zabawki konstrukcyjne Xlink 1024

Badania nad wynalezieniem silnych magnesów neodymowych.

Pierwsze udokumentowane testy oraz badania nad stopami które mogłyby się nadawać do stworzenia magnesów o dużej mocy miały swój początek ponad 50 lat temu. Właśnie w tamtym okresie G. Hoffer i K. Strnat z Air Force Materials Laboratory w Dayton, zaczęli pracę nad magnetykami, wykonanymi z metali wchodzących w skład grupy metali ziem rzadkich. Na początku badań badane stopy metali, jakie miały posłużyć do stworzenia mocnych magnesów, były oparte o kobalt, żelazo oraz kilka lantanowców, do których zaliczamy: prazeodym Pr, neodym Nd, cer Ce, itr Y, samar Sm i lantan La. Te mało znane metale mają szczególne cechy, takie jak magnesowanie do dużych wartości, jednak ich temperatura Crie była bardzo niska. Dzisiaj produkowane mocne neodymowe magnesy w swoim składzie posiadają poza żelazem również dodatek lekkich lantanowców, co im zapewnia dużą anizotropię magnetokrystaliczną, a poza tym uzupełnia się ten skład o kilka procent kobaltu w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Pierwsze silne magnesy zostały opracowane około 50 lat temu wykorzystując sproszkowane ziarna samaru wraz z kilkoma dodatkowymi lantanowcami. Stworzono pierwszy, magnes o dużej mocy SmCo₅. Proces opierał się na zjawisku kierunkowania kryształów stopu w formie proszku w polu magnetycznym w czasie spiekania. Wypiekanie wyprasek było realizowane w warunkach temperaturowych około 1120^oC wraz z końcowym wyżarzaniem w temperaturze o 250^oC niższej. Ostatecznym procesem produkowania silnego magnesu było magnesowanie całości przy użyciu pola magnetycznego 2T. Dzięki temu procesowi temperatura Curie nowatorskich magnesów wyniosła około 745^oC.do góry

Produkowanie magnesów o dużej mocy i zastosowanie ich w przemyśle.

Na dzień dzisiejszy produkuje się magnesy neodymowe przede wszystkim w Azji. Podstawowym producentem i dystrybutorem gotowych produktów zostały Chiny, z powodu kontrolowania większości globalnych zasobów pierwiastków ziem rzadkich. Do wytwarzania przemysłowego silnych magnesów stosuje się głównie dwa rodzaje związków: Nd₂Fe₁₄B oraz Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesyoparte o neodym oraz magnesy nano krystaliczne, charakteryzujące się nie tylko wysokim namagnesowaniem, lecz również wysoką remanencją magnetyczną. Zastosowanie silnych magnesów neodymowych jest naprawdę wszechstronne. Najważniejszymi odbiorcami stały się podmioty z branży produkcyjnej, oferujące urządzenia elektroniczne i elektryczne, zwłaszcza firmy zajmujące się motoryzacją, wykorzystujące wydajne silniki hybrydowe oraz elektryczne. Do produkcji takich używa się neodymowych magnesów ze stopu z pierwiastkami ograniczającymi spadek wydajności magnesów w wysokich temperaturach takimi, jak Terb (Tb) oraz dysproz (Dy). Dzięki użyciu tych pierwiastków, znacząco poprawiono koercję magnetyczną i wydajność całkowitą silnych magnesów stosowanych w aparaturze elektrycznej o wysokiej mocy nominalnej. W Stanach Zjednoczonych już od wielu lat realizowane są naukowe badania przez specjalnie do tego celu powołany Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), mający na celu opracowanie nowoczesnych stopów i materiałów. W 2011 roku ARPA-E przyznała prawie 32 miliony dolarów na rozwijanie badań i projektów w zakresie programu Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości opracowania substytutów metali ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych złóż pierwiastków, kontrolowanych przez rząd Chin.

Produkowanie magnesów z neodymu opierało się na dwóch metodach. W japońskich firmach stosowana jest technika spiekania proszków, a w Stanach Zjednoczonych popularność zdobyła technika opierająca się o szybkie chłodzenie. Zależnie od potrzeb i oczekiwań, neodymowe magnesy można wytwarzać poprzez zastosowanie dodatkowych domieszek, na przykład miedzi, aluminium czy galu. Przez takie połączenie da się w znacznym stopniu kontrolować parametry magnetyczne magnesu, jego poziom wytrzymałości oraz możliwość pracowania w wysokim zakresie temperatur . Da się nawet sprawić, że struktura magnesu będzie odporna na niekorzystne atmosferyczne warunki, na przykład wodę, która powoduje korozję. Za to systematyczne poprawianie procesów metalurgicznych przyczyniło się do otrzymania rozmaitych materiałowych stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na podniesienie temperatury Curie. Wykonany w nowoczesny sposób neodymowy magnes, może osiągnąć namagnesowanie na poziomie 1,6T, czyli o wiele wyższe na przykład od pola emitowanego przez Ziemię.do góry

Magnesy nano-krystaliczne - magnesy, które określiły najbliższą przyszłość współczesnego magnetyzmu.

Magnesy na bazie neodymu to dziś najpotężniejsze rodzaje magnesów, jakie zostały dotychczas opracowane. Pod koniec XX wieku w Trinity College w Dublinie Michae Coey opracował zupełnie nowy materiał magnetyczny o strukturze chemicznej Sm₂Fe₁₇N₂. Proces jego produkcji opierał się o syntezę proszków samaru i żelaza, które sprasowane w silnym polu magnetycznym razem z domieszką azotu, uzyskały zakres temperatury Curie wynoszący 470^oC oraz namagnesowanie na poziomie 0,9T. Nie są to wyniki zbliżone do poziomu magnesów wykonanych z neodymu, jednak opracowany wtedy materiał faktycznie sporo przewyższał pierwsze z produkowanych magnesów. Końcówka lat dziewięćdziesiątych przyniosła coraz to nowe odkrycia w zakresie magnesów o dużej sile oraz sposobów ich wytwarzania.
Opracowano stop posiadający nano-krystaliczną strukturę, składający się z mikroskopijnych ziaren o wielkości mniejszej niż 100 nm. Ziarna, które zostały odkryte nano-krystaliczne, w przeciwieństwie do monokryształów są od siebie oddzielone przestrzenią o wyższym napięciu powierzchniowym i bardziej nierównomiernej budowie. Dzięki wykorzystaniu, podczas produkcji pierwiastków z rodziny ziem rzadkich wraz z żelazem, cechują się wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Świetne magnetyczne właściwości biorą się też z jeszcze jednego aspektu, to znaczy sprzężenia momentów magnetycznych neodymu i żelaza. Pozwala to na bardzo dobre magnesowanie przedstawianych magnesów.do góry

Nowoczesne magnesy neodymowe - jak zostały wymyślone?

Nowoczesne magnesy neodymowe - historia powstania. W okresie kiedy naukowcy projektowali kolejne mocne magnesy wykorzystujące samar, na początku lat osiemdziesiątych zostały odkryte nieznane dotychczas właściwości magnetyczne neodymu w połączeniu z żelazem i borem. Firma General Motors stworzyła w 1984 roku związek o strukturze chemicznej Nd₂Fe₁₄B, w proporcji 15% neodymu, 6% boru i ponad 70% żelaza. Proces produkowania magnesów neodymowych o dużej mocy wykorzystuje dwie metody. Japoński zakład Sumitomo, będący w grupie Hitachi, analogicznie jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, używał metody spiekania materiałów w formie proszku, przez co otrzymywano magnes o pełnej gęstości.

W Stanach Zjednoczonych magnesy neodymowe o dużej mocy były tworzone w firmie General Motors metodą szybkiego ochładzania stopionego proszku izotropowego. Dlaczego połączenie neodymu z żelazem i borem dało znacznie lepsze rezultaty? Użycie neodymu znacznie mniej kosztowało, niż samar, a dodatkowo neodym charakteryzuje się znacznie lepszymi parametrami magnetycznymi. Ale temperatura Curie neodymu nie była na odpowiednim poziomi, z tego też powodu podjęto decyzję o podniesieniu tej temperatury do 530^oC. Taką wartość otrzymano dzięki dodaniu do składu magnesu neodymowego domieszki boru. Oprócz tego da się też w pewien sposób korygować parametry magnetyczne, dzięki wprasowaniu do stopów dodatkowych pierwiastków, takich jak gal Ga, miedź Cu, niob Nb i glin Al.

Neodymowe magnesy często posiadają także w warstwy ochronne zapobiegające korozji oraz mające zabezpieczające działanie przed działaniem szkodliwych warunków pogodowych. Jest to realizowane przez dodanie warstwy niklu lub miedzi na przykład w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, to znaczy mocnych magnesach używanych do przeszukiwania dna akwenów wodnych. Inżynierowie cały czas opracowują nowocześniejsze rodzaje magnesów, a dzięki ciągłym badaniom w metalurgii, powstają coraz to nowe łączenia metali charakteryzujące się zwiększoną koercją, jak również magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6T.do góry

W jakich branżach wykorzystuje się silne neodymowe magnesy?

W pierwszej kolejności głównymi odbiorcami mocnych magnesów są podmioty produkujące urządzenia pomiarowe, elektroniczne, elektryczne, przedsiębiorstwa motoryzacyjne oraz produkujące rozmaite maszyny przemysłowe. Siłę magnetyczną bardzo również ceni branża meblarska, oferująca odzież, zwłaszcza związana z ubraniami medycznymi, podmioty oferujące zamykania do portfeli i torebek oraz szeroko pojęta reklama.do góry