{Magnesy neodymowe|Neodymowe magnesy|Silne magnesy neodymowe|Mocne magnesy neodymowe}

Silne magnesy neodymowe - historia powstania. W czasie gdy projektowano kolejne magnesy o dużej mocy oparte o samar, w 1983 roku zostały odkryte interesujące cechy związku neodymu w połączeniu z żelazem i borem. Amerykańska firma GM stworzyła w 1984 roku nowy związek o strukturze chemicznej Nd₂Fe₁₄B, mające skład 15% neodymu, 6% boru i ponad 70% żelaza. Przemysłowy proces wytwarzania silnych magnesów neodymowych polega na dwóch metodach. Zakład Sumitomo z Japonii, będący w grupie Hitachi, tak samo jak przy magnesach smarowych, używał metody spiekania odpowiednio przygotowanego proszku, dzięki czemu uzyskiwano magnes o pełnej gęstości.

W USA magnesy neodymowe o dużej mocy wytwarzano w zakładach firmy GM metodą bardzo szybkiego schładzania stopionego proszku izotropowego. Dlaczego użycie boru, neodymu i żelaza zapewniło dużo większą wydajność? Zastosowanie neodymu było znacznie tańsze, niż samar, a poza tym neodym posiada lepsze właściwości magnetyczne. Ale temperatura Curie neodymu była zdecydowanie za niska, z tego też powodu zdecydowano się na podwyższenie tejże temperatury do 530^oC. Taką wartość dało się uzyskać przez dodanie do puli składników niewielkiej ilości boru. Dodatkowo można też w szerokim zakresie modyfikować parametry magnetyczne, dzięki wprasowaniu do stopów innych pierwiastków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb oraz aluminium Al.

Magnesy wykonane z neodymu wyposażane są też w specjalne powłoki ochraniające przed rdzewieniem oraz zabezpieczające przed szkodliwymi warunkami atmosferycznymi. Realizuje się to poprzez dołożenie cieniutkiej warstwy miedzi albo niklu na przykład w uchwytach magnetycznych do poszukiwań, to znaczy magnesach stosowanych do sprawdzania dna akwenów wodnych. Opracowywane są również nowocześniejsze typy magnesów neodymowych, a dzięki ciągłym badaniom w technologii metalurgicznej proszków, powstają nowe stopy metali cechujące się zwiększoną koercją, jak również magnesy posiadające znacznie wyższą temperaturę Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6Tesli.

Magnesy neodymowe to obecnie najmocniejsze rodzaje magnesów, jakie zostały dotychczas opracowane. Blisko 30 lat temu w Trinity College w Dublinie Michaelowi Coeyowi udało się stworzyć nieznany do tej pory magnetyczny stop mający wzór Sm₂Fe₁₇N₂. Proces jego produkcji był realizowany w syntezie drobnego proszku samaru i żelaza, które sprasowane w polu magnetycznym o dużej mocy wraz z domieszką azotu, uzyskały temperaturę Curie aż do 470^oC oraz poziom namagnesowania 0,9T. Nie jest to wynik zbliżony do poziomu magnesu neodymowego, lecz wymyślony skład samaru przewyższał w znacznym stopniu pierwsze magnesy oparte o ten pierwiastek. Ostatnie lata minionego wieku przyniosły kolejne pomysły w dziedzinie silnych magnesów oraz sposobów ich wytwarzania.
Opracowany został materiał i strukturze nano-krystalicznej, składający się z ziaren o wielkości mniejszej niż 100 nm. Nowo odkryte ziarna nano-kryształów, w przeciwieństwie do monokryształów są od siebie oddzielone o wiele większymi granicami o dużo większej mocy powierzchniowej oraz nieuporządkowanej strukturze wewnętrznej. Poprzez zastosowanie, w czasie produkowania stopów pierwiastków z rodziny ziem rzadkich w połączeniu z żelazem, charakteryzują się wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Świetne właściwości magnetyczne biorą się też z jednej ważnej rzeczy, to znaczy połączenia magnetycznych momentów neodymu i żelaza. Jest dzięki temu możliwe bardzo dobre namagnesowanie opisywanych magnesów.

Przede wszystkim głównymi odbiorcami mocnych magnesów są przedsiębiorstwa produkujące urządzenia elektryczne, elektroniczne, pomiarowe, podmioty zajmujące się motoryzacją oraz produkujące najróżniejsze maszyny przemysłowe. Możliwości magnetyczne doceniła również branża meblarska, odzieżowa, zwłaszcza związana z odzieżą medyczną, podmioty dystrybuujące zapięcia do portfeli i torebek oraz branża reklamowa.

Aktualnie produkuje się magnesy neodymowe przede wszystkim w Azji. Największym producentem, a także eksporterem gotowych wyrobów zostały Chiny, z uwagi na posiadanie większości globalnych zasobów pierwiastków ziem rzadkich. Do wytwarzania przemysłowego magnesów wykorzystuje się głównie dwa rodzaje związków: Nd₂Fe₁₄B oraz Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesyna bazie neodymu oraz magnesy nano krystaliczne, cechujące się nie tylko dużym stopniem namagnesowania, lecz także wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Wykorzystanie silnych magnesów neodymowych jest naprawdę szerokie. Ważnymi odbiorcami są przedsiębiorstwa produkcyjne, wytwarzające urządzenia elektryczne, elektroniczne, w szczególności firmy motoryzacyjne, stosujące wydajne elektryczne i hybrydowe silniki. Przy wytwarzaniu takich stosuje się magnesy neodymowe ze stopów z pierwiastkami zmniejszającymi spadki wydajności magnesów w wysokich temperaturach takimi jak na przykład Terb (Tb) czy dysproz (Dy) . Dzięki użyciu tych substancji, poprawiono w znacznym stopniu magnetyczną koercję, a także ogólną wydajność silnych magnesów stosowanych w urządzeniach elektrycznych o wysokiej mocy nominalnej. W Stanach Zjednoczonych już od wielu lat prowadzi się naukowe badania przez specjalnie do tego celu powołany Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), mający na celu opracowanie nowoczesnych stopów. Kilka lat temu ARPA-E przyznała prawie 32 miliony dolarów na wsparcie zaawansowanych projektów w ramach programu Rare-Earth Substitute, czyli możliwości opracowania związków mogących zastąpić metale ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych złóż pierwiastków, występujących na terenie Azji.

Produkowanie magnesów neodymowych jest oparte na dwóch metodach. W japońskich firmach używana jest metoda spiekania mieszanin proszków, a w Stanach Zjednoczonych popularność zyskała technika szybkiego chłodzenia. Zależnie od oczekiwań, neodymowe magnesy wytwarza się poprzez zastosowanie dodatkowych domieszek, między innymi aluminium, galu albo miedzi. Dzięki takim połączeniom da się w znacznym stopniu kontrolować magnetyczne właściwości samego magnesu, jego wytrzymałość oraz odporność na wysokie temperatury . Można nawet sprawić, że magnes wykaże dużą odporność na niekorzystne atmosferyczne warunki, na przykład wodę, która powoduje zmiany korozyjne. Za to ciągłe doskonalenie metalurgii proszków przyczyniło się do otrzymania różnego rodzaju stopów, które wpłynęły w dużym stopniu na zwiększenie temperatury Curie. Stworzony nowoczesną metodą produkcyjną neodymowy magnes, uzyskuje namagnesowanie przekraczające 1,6T, czyli znacznie większe na przykład od pola emitowanego przez Ziemię.

Pierwsze udokumentowane badania laboratoryjne nad stopami nadającymi się do stworzenia silnych magnesów miały miejsce w 1966 roku. W tym czasie naukowcy K. Strnat oraz G. Hoffer z Air Force Materials Laboratory w Dayton, postanowili rozpocząć pracę nad materiałami magnetycznymi, składającymi się z metali należących do tak zwanej grupy metali ziem rzadkich. Na początku badań badane stopy metali, jakie zamierzano wykorzystać do stworzenia silnych magnesów, były tworzone o żelazo, kobalt i lekkie lantanowce, do jakich można zaliczyć: prazeodym Pr, neodym Nd, cer Ce, samar Sm, lantan La i itr Y. Lantanowce, które zostały wymienione mają charakterystyczne cechy, takie jak możliwość silnego namagnesowania, lecz ich temperatura Crie była bardzo niska. Obecnie tworzone magnesy neodymowe o dużej sile w swoim składzie posiadają prócz żelaza też dodatek lekkich lantanowców, co daje strukturze dużą anizotropię magneto-krystaliczną, a oprócz tego dokłada się do nich niewielką ilość kobaltu aby zwiększyć zbyt niską temperaturę Curie. Pierwsze silne magnesy opracowano w 1970 roku ze sproszkowanych ziaren samaru wraz z kilkoma dodatkowymi związkami z grupy lantanowców. Został stworzony nieznany dotychczas, silny magnes typu SmCo₅. Proces opierał się na ukierunkowaniu drobinek stopu w formie proszku przy udziale pola magnetycznego podczas spiekania. Tworzenie wyprasek odbywało się w wysokiej temperaturze około 1120^oC wraz z ostatecznym wyżarzanie w temperaturze o 250^oC niższej. Ostatnim z etapów produkowania magnesu neodymowego było magnesowanie całości w polu magnetycznym 2T. Dzięki temu procesowi temperatura Curie nowatorskich magnesów została podniesiona do 745^oC.