zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

Na dzień dzisiejszy neodymowe magnesy są produkowane głównie w krajach azjatyckich. Głównym wytwórcą oraz eksporterem gotowych produktów zostały Chiny, z uwagi na posiadanie większości pokładów niezbędnych do tego pierwiastków. Do wytwarzania przemysłowego magnesów wykorzystuje się przede wszystkim dwa związki: Nd₂Fe₁₄B i Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesyoparte o neodym i magnesy posiadające strukturę nanokrystaliczną, cechujące się nie tylko dużym stopniem namagnesowania, lecz także dużą remanencją magnetyczną. Wykorzystanie silnych magnesów neodymowych jest bardzo szerokie. Najważniejszymi grupami odbiorców są firmy z branży produkcyjnej, wytwarzające urządzenia elektroniczne i elektryczne, zwłaszcza firmy motoryzacyjne, wykorzystujące bardzo wydajne elektryczne i hybrydowe silniki. Do wytwarzania takich używa się neodymowych magnesów ze stopów ze związkami ograniczającymi spadek wydajności magnesów w podwyższonych temperaturach takimi jak na przykład dysproz (Dy) oraz Terb (Tb). Dzięki użyciu tych związków, znacząco zwiększono koercję magnetyczną i wydajność całkowitą silnych magnesów wykorzystywanych w aparaturze elektrycznej o większej mocy. W Stanach Zjednoczonych od dawna prowadzi się naukowe badania przez specjalnie do tego celu powołany Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), mający na celu opracowanie alternatywnych materiałów. Przed kilku laty ARPA-E przyznała blisko 32 miliony dolarów na rozwój projektów w programie Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości opracowania substytutów metali ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych złóż pierwiastków, które znajdują się pod kontrolą Chin.

Produkowanie magnesów neodymowych jest oparte na dwóch technologiach. W japońskich firmach używano metody spiekania mieszanin proszków, a w Stanach Zjednoczonych popularność zdobyła metoda oparta na szybkim chłodzeniu. W zależności od oczekiwań, neodymowe magnesy można wytwarzać przy użyciu dodatkowych domieszek, między innymi aluminium, galu albo miedzi. Przez takie połączenie można korygować właściwości magnetyczne samego magnesu, jego poziom wytrzymałości oraz odporność na wysokie temperatury . Można nawet spowodować, że struktura magnesu będzie odporna na niekorzystne atmosferyczne warunki, w tym wodę, powodującą zmiany korozyjne. Natomiast systematyczne doskonalenie procesów metalurgicznych przyczyniło się do uzyskania nowych stopów, które wpłynęły znacząco na podwyższenie tak zwanej temperatury Curie. Stworzony w nowoczesny sposób neodymowy magnes, może osiągnąć poziom namagnesowania przekraczający 1,6T, czyli o wiele wyższe chociażby od ziemskiego pola magnetycznego.

W pierwszej kolejności głównymi odbiorcami magnesów są podmioty produkujące urządzenia elektryczne, elektroniczne, pomiarowe, przedsiębiorstwa motoryzacyjne czy też dostarczające różnego rodzaju maszyny dla przemysłu. Zalety magnesów dużej mocy doceniła również branża meblowa, oferująca odzież, szczególnie związana z ubraniami medycznymi, podmioty dystrybuujące zamykania do torebek, portfeli oraz rzecz jasna szeroko pojęta reklama.

Mocne magnesy oparte na neodymie - historia powstania. W okresie kiedy były projektowane coraz to nowe magnesy o dużej mocy oparte o samar, w 1983 roku zostały odkryte bardzo ciekawe właściwości magnetyczne związku neodymu w połączeniu z żelazem i stalą. Amerykańska firma GM rok po odkryciu stworzyła nowy związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, mające skład 15% neodymu, 6% boru oraz ponad 70% żelaza. Proces wytwarzania magnesów neodymowych o dużej mocy wykorzystuje dwie metody. Zakład Sumitomo z Japonii, wchodzący w skład firmy Hitachi, analogicznie jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, stosował metodę spiekania odpowiednio przygotowanego proszku, dzięki czemu uzyskiwano magnes o pełnej gęstości.

W Stanach Zjednoczonych magnesy neodymowe o dużej mocy wytwarzano w zakładach firmy GM metodą bardzo szybkiego obniżania temperatury stopionego proszku izotropowego. Czemu użycie boru, neodymu i żelaza zapewniło dużo większą wydajność? Zastosowanie neodymu znacznie mniej kosztowało, niż w przypadku samaru, a oprócz tego neodym ma znacznie lepsze parametry magnetyczne. Jednak jego temperatura Curie była znacznie niższa, z takich też powodów postanowiono podnieść tę temperaturę do 530°C. Taką wartość uzyskano przez dodanie do puli składników niewielkiej ilości boru. Oprócz tego da się też w szerokim zakresie zmieniać charakterystykę magnetyczną, poprzez wprowadzenie do stopów dodatkowych związków, takich jak gal Ga, miedź Cu, niob Nb i aluminium Al.

Neodymowe magnesy mogą zostać również wyposażone w warstwy ochronne chroniące przed korozją i mające zabezpieczające działanie przed działaniem szkodliwych warunków pogodowych. Realizuje się to przez nałożenie cieniutkiej warstwy miedzianej lub niklowej np. w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, to znaczy mocnych magnesach stosowanych przy przeszukiwaniu dna jezior, rzek oraz mórz. Inżynierowie cały czas opracowują bardziej zaawansowane typy magnesów neodymowych, a dzięki ciągłym badaniom w metalurgii, powstają nowe łączenia metali charakteryzujące się zwiększoną koercją, jak też magnesy posiadające znacznie wyższą temperaturę Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6Tesli.

Pierwsze znane testy oraz badania nad nowoczesnymi materiałami nadającymi się do produkcji magnesów o dużej mocy rozpoczęły się w 1966 roku. Wtedy to właśnie dwóch badaczy G. Hoffer oraz K. Strnat z Air Force Materials Laboratory w Dayton, postanowili rozpocząć szeroki zakres badań nad magnetykami, wykonanymi z metali wchodzących w skład grupy zwanej metalami ziem rzadkich. Na samym początku pierwsze stopy, jakie miały posłużyć do wytwarzania silnych magnesów, opierały się o kobalt, żelazo oraz kilka lantanowców, w skład których wchodzą: neodym Nd, cer Ce, prazeodym Pr, lantan La, itr Y oraz samar Sm. Te mało znane metale wykazują szczególne właściwości, takie jak silne namagnesowywanie, ale problemem była niska temperatura Curie. Obecnie tworzone magnesy neodymowe o dużej sile zawierają poza żelazem też dodatek lekkich lantanowców, co im zapewnia anizotropię magneto-krystaliczną na wysokim poziomie, a poza tym uzupełnia się ten skład o kobalt w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Magnesy neodymowe zostały opracowane około 50 lat temu wykorzystując sproszkowane ziarna samaru wraz z innymi lantanowcami. Został stworzony nieznany dotychczas, magnes o dużej mocy SmCo₅. Proces opierał się na ukierunkowaniu drobinek sproszkowanego stopu przy udziale pola magnetycznego w czasie spiekania. Tworzenie gotowych magnesów odbywało się w temperaturze powyżej 1100°C wraz z końcowym wyżarzaniem w temperaturze o 250°C niższej. Ostatnim etapem produkcji magnesu neodymowego było poddanie materiału namagnesowaniu w wysokim polu magnetycznym 2T. Po zastosowaniu tej technologii temperatura Curie prototypowego magnesu podwyższyła się do 745°C.

Magnesy neodymowe to na dzień dzisiejszy najsilniejsze rodzaje magnesów, jakie udało się do tej pory stworzyć. Pod koniec XX wieku w Trinity College w Dublinie Michaelowi Coeyowi udało się stworzyć wcześniej nieznany materiał magnetyczny mający wzór Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału wykorzystywał syntezę drobnego proszku samaru oraz żelaza, które podczas prasowania w silnym polu magnetycznym wraz z domieszką azotu, osiągnęły temperaturę Curie aż do 470°C oraz poziom namagnesowania 0,9T. Nie osiągnięto tu wprawdzie parametrów magnesów wykonanych z neodymu, jednak wymyślony skład samaru znacząco przewyższał pierwsze z produkowanych magnesów. Końcówka lat dziewięćdziesiątych przyniosła coraz to nowe odkrycia w obszarze silnych magnesów oraz sposobów ich produkowania.
Opracowano materiał i strukturze nano-krystalicznej, zbudowany z malutkich ziaren o rozmiarze mniejszym niż 100 nm. Odkryte w czasie badań ziarna nano-krystaliczne, w odróżnieniu od do struktur monokrystalicznych są od siebie oddzielone przestrzenią o wyższej mocy powierzchniowej i bardziej nierównomiernej strukturze. Dzięki zastosowaniu, podczas wytwarzania stopów pierwiastków z grupy ziem rzadkich w połączeniu z dodatkiem żelaza, cechują się wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Tak dobre właściwości magnetyczne biorą się dodatkowo z jeszcze jednego aspektu, czyli sprzężenia momentów magnetycznych żelaza z neodymem. Daje to doskonałe magnesowanie magnesów neodymowych.