zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

Wytwarzanie silnych magnesów i zastosowanie.

Aktualnie produkuje się magnesy neodymowe przede wszystkim w krajach azjatyckich. Podstawowym producentem oraz dostawcą gotowych wyrobów zostały Chiny, z powodu kontrolowania większości złóż pierwiastków ziem rzadkich na świecie. W przemysłowej produkcji magnesów o dużej mocy wykorzystuje się głównie dwa rodzaje związków: Sm₂Fe₁₇N₂ i Nd₂Fe₁₄B. Są to magnesy neodymowe i magnesy o strukturze nano krystalicznej, charakteryzujące się nie tylko wysokim namagnesowaniem, lecz także dużą remanencją magnetyczną. Użycie mocnych neodymowych magnesów jest naprawdę wszechstronne. Ważnymi odbiorcami stały się podmioty zajmujące się produkcją, oferujące urządzenia elektryczne, elektroniczne, szczególnie firmy zajmujące się motoryzacją, stosujące bardzo wydajne elektryczne i hybrydowe silniki. Do wytwarzania takich używa się neodymowych magnesów ze stopów ze związkami ograniczającymi spadek wydajności magnesów w wysokich temperaturach na przykład takimi jak Terb (Tb) oraz dysproz (Dy). Dzięki zastosowaniu tych substancji, znacząco zwiększono koercję magnetyczną i ogólną wydajność silnych magnesów używanych w sprzęcie elektrycznym o wysokiej mocy nominalnej. W USA już od wielu lat prowadzone są badania przez powołany do tego celu Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), zajmujący się opracowywaniem nowoczesnych materiałów. Kilka lat temu ARPA-E przyznała 31,6 mln dolarów na rozwijanie zaawansowanych projektów w programie Rare-Earth Substitute, czyli możliwości wynalezienia substytutów metali ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych złóż pierwiastków, kontrolowanych przez rząd Chin.

Wytwarzanie magnesów z neodymu opiera się na dwóch technologiach. W japońskich firmach używana jest metoda spiekania proszków, a w USA popularna jest metoda opierająca się o szybkie chłodzenie. Zależnie od potrzeb i oczekiwań, magnesy neodymowe można wytwarzać przy użyciu dodatkowych stopów, na przykład galu, miedzi czy aluminium. Dzięki takim połączeniom można regulować magnetyczne parametry samego magnesu, jego poziom wytrzymałości, a także możliwość pracowania w wysokim zakresie temperatur . Da się nawet spowodować, że magnes będzie odporny na działanie na szkodliwe warunki atmosferyczne, na przykład wodę, powodującą zmiany korozyjne. Natomiast regularne dopracowywanie metalurgii proszkowej przyczyniło się do opracowania różnych stopów, które wpłynęły w dużym stopniu na zwiększenie temperatury Curie. Wytwarzany w nowoczesnym procesie produkcji neodymowy magnes, uzyskuje namagnesowanie przekraczające 1,6T, czyli znacznie większe na przykład od ziemskiego pola magnetycznego.do góry

Mocne magnesy neodymowe - jak zostały wymyślone?

Mocne magnesy oparte na neodymie - jak powstały. Podczas kiedy były projektowane kolejne magnesy o dużej mocy na bazie samaru, na początku lat osiemdziesiątych zostały odkryte nieznane dotychczas właściwości magnetyczne związku neodymu w połączeniu z żelazem i borem. Firma General Motors stworzyła w 1984 roku związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, mające skład 6% boru, 15% neodymu i ponad 70% żelaza. Proces tworzenia silnych magnesów neodymowych wykorzystuje dwie metody. W Japonii zakład Sumitomo, znajdujący się w strukturach Hitachi, podobnie jak przy magnesach smarowych, używał metody spiekania odpowiednio przygotowanego proszku, dzięki czemu uzyskiwano gęste magnesy.

W Ameryce neodymowe magnesy produkowano w zakładach firmy GM metodą szybkiego ochładzania upłynnionej mieszaniny proszków. Czemu użycie boru, neodymu i żelaza dało znacznie lepsze rezultaty? Wykorzystanie neodymu było znacznie tańsze, niż samar, a poza tym neodym ma znacznie lepsze parametry magnetyczne. Niestety temperatura Curie neodymu była zdecydowanie za niska, dlatego postanowiono podnieść tę temperaturę do 530^oC. Tak wysoki poziom uzyskano przez dodanie do puli składników domieszki boru. Oprócz tego można również w dowolny sposób modyfikować charakterystykę magnetyczną, dzięki wprasowaniu do stopów dodatkowych związków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb oraz glin Al.

Neodymowe magnesy mogą zostać również wyposażone w powłoki zapobiegające korozji oraz zabezpieczające przed szkodliwymi warunkami atmosferycznymi. Wykonuje się to przez nałożenie cieniutkiej warstwy miedzianej lub niklowej na przykład w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, czyli silnych magnesach używanych do przeszukiwania dna akwenów wodnych. Opracowywane są również bardziej zaawansowane typy magnesów neodymowych, a przez ciągły postęp w metalurgii, powstają coraz to nowe stopy metali charakteryzujące się zwiększoną koercją, jak również magnesy posiadające znacznie wyższą temperaturę Curie i możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6T.do góry

W jakich branżach są wykorzystywane magnesy o dużej mocy?

W pierwszej kolejności głównymi odbiorcami mocnych magnesów są przedsiębiorstwa oferujące sprzęt pomiarowy, elektroniczny, elektryczny, podmioty zajmujące się motoryzacją oraz produkujące rozmaite przemysłowe urządzenia. Możliwości magnetyczne ceni też od dawna branża meblowa, oferująca odzież, w szczególności związana z odzieżą medyczną, firmy wytwarzające zatrzaski do torebek, portfeli oraz marketing i reklama.do góry

Magnesy nano-krystaliczne - magnesy będące przyszłością magnetyzmu.

Magnesy neodymowe to dzisiaj najmocniejsze magnesy, jakie udało się do tej pory stworzyć. Blisko 30 lat temu w dublińskim instytucie Trinity College Michaelowi Coeyowi udało się stworzyć nieznany dotychczas magnetyczny materiał wzorze chemicznym Sm₂Fe₁₇N₂. Proces jego produkcji wykorzystywał syntezę proszków samaru i żelaza, które sprasowane w polu magnetycznym o dużej mocy razem z nowym składnikiem – azotem, osiągnęły temperaturę Curie aż do 470^oC i namagnesowanie na poziomie 0,9T. Nie osiągnięto tu wprawdzie parametrów magnesów wykonanych z neodymu, ale nowo opracowany skład samaru przewyższał w znacznym stopniu pierwsze z magnesów wykorzystujących ten pierwiastek. Ostatnie lata minionego wieku przyniosły coraz to nowe pomysły w obszarze magnesów o dużej mocy oraz technologii ich produkcji.
Opracowany został nano-krystaliczny materiał magnetyczny, składający się z malutkich ziaren o wielkości mniejszej niż 100 nm. Nowo odkryte ziarna nano-krystaliczne, w przeciwieństwie do struktur monokrystalicznych są od siebie oddzielone o wiele większymi granicami o dużo większej mocy powierzchniowej i nieuporządkowanej strukturze wewnętrznej. Poprzez użycie, na etapie produkowania mieszaniny pierwiastków z rodziny ziem rzadkich w połączeniu z dodatkiem żelaza, charakteryzują się wysoką remanencją magnetyczną. Tak dobre właściwości magnetyczne biorą się dodatkowo z jednej istotnej rzeczy, czyli sprzężenia momentów magnetycznych neodymu z żelazem. Umożliwia to świetne namagnesowanie magnesów neodymowych.do góry

Badania nad wynalezieniem mocnych magnesów neodymowych.

Pierwsze badania laboratoryjne nad stopami metali nadającymi się do stworzenia silnych magnesów miały miejsce w 1966 roku. W tym czasie G. Hoffer i K. Strnat z Air Force Materials Laboratory w Dayton, rozpoczęli szeroki zakres badań nad materiałami magnetycznymi, wykonanymi z metali należących do ziem rzadkich. Na początku badań badane stopy metali, które chciano użyć do produkcji mocnych magnesów, opierały się o kobalt, żelazo oraz kilka lantanowców, w skład których wchodzą: prazeodym Pr, neodym Nd, cer Ce, itr Y, samar Sm i lantan La. Wymienione powyżej lantanowce mają szczególne cechy, takie jak silne namagnesowywanie, ale ich temperatura Crie była bardzo niska. Wytwarzane dzisiaj mocne neodymowe magnesy mają w składzie obok żelaza też domieszkę odpowiednio dobranych lantanowców, co daje strukturze dużą anizotropię magnetokrystaliczną, a poza tym uzupełnia się ten skład o kilka procent kobaltu w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Pierwsze silne magnesy udało się opracować na początku lat 70-tych wykorzystując samar w formie sproszkowanych ziaren wraz z kilkoma dodatkowymi pierwiastkami z rodziny lantanowców. Został stworzony pierwszy na świecie, silny magnes typu SmCo₅. Proces opierał się na zjawisku kierunkowania ziaren sproszkowanego stopu przy udziale pola magnetycznego przy spiekaniu. Tworzenie gotowych magnesów było realizowane w wysokiej temperaturze około 1120^oC wraz z końcowym wyżarzaniem w temperaturze o 250^oC niższej. Ostatnim z etapów produkowania mocnego magnesu było magnesowanie całości w polu magnetycznym 2T. Dzięki temu procesowi temperatura Curie nowatorskich magnesów została podniesiona do 745^oC.do góry