania laboratoryjne nad stopami metali jakie można by było wykorzystać do wytwarzania bardzo mocnych magnesów miały swój początek w 1966 roku. Wtedy to właśnie G. Hoffer i K. Strnat z laboratorium Air Force Materials , postanowili rozpocząć szeroki zakres badań nad magnetykami, zrobionymi z metali zaliczanych do grupy zwanej metalami ziem rzadkich. Początkowo testowane stopy, jakie miały posłużyć do stworzenia magnesów o dużej mocy, były oparte na bazie żelaza, kobaltu i lekkich lantanowców, w skład których wchodzą: cer Ce, prazeodym Pr, neodym Nd, itr Y, samar Sm i lantan La. Wymienione powyżej lantanowce wykazywały szczególne zdolności, takie jak magnesowanie do dużych wartości, jednak ich temperatura Crie była bardzo niska. Dzisiaj produkowane magnesy neodymowe o dużej sile zawierają prócz żelaza również lekkie lantanowce, zapewniając im wysoki poziom anizotropii magneto-krystalicznej, a oprócz tego uzupełnia się ten skład o kobalt aby zwiększyć zbyt niską temperaturę Curie. Pierwsze silne magnesy udało się opracować na początku lat 70-tych ze sproszkowanych ziaren samaru wraz z innymi lantanowcami. Stworzono nieznany dotychczas, magnes o dużej mocy SmCo₅. Proces opierał się na zjawisku kierunkowania kryształów rozdrobnionego stopu w polu magnetycznym przy spiekaniu. Tworzenie gotowych magnesów wykonywano w temperaturze powyżej 1100^oC wraz z ostatecznym wyżarzanie w temperaturze 850^oC. Ostatecznym z procesów produkcji magnesu neodymowego było poddanie materiału namagnesowaniu w wysokim polu magnetycznym 2T. Przez taką technologię temperatura Curie nowatorskich magnesów została podniesiona do 745^oC.

W pierwszej kolejności podstawowymi odbiorcami mocnych magnesów są przedsiębiorstwa oferujące urządzenia pomiarowe, elektroniczne, elektryczne, firmy z branży motoryzacyjnej oraz wytwarzające najróżniejsze przemysłowe urządzenia. Zalety magnesów dużej mocy doceniła również branża meblowa, odzieżowa, zwłaszcza związana z ubraniami medycznymi, podmioty dystrybuujące zapięcia do galanterii oraz rzecz jasna marketing i reklama.

Neodymowe magnesy to na dzień dzisiejszy najpotężniejsze magnesy, jakie zostały dotychczas opracowane. W 1990 roku w dublińskim instytucie Trinity College naukowiec Michael Coey wymyślił wcześniej nieznany magnetyczny stop wzorze chemicznym Sm₂Fe₁₇N₂. Proces jego produkcji opierał się o syntezę drobnego proszku samaru i żelaza, które sprasowane w polu magnetycznym o dużej mocy razem z dodatkiem azotu, osiągnęły temperaturę Curie aż do 470^oC i namagnesowanie w okolicach 0,9T. Nie są to wyniki zbliżone do poziomu neodymowych magnesów, ale opracowany wtedy materiał faktycznie sporo przewyższał pierwsze z produkowanych magnesów. Koniec XX wieku przyniósł dalsze pomysły w obszarze magnesów o dużej sile oraz technik ich wytwarzania.
Badacze opracowali materiał i strukturze nano-krystalicznej, zbudowany z ziaren o średnicy mniejszej niż 100 nm. Ziarna, które zostały odkryte nano-kryształów, w przeciwieństwie do struktury monokrystalicznej oddzielone są od siebie o wiele większymi granicami o wyższym napięciu powierzchniowym i mniej uporządkowanej strukturze. Poprzez zastosowanie, na etapie produkowania mieszaniny pierwiastków z grupy ziem rzadkich w połączeniu z domieszką żelaza, cechują się remanencją magnetyczną na wysokim poziomie. Takie doskonałe właściwości magnetyczne biorą się dodatkowo z jeszcze jednego aspektu, to znaczy sprzężenia momentów magnetycznych żelaza z neodymem. Daje to bardzo dobre namagnesowanie przedstawianych magnesów.