zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

Przede wszystkim podstawowymi odbiorcami mocnych magnesów są podmioty produkujące urządzenia pomiarowe, elektroniczne, elektryczne, firmy z branży motoryzacyjnej oraz dostarczające różnego rodzaju maszyny dla przemysłu. Zalety magnesów dużej mocy bardzo również ceni branża meblarska, oferująca odzież, zwłaszcza związana z ubraniami medycznymi, firmy wytwarzające zamykania do torebek, portfeli oraz reklama i marketing.

Pierwsze udokumentowane badania laboratoryjne nad stopami nadającymi się do produkcji magnesów o dużej mocy rozpoczęły się ponad 50 lat temu. W tym czasie naukowcy K. Strnat oraz G. Hoffer z laboratorium Air Force Materials , zaczęli badania nad materiałami magnetycznymi, wykonanymi z metali wchodzących w skład tak zwanej grupy metali ziem rzadkich. Na samym początku testowane materiały, które chciano użyć do stworzenia mocnych magnesów, opierały się o żelazo, kobalt i lekkie lantanowce, w skład których wchodzą: neodym Nd, cer Ce, prazeodym Pr, samar Sm, lantan La oraz itr Y. Lantanowce, które zostały wymienione wykazywały nietypowe właściwości, takie jak magnesowanie do dużych wartości, jednak problemem była niska temperatura Curie. Obecnie tworzone silne magnesy neodymowe mają w składzie obok żelaza również dodatek lekkich lantanowców, co im zapewnia anizotropię magneto-krystaliczną na wysokim poziomie, a dodatkowo uzupełnia się ten skład o kilka procent kobaltu w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Pierwsze silne magnesy opracowano na początku lat 70-tych ze sproszkowanych ziaren samaru wraz z kilkoma dodatkowymi lantanowcami. Wymyślony został pierwszy na świecie, silny magnes typu SmCo₅. Proces opierał się na zjawisku kierunkowania ziaren rozdrobnionego stopu w polu magnetycznym w czasie spiekania. Tworzenie wyprasek było realizowane w wysokiej temperaturze około 1120°C przy końcowym wyżarzaniu w temperaturze o 250°C niższej. Ostatnim z procesów produkcji silnego magnesu było namagnesowanie materiału przy użyciu pola magnetycznego 2T. Po zastosowaniu tej technologii temperatura Curie prototypowego magnesu podwyższyła się do 745°C.

Obecnie na świecie magnesy neodymowe są wytwarzane przede wszystkim w Azji. Największym wytwórcą i dostawcą takich wyrobów zostały Chiny, z uwagi na kontrolę większości pokładów niezbędnych do tego pierwiastków. Do wytwarzania przemysłowego silnych magnesów wykorzystuje się przede wszystkim dwa związki: Sm₂Fe₁₇N₂ oraz Nd₂Fe₁₄B. Są to magnesyna bazie neodymu oraz magnesy posiadające strukturę nanokrystaliczną, charakteryzujące się nie tylko wysokim namagnesowaniem, lecz również wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Wykorzystanie mocnych neodymowych magnesów jest naprawdę szerokie. Głównymi rodzajami odbiorców zostały firmy zajmujące się produkcją, wytwarzające sprzęt elektroniczny oraz elektryczny, w szczególności firmy motoryzacyjne, stosujące wysoko wydajne hybrydowe i elektryczne silniki. Do wytwarzania silników tego typu stosuje się magnesy neodymowe ze stopów z pierwiastkami zmniejszającymi spadki wydajności magnesów w wysokich temperaturach na przykład takimi jak Terb (Tb) czy dysproz (Dy) . Dzięki zastosowaniu tych substancji, znacząco zwiększono magnetyczną koercję oraz wydajność całkowitą magnesów używanych w aparaturze elektrycznej o wysokiej mocy nominalnej. Na terenie Stanów Zjednoczonych od dawna prowadzi się specjalistyczne badania przez powołany specjalnie do takich celów Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), który ma zadanie opracowywać alternatywnych materiałów oraz stopów. W 2011 roku ARPA-E desygnowała 31,6 mln dolarów na rozwijanie projektów i badań w zakresie programu Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości opracowania związków mogących zastąpić metale ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych złóż pierwiastków, kontrolowanych przez rząd Chin.

Wytwarzanie magnesów neodymowych oparte zostało o dwie technologie. W japońskich firmach używano metody spiekania proszków, a w USA popularność zyskała technika szybkiego chłodzenia. W zależności od wymagań, magnesy neodymowe można wytwarzać poprzez zastosowanie innych domieszek, na przykład galu, miedzi czy aluminium. Przez takie połączenie da się kontrolować parametry magnetyczne samego magnesu, jego poziom wytrzymałości, a także możliwość pracy w wysokich temperaturach . Można nawet sprawić, że magnes będzie odporny na działanie na szkodliwe warunki atmosferyczne, na przykład wodę, która może spowodować zmiany korozyjne. Natomiast ciągłe dopracowywanie metalurgii proszkowej przyczyniło się do otrzymania rozmaitych materiałowych stopów, które wpłynęły znacząco na podwyższenie temperatury Curie. Wytwarzany w nowoczesnym procesie produkcji 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 projektowano coraz to nowe magnesy o dużej mocy oparte o samar, w 1983 roku odkryto interesujące cechy związku neodymu z dodatkiem boru i żelaza. Firma General Motors rok po odkryciu stworzyła nowy związek o strukturze chemicznej Nd₂Fe₁₄B, mające skład 6% boru, 15% neodymu oraz ponad 70% żelaza. Proces produkowania silnych magnesów neodymowych wykorzystuje dwie metody. W Japonii zakład Sumitomo, wchodzący w skład firmy Hitachi, tak samo jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, wykorzystywał technikę spiekania materiałów w formie proszku, dzięki czemu uzyskiwano magnesy mające dużą gęstość.

W Stanach Zjednoczonych neodymowe magnesy wytwarzano w zakładach firmy GM metodą dynamicznego obniżania temperatury stopionego proszku izotropowego. Z jakich powodów połączenie neodymu z żelazem oraz borem dało znacznie lepsze rezultaty? Użycie neodymu znacznie mniej kosztowało, niż w przypadku samaru, a oprócz tego neodym ma znacznie lepsze parametry magnetyczne. Niestety temperatura Curie neodymu była znacznie niższa, z tego też powodu postanowiono podnieść tę temperaturę do 530°C. Taki poziom uzyskano przez dodatek do puli składników boru. Dodatkowo można również w szerokim zakresie modyfikować właściwości magnetyczne, poprzez wprowadzenie do stopów pomocniczych pierwiastków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb i glin Al.

Neodymowe magnesy często posiadają także w specjalne powłoki chroniące przed korozją i mające zabezpieczające działanie przed oddziaływaniem niekorzystnych warunków pogodowych. Realizuje się to przez dodanie cienkiej warstwy niklu lub miedzi na przykład w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, czyli magnesach używanych do sprawdzania dna akwenów wodnych. Inżynierowie cały czas opracowują nowocześniejsze magnesy neodymowe, a przez ciągły postęp w metalurgii, wymyślane są nieznane wcześniej łączenia metali o podwyższonej koercji, jak też magnesy dysponujące znacznie wyższą temperaturą Curie i możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6T.

Magnesy na bazie neodymu to obecnie najpotężniejsze magnesy, jakie udało się do tej pory stworzyć. Pod koniec XX wieku w Trinity College w Dublinie naukowiec Michael Coey wymyślił nieznany do tej pory materiał magnetyczny mający wzór Sm₂Fe₁₇N₂. Jego proces wytworzenia był realizowany w syntezie drobnego proszku samaru oraz żelaza, które podczas prasowania w silnym polu magnetycznym razem z domieszką azotu, osiągnęły temperaturę Curie aż do 470°C i namagnesowanie w okolicach 0,9T. Nie osiągnięto tu wprawdzie parametrów magnesów wykonanych z neodymu, lecz opracowany wtedy materiał przewyższał w znacznym stopniu pierwsze z produkowanych magnesów. Ostatnie lata minionego wieku przyniosły kolejne pomysły w obszarze mocnych magnesów oraz technologii ich produkcji.
Opracowano stop posiadający nano-krystaliczną strukturę, składający się z ziaren o rozmiarze mniejszym niż 100 nm. Ziarna, które zostały odkryte nano-krystaliczne, w przeciwieństwie do struktury monokrystalicznej oddzielone są od siebie przestrzenią o dużo większej mocy powierzchniowej oraz bardziej nierównomiernej budowie. Poprzez zastosowanie, podczas produkcji mieszaniny pierwiastków z grupy ziem rzadkich razem z dodatkiem żelaza, cechują się remanencją magnetyczną na wysokim poziomie. Takie doskonałe parametry magnetyczne wynikają również z jednego ważnego czynnika, czyli połączenia magnetycznych momentów żelaza z neodymem. Umożliwia to świetne namagnesowanie neodymowych magnesów.