zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

Magnesy na bazie neodymu to dzisiaj najsilniejsze rodzaje magnesów, jakie powstały do tej pory. Blisko 30 lat temu w Trinity College w Dublinie Michaelowi Coeyowi udało się stworzyć wcześniej nieznany materiał magnetyczny wzorze chemicznym Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału opierał się o syntezę proszków samaru i żelaza, które poddane sprasowaniu w mocnym polu magnetycznym razem z dodatkiem azotu, uzyskały zakres temperatury Curie wynoszący 470^oC i namagnesowanie na poziomie 0,9T. Nie osiągnięto tu wprawdzie parametrów neodymowych magnesów, ale opracowany wtedy materiał znacząco przewyższał pierwsze magnesy oparte o ten pierwiastek. Końcówka lat dziewięćdziesiątych przyniosła pomysły w obszarze magnesów o dużej sile oraz technologii ich wytwarzania.
Opracowano materiał i strukturze nano-krystalicznej, składający się z ziaren o wielkości mniejszej niż 100 nm. Odkryte w czasie badań ziarna nano-krystaliczne, w odróżnieniu od do struktury monokrystalicznej są od siebie oddzielone o wiele większymi granicami o wyższej mocy powierzchniowej i nieuporządkowanej budowie. Poprzez użycie, podczas produkcji pierwiastków z rodziny ziem rzadkich razem z dodatkiem żelaza, charakteryzują się dużą wartością remanencji magnetycznej. Bardzo dobre parametry magnetyczne biorą się też z jednego ważnego czynnika, to znaczy połączenia magnetycznych momentów neodymu z żelazem. Możliwe będzie dzięki temu świetne magnesowanie magnesów neodymowych.

Silne magnesy neodymowe - historia powstania. W okresie kiedy naukowcy projektowali coraz to nowe silne magnesy wykorzystujące samar, na początku lat osiemdziesiątych zostały odkryte bardzo ciekawe magnetyczne cechy neodymu w połączeniu z żelazem i stalą. Firma General Motors stworzyła w 1984 roku związek o strukturze chemicznej Nd₂Fe₁₄B, mające skład 6% boru, 15% neodymu i ponad 70% żelaza. Proces wytwarzania mocnych neodymowych magnesów polega na dwóch metodach. Japoński zakład Sumitomo, znajdujący się w strukturach Hitachi, podobnie jak przy magnesach smarowych, stosował metodę spiekania odpowiednio przygotowanego proszku, co pozwalało uzyskać gęste magnesy.

W USA silne magnesy neodymowe wytwarzano w zakładach firmy GM sposobem dynamicznego schładzania roztopionego proszku izotropowego. Z jakiego powodu użycie boru, neodymu i żelaza okazało się o wiele bardziej wydajne? Zastosowanie neodymu okazało się o wiele tańsze, niż samar, a poza tym neodym posiada lepsze właściwości magnetyczne. Ale jego temperatura Curie była znacznie niższa, z takich też powodów podjęto decyzję o podniesieniu tej temperatury do 530^oC. Taki poziom otrzymano przez dodatek do składu magnesu neodymowego niewielkiej ilości boru. Poza tym można również w pewien sposób regulować właściwości magnetyczne, przez wprasowanie do magnesu dodatkowych związków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb i aluminium Al.

Neodymowe magnesy często posiadają także w warstwy ochronne ochraniające przed rdzewieniem oraz mające zabezpieczające działanie przed działaniem szkodliwych warunków pogodowych. Wykonuje się to poprzez dołożenie cienkiej warstwy miedzianej lub niklowej na przykład w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, czyli magnesach stosowanych przy przeszukiwaniu dna akwenów wodnych. Inżynierowie cały czas opracowują bardziej zaawansowane rodzaje magnesów, a przez ciągły postęp w metalurgii, konstruowane są nieznane wcześniej łączenia metali cechujące się zwiększoną koercją, jak też magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie i możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6T.

Aktualnie magnesy neodymowe są wytwarzane przede wszystkim na kontynencie azjatyckim. Największym wytwórcą i eksporterem tego typu produktów stały się Chiny, ze względu na kontrolę nad większością globalnych zasobów pierwiastków ziem rzadkich. Do przemysłowego produkowania silnych magnesów zastosowanie znalazły przede wszystkim dwa rodzaje związków: Sm₂Fe₁₇N₂ i Nd₂Fe₁₄B. Są to magnesyneodymowe i magnesy nano krystaliczne, cechujące się nie tylko wysokim namagnesowaniem, lecz również dużą remanencją magnetyczną. Użycie magnesów o dużej mocy jest naprawdę wszechstronne. Ważnymi rodzajami odbiorców są firmy zajmujące się produkcją, tworzące sprzęt elektroniczny i elektryczny, zwłaszcza firmy zajmujące się motoryzacją, stosujące bardzo wydajne silniki elektryczne i hybrydowe. Do produkcji takich wykorzystywane są neodymowe magnesy ze stopu z pierwiastkami redukujący spadki związane z wydajnością magnesów przy wysokiej temperaturze takimi jak na przykład Terb (Tb) oraz dysproz (Dy). Poprzez zastosowanie tych związków, poprawiono w znacznym stopniu koercję magnetyczną, a także wydajność całkowitą silnych magnesów stosowanych w aparaturze elektrycznej o wysokiej mocy nominalnej. Na terenie Stanów Zjednoczonych od dawna realizowane są specjalistyczne badania przez powołany do tego celu Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), który ma zadanie opracowywać alternatywnych stopów. Przed kilku laty zostało przyznane 31,6 mln dolarów na wspieranie zaawansowanych projektów w ramach programu Rare-Earth Substitute, czyli możliwości wynalezienia związków mogących zastąpić metale ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych pokładów pierwiastków, występujących na terenie Azji.

Wytwarzanie magnesów neodymowych jest oparte o dwie metody. W Japonii stosowano metodę spiekania proszków, a na terenie Stanów popularność zyskała metoda szybkiego chłodzenia. W zależności od oczekiwań, magnesy neodymowe można również wytwarzać przy użyciu dodatkowych pierwiastków, między innymi galu, miedzi czy aluminium. Dzięki takim połączeniom można w szerokim zakresie korygować magnetyczne właściwości magnesu, jego poziom wytrzymałości oraz możliwość pracy w wysokich temperaturach . Da się nawet spowodować, że magnes będzie odporny na atmosferyczne warunki, na przykład wodę, powodującą korozję. Natomiast ciągłe poprawianie metalurgii proszków doprowadziło do otrzymania rozmaitych materiałowych stopów, które wpłynęły znacząco na podwyższenie temperatury Curie. Wykonany nowoczesną metodą produkcyjną magnes z neodymu, może uzyskać namagnesowanie przekraczające 1,6T, czyli znacznie większe choćby od ziemskiego pola magnetycznego.

Pierwsze udokumentowane badania i testy nad nowoczesnymi materiałami nadającymi się do produkcji bardzo mocnych magnesów miały swój początek w 1966 roku. Właśnie w tamtym okresie G. Hoffer i K. Strnat z Air Force Materials Laboratory w Dayton, postanowili rozpocząć badania nad materiałami magnetycznymi, składającymi się z metali należących do ziem rzadkich. W początkowym okresie testowane stopy metali, jakie zamierzano wykorzystać do wytwarzania magnesów o dużej mocy, były oparte o kobalt, żelazo oraz kilka lantanowców, do jakich można zaliczyć: cer Ce, prazeodym Pr, neodym Nd, samar Sm, lantan La i itr Y. Te mało znane metale wykazywały szczególne cechy, takie jak silne namagnesowywanie, ale problemem była niska temperatura Curie. Dzisiaj produkowane silne magnesy neodymowe w swoim składzie posiadają obok żelaza też domieszkę odpowiednio dobranych lantanowców, co im zapewnia wysoki poziom anizotropii magneto-krystalicznej, a poza tym dokłada się do nich kilka procent kobaltu aby zwiększyć zbyt niską temperaturę Curie. Debiutanckie neodymowe magnesy udało się opracować w 1970 roku wykorzystując samar w formie sproszkowanych ziaren wraz z innymi pierwiastkami z rodziny lantanowców. Stworzono nieznany dotychczas, silny magnes typu SmCo₅. Samą produkcję oparto na zjawisku kierunkowania drobinek sproszkowanego stopu w polu magnetycznym w czasie spiekania. Wypiekanie gotowych magnesów wykonywano w warunkach temperaturowych około 1120^oC wraz z ostatecznym wyżarzanie w temperaturze 850^oC. Finalnym z procesów tworzenia mocnego magnesu było magnesowanie całości w wysokim polu magnetycznym 2T. Przez taką technologię temperatura Curie nowatorskich magnesów została podniesiona do 745^oC.

W pierwszej kolejności podstawowymi odbiorcami silnych magnesów są podmioty produkujące sprzęt pomiarowy, elektroniczny, elektryczny, firmy z branży motoryzacyjnej czy dostarczające najróżniejsze przemysłowe urządzenia. Siłę magnetyczną ceni też od dawna branża meblowa, oferująca odzież, zwłaszcza związana z ubraniami medycznymi, podmioty dystrybuujące zapięcia do galanterii, a także marketing i reklama.