zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

W pierwszej kolejności najważniejszymi odbiorcami magnesów są przedsiębiorstwa wytwarzające urządzenia elektryczne, elektroniczne, pomiarowe, przedsiębiorstwa motoryzacyjne czy też dostarczające rozmaite maszyny dla przemysłu. Możliwości magnetyczne doceniła również branża meblowa, oferująca odzież, szczególnie związana z odzieżą medyczną, podmioty oferujące zatrzaski do portfeli oraz torebek, a także szeroko pojęta reklama.

Pierwsze udokumentowane badania laboratoryjne nad nowoczesnymi materiałami które mogłyby się nadawać do stworzenia bardzo mocnych magnesów rozpoczęły się w 1966 roku. Wtedy to właśnie dwóch badaczy G. Hoffer i K. Strnat z Air Force Materials Laboratory w Dayton, postanowili rozpocząć pracę nad magnetykami, składającymi się z metali wchodzących w skład grupy zwanej metalami ziem rzadkich. W początkowym okresie pierwsze stopy metali, które chciano użyć do stworzenia silnych magnesów, były tworzone o kobalt, żelazo oraz kilka lantanowców, w skład których wchodzą: prazeodym Pr, neodym Nd, cer Ce, samar Sm, lantan La oraz itr Y. Lantanowce, które zostały wymienione wykazywały charakterystyczne właściwości, takie jak możliwość silnego namagnesowania, lecz problemem była niska temperatura Curie. Dzisiaj produkowane mocne neodymowe magnesy mają w składzie obok żelaza także domieszkę odpowiednio dobranych lantanowców, co im zapewnia dużą anizotropię magneto-krystaliczną, a oprócz tego dokłada się do nich kobalt w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Magnesy neodymowe opracowano w 1970 roku wykorzystując samar w formie sproszkowanych ziaren wraz z innymi związkami z grupy lantanowców. Wymyślony został pierwszy na świecie, potężny magnes SmCo₅. Samą produkcję oparto na ukierunkowaniu kryształów stopu w formie proszku przy udziale pola magnetycznego przy spiekaniu. Wypiekanie gotowych magnesów odbywało się w warunkach temperaturowych około 1120°C wraz z ostatecznym wyżarzanie w temperaturze 850°C. Ostatnim z etapów produkcji silnego magnesu było magnesowanie całości przy użyciu pola magnetycznego 2T. Po zastosowaniu tej technologii temperatura Curie magnesów SmCo5 podwyższyła się do 745°C.

Magnesy neodymowe to obecnie najmocniejsze rodzaje magnesów, jakie udało się do tej pory stworzyć. W 1990 roku w dublińskim instytucie Trinity College naukowiec Michael Coey wymyślił wcześniej nieznany materiał magnetyczny o strukturze chemicznej Sm₂Fe₁₇N₂. Jego proces wytworzenia wykorzystywał syntezę drobnego proszku samaru i żelaza, które podczas prasowania w silnym polu magnetycznym razem z dodatkiem azotu, uzyskały temperaturę Curie aż do 470°C oraz namagnesowanie na poziomie 0,9T. Nie jest to wynik zbliżony do poziomu magnesu neodymowego, lecz opracowany wtedy materiał przewyższał w znacznym stopniu pierwsze magnesy oparte o ten pierwiastek. Koniec XX wieku przyniósł coraz to nowe pomysły w zakresie magnesów o dużej sile oraz metod ich produkowania.
Badacze opracowali stop posiadający nano-krystaliczną strukturę, zbudowany z ziaren o średnicy mniejszej niż 100 nm. Ziarna, które zostały odkryte nano-kryształów, w odróżnieniu od do struktur monokrystalicznych oddzielone są od siebie o wiele większymi granicami o wyższej mocy powierzchniowej oraz mniej uporządkowanej strukturze. Dzięki wykorzystaniu, na etapie produkcji pierwiastków z grupy ziem rzadkich w połączeniu z domieszką żelaza, cechują się wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Świetne właściwości magnetyczne biorą się dodatkowo z jednej ważnej rzeczy, czyli połączenia magnetycznych momentów żelaza oraz neodymu. Jest dzięki temu możliwe bardzo dobre namagnesowanie magnesów neodymowych.

Aktualnie neodymowe magnesy są produkowane głównie na kontynencie azjatyckim. Głównym wytwórcą oraz eksporterem takich produktów stały się Chiny, z uwagi na kontrolę większości globalnych zasobów pierwiastków ziem rzadkich. Do wytwarzania przemysłowego magnesów o dużej mocy wykorzystuje się przede wszystkim dwie grupy związków: Nd₂Fe₁₄B oraz Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesyna bazie neodymu i magnesy nano krystaliczne, charakteryzujące się nie tylko najwyższym stopniem namagnesowania, ale również wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Użycie mocnych neodymowych magnesów jest bardzo różnorodne. Głównymi rodzajami odbiorców są podmioty z branży produkcyjnej, tworzące urządzenia elektroniczne oraz elektryczne, w szczególności firmy motoryzacyjne, wykorzystujące bardzo wydajne elektryczne i hybrydowe silniki. Przy wytwarzaniu takich stosuje się magnesy neodymowe ze stopów z pierwiastkami zmniejszającymi spadki wydajności magnesów w podwyższonych temperaturach na przykład takimi jak dysproz (Dy) czy Terb (Tb). Dzięki zastosowaniu wymienionych wyżej substancji, znacznie powiększono koercję magnetyczną i całościową wydajność magnesów stosowanych w sprzęcie elektrycznym o większej mocy nominalnej. W Stanach Zjednoczonych od kilkudziesięciu lat realizowane są naukowe badania przez powołany do tego celu Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), mający na celu opracowanie alternatywnych stopów i materiałów. W 2011 roku ARPA-E desygnowała prawie 32 miliony dolarów na rozwój zaawansowanych projektów w zakresie programu Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości wynalezienia substytutów metali ziem rzadkich jako alternatywę dla pierwiastków występujących naturalnie, występujących na terenie Azji.

Wytwarzanie magnesów z neodymu jest oparte na dwóch technologiach. W japońskich firmach używana jest metoda spiekania mieszanin proszków, a na terenie Stanów popularność zyskała metoda opierająca się o szybkie chłodzenie. W zależności od potrzeb, neodymowe magnesy wytwarza się poprzez zastosowanie dodatkowych stopów, na przykład aluminium, galu albo miedzi. Przez takie domieszki można kontrolować 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 korozję. Za to regularne poprawianie metalurgii proszkowej doprowadziło do opracowania rozmaitych stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na podniesienie temperatury Curie. Wyprodukowany nowoczesną metodą produkcyjną neodymowy magnes, może osiągnąć namagnesowanie przekraczające 1,6T, czyli o wiele wyższe na przykład od pola magnetycznego Ziemi.

Silne magnesy oparte na neodymie - jak powstały. Podczas gdy naukowcy projektowali kolejne mocne magnesy oparte o samar, w 1983 roku odkryto interesujące magnetyczne cechy neodymu w połączeniu z żelazem oraz stalą. Firma General Motors rok po odkryciu stworzyła związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, w proporcji 6% boru, 15% neodymu oraz ponad 70% żelaza. Technologia tworzenia magnesów neodymowych o dużej mocy opiera się na dwóch metodach. Zakład Sumitomo z Japonii, znajdujący się w strukturach Hitachi, tak samo jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, używał metody spiekania odpowiednio przygotowanego proszku, dzięki czemu uzyskiwano gęste magnesy.

W Ameryce silne magnesy neodymowe były tworzone w firmie General Motors metodą dynamicznego schładzania roztopionego proszku izotropowego. Czemu połączenie neodymu z żelazem oraz borem zapewniło dużo większą wydajność? Zastosowanie neodymu okazało się o wiele tańsze, niż w przypadku samaru, a poza tym neodym charakteryzuje się znacznie lepszymi parametrami magnetycznymi. Ale temperatura Curie tego pierwiastka była zdecydowanie za niska, z tego też powodu postanowiono podnieść tę temperaturę do 530°C. Taki poziom dało się uzyskać przez dodatek do składu magnesu neodymowego niewielkiej ilości boru. Poza tym można również w pewien sposób zmieniać właściwości magnetyczne, dzięki wprasowaniu do stopów pomocniczych pierwiastków, takich jak gal Ga, miedź Cu, niob Nb i aluminium Al.

Neodymowe magnesy często posiadają także w warstwy ochronne chroniące przed korozją oraz zabezpieczające przed szkodliwymi warunkami atmosferycznymi. Realizuje się to poprzez dodanie cienkiej warstwy miedzi albo niklu np. w uchwytach wykorzystywanych w poszukiwaniach, czyli magnesach stosowanych do przeszukiwania dna akwenów wodnych. Cały czas są opracowywane nowocześniejsze rodzaje magnesów, a przez ciągły postęp w technologii metalurgicznej proszków, konstruowane są coraz to nowe łączenia metali o podwyższonej koercji, jak też magnesy posiadające znacznie wyższą temperaturę Curie i możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6Tesli.