{Magnesy neodymowe|Neodymowe magnesy|Magnesy}

Na dzień dzisiejszy produkuje się magnesy neodymowe przede wszystkim na kontynencie azjatyckim. Podstawowym producentem, a także eksporterem takich produktów stały się Chiny, z uwagi na kontrolę większości światowych złóż pierwiastków ziem rzadkich. W przemysłowej produkcji magnesów o dużej mocy wykorzystuje się głównie dwa rodzaje związków: Nd₂Fe₁₄B i Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesyna bazie neodymu oraz magnesy o strukturze nano krystalicznej, cechujące się nie tylko wysokim namagnesowaniem, ale także wysoką remanencją magnetyczną. Użycie mocnych neodymowych magnesów jest naprawdę szerokie. Głównymi odbiorcami stały się przedsiębiorstwa z branży produkcyjnej, oferujące urządzenia elektroniczne i elektryczne, w szczególności firmy zajmujące się motoryzacją, wykorzystujące wydajne silniki hybrydowe oraz elektryczne. Przy wytwarzaniu silników tego typu wykorzystywane są neodymowe magnesy ze stopu z pierwiastkami zmniejszającymi spadki wydajności magnesów w podwyższonych temperaturach takimi jak na przykład dysproz (Dy) oraz Terb (Tb). Dzięki użyciu tych związków, znacząco poprawiono koercję magnetyczną oraz całościową wydajność magnesów używanych w aparaturze elektrycznej o dużej mocy. W USA od wielu lat realizowane są specjalistyczne badania przez powołany specjalnie do takich celów Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), mający na celu opracowanie nowoczesnych materiałów. W 2011 roku ARPA-E desygnowała blisko 32 miliony dolarów na finansowanie zaawansowanych projektów w programie Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości stworzenia związków mogących zastąpić metale ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych złóż pierwiastków, które znajdują się pod kontrolą Chin.

Wytwarzanie magnesów z neodymu oparte zostało o dwie metody. W Japonii używano metody spiekania proszków, a na terenie Stanów popularność zyskała metoda oparta na szybkim chłodzeniu. W zależności od oczekiwań i potrzeb, magnesy z neodymu można wytwarzać poprzez zastosowanie dodatkowych domieszek, na przykład aluminium, galu albo miedzi. Dzięki takim domieszkom można regulować magnetyczne właściwości magnesu, jego zakres wytrzymałości oraz możliwość pracowania w wysokim zakresie temperatur . Można nawet sprawić, że magnes będzie odporny na atmosferyczne warunki, na przykład wodę, która może spowodować korodowanie żelaza. Natomiast ciągłe doskonalenie metalurgii proszkowej przyczyniło się do otrzymania różnych materiałowych stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na zwiększenie tak zwanej temperatury Curie. Wytwarzany nowoczesną metodą produkcyjną neodymowy magnes, uzyskuje poziom namagnesowania przekraczający 1,6T, czyli o wiele wyższe choćby od pola magnetycznego Ziemi.

Pierwsze udokumentowane testy oraz badania nad nowoczesnymi materiałami które mogłyby się nadawać do produkcji silnych magnesów miały miejsce w 1966 roku. Właśnie w tamtym okresie naukowcy K. Strnat oraz G. Hoffer z Air Force Materials Laboratory w Dayton, zaczęli pracę nad magnetykami, składającymi się z metali należących do grupy zwanej metalami ziem rzadkich. W początkowym okresie badane stopy, które miały posłużyć do stworzenia mocnych magnesów, opierały się na bazie żelaza, kobaltu i lekkich lantanowców, do jakich można zaliczyć: cer Ce, prazeodym Pr, neodym Nd, samar Sm, lantan La i itr Y. Te mało znane metale wykazują nietypowe właściwości, takie jak magnesowanie do dużych wartości, lecz posiadały bardzo niską temperaturę Curie. Dzisiaj produkowane magnesy neodymowe o dużej sile zawierają poza żelazem również domieszkę odpowiednio dobranych lantanowców, co im zapewnia wysoki poziom anizotropii magneto-krystalicznej, a poza tym uzupełnia się ten skład o kilka procent kobaltu w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Pierwsze silne magnesy opracowano w 1970 roku wykorzystując sproszkowane ziarna samaru wraz z innymi pierwiastkami z rodziny lantanowców. Został stworzony nieznany dotychczas, magnes o dużej mocy SmCo₅. Samą produkcję oparto na zjawisku kierunkowania drobinek rozdrobnionego stopu przy udziale pola magnetycznego podczas spiekania. Wypiekanie gotowych magnesów wykonywano w warunkach temperaturowych około 1120^oC wraz z końcowym wyżarzaniem w temperaturze o 250^oC niższej. Ostatnim procesem produkcji mocnego magnesu było poddanie materiału namagnesowaniu przy użyciu pola magnetycznego 2T. Przez taką technologię temperatura Curie nowatorskich magnesów podwyższyła się do 745^oC.

Silne magnesy neodymowe - jak powstały. Podczas gdy naukowcy projektowali kolejne mocne magnesy wykorzystujące samar, w 1983 roku zostały odkryte interesujące magnetyczne cechy związku neodymu z dodatkiem boru i żelaza. Firma General Motors stworzyła w 1984 roku nowy związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, mające skład 6% boru, 15% neodymu i ponad 70% żelaza. Technologia tworzenia silnych magnesów neodymowych opiera się na dwóch metodach. Zakład Sumitomo z Japonii, wchodzący w skład firmy Hitachi, analogicznie jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, wykorzystywał technikę spiekania materiałów w formie proszku, przez co otrzymywano magnesy mające dużą gęstość.

W Stanach Zjednoczonych neodymowe magnesy wytwarzano w firmie General Motors metodą bardzo szybkiego ochładzania upłynnionej mieszaniny proszków. Z jakich powodów wykorzystanie żelaza, neodymu i boru zapewniło dużo większą wydajność? Wykorzystanie neodymu znacznie mniej kosztowało, niż samar, a poza tym neodym posiada lepsze właściwości magnetyczne. Jednak temperatura Curie neodymu była zdecydowanie za niska, z tego też powodu postanowiono podnieść tę temperaturę do 530^oC. Taką wartość dało się uzyskać przez dodatek do puli składników niewielkiej ilości boru. Dodatkowo można również w pewien sposób modyfikować właściwości magnetyczne, poprzez wprowadzenie do magnesu pomocniczych związków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb i glin Al.

Neodymowe magnesy często posiadają także w specjalne powłoki chroniące przed korozją oraz mające zabezpieczające działanie przed szkodliwymi warunkami atmosferycznymi. Jest to realizowane przez nałożenie cienkiej warstwy niklu lub miedzi na przykład w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, to znaczy silnych magnesach używanych do przeszukiwania dna jezior, rzek i mórz. Cały czas są opracowywane nowocześniejsze typy magnesów neodymowych, a dzięki ciągłym badaniom w technologii metalurgicznej proszków, konstruowane są nieznane wcześniej stopy metali o podwyższonej koercji, jak też magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6Tesli.

W pierwszej kolejności głównymi odbiorcami magnesów są firmy produkujące urządzenia elektryczne, elektroniczne, pomiarowe, firmy z branży motoryzacyjnej czy też dostarczające różnego rodzaju maszyny przemysłowe. Możliwości magnetyczne ceni też od dawna branża meblowa, odzieżowa, zwłaszcza związana z odzieżą medyczną, podmioty dystrybuujące zamykania do portfeli i torebek oraz marketing i reklama.

Magnesy na bazie neodymu to dzisiaj najmocniejsze magnesy, jakie udało się do tej pory stworzyć. Blisko 30 lat temu w Trinity College w Dublinie Michaelowi Coeyowi udało się stworzyć wcześniej nieznany materiał magnetyczny mający wzór Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału opierał się o syntezę proszków samaru i żelaza, które poddane sprasowaniu w silnym polu magnetycznym razem z nowym składnikiem – azotem, uzyskały temperaturę Curie w wysokości 470^oC i poziom namagnesowania 0,9T. Nie osiągnięto tu wprawdzie parametrów magnesów wykonanych z neodymu, ale opracowany wtedy materiał przewyższał w znacznym stopniu pierwsze magnesy oparte o ten pierwiastek. Ostatnie lata minionego wieku przyniosły następne pomysły w zakresie mocnych magnesów oraz technologii ich produkowania.
Opracowano nano-krystaliczny materiał magnetyczny, złożony z ziaren o średnicy mniejszej niż 100 nm. Ziarna, które zostały odkryte nano-krystaliczne, w przeciwieństwie do monokryształów są od siebie oddzielone o wiele większymi granicami o wyższej mocy powierzchniowej i bardziej nierównomiernej strukturze wewnętrznej. Poprzez użycie, w czasie spiekania mieszaniny pierwiastków z grupy ziem rzadkich razem z żelazem, charakteryzują się dużą wartością remanencji magnetycznej. Tak dobre magnetyczne właściwości wynikają również z jeszcze jednego aspektu, to znaczy sprzężenia momentów magnetycznych neodymu i żelaza. Umożliwia to doskonałe magnesowanie opisywanych magnesów.