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

Mocne magnesy neodymowe - jak zostały wymyślone. W okresie gdy projektowano kolejne silne magnesy oparte o samar, na początku lat osiemdziesiątych zostały odkryte bardzo ciekawe cechy neodymu w połączeniu z żelazem oraz stalą. Amerykańska firma GM rok po odkryciu stworzyła nowy związek o strukturze chemicznej Nd₂Fe₁₄B, w proporcji ponad 70% żelaza, 15% neodymu, 6% boru. Technologia wytwarzania silnych magnesów neodymowych opiera się na dwóch metodach. Zakład Sumitomo z Japonii, znajdujący się w strukturach Hitachi, tak samo jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, używał metody spiekania sproszkowanych materiałów, przez co otrzymywano magnes o pełnej gęstości.

W Ameryce neodymowe magnesy produkowano w firmie General Motors techniką dynamicznego obniżania temperatury upłynnionej mieszaniny proszków. Z jakiego powodu połączenie neodymu z żelazem i borem okazało się o wiele bardziej wydajne? Zastosowanie neodymu było znacznie tańsze, niż samar, a poza tym neodym posiada lepsze właściwości magnetyczne. Ale temperatura Curie tego pierwiastka była zdecydowanie za niska, dlatego podjęto decyzję o podniesieniu tej temperatury do 530°C. Taki poziom dało się uzyskać przez dodanie do składu magnesu neodymowego boru. Poza tym można też w dowolny sposób modyfikować parametry magnetyczne, przez wprasowanie do magnesu dodatkowych związków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb i aluminium Al.

Magnesy wykonane z neodymu mogą zostać również wyposażone w warstwy ochronne zapobiegające korozji oraz zabezpieczające przed oddziaływaniem niekorzystnych warunków pogodowych. Jest to realizowane poprzez dołożenie warstwy miedzianej lub niklowej na przykład w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, to znaczy magnesach używanych przy przeszukiwaniu dna akwenów wodnych. Opracowywane są również bardziej zaawansowane typy magnesów neodymowych, a dzięki postępowi w technologii metalurgicznej proszków, wymyślane są nowe stopy metali charakteryzujące się zwiększoną koercją, jak również magnesy dysponujące znacznie wyższą temperaturą Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6Tesli.

Magnesy neodymowe to dzisiaj najmocniejsze magnesy, jakie udało się do tej pory stworzyć. W 1990 roku w Trinity College w Dublinie naukowiec Michael Coey wymyślił wcześniej nieznany magnetyczny materiał o bardzo interesującym wzorze Sm₂Fe₁₇N₂. Jego proces wytworzenia był realizowany w syntezie rozdrobionego żelaza i samaru, które sprasowane w mocnym polu magnetycznym razem z domieszką azotu, uzyskały temperaturę Curie w wysokości 470°C i namagnesowanie na poziomie 0,9T. Nie osiągnięto tu wprawdzie parametrów magnesu neodymowego, ale nowo opracowany stop znacząco przewyższał pierwsze magnesy oparte o ten pierwiastek. Końcówka lat dziewięćdziesiątych przyniosła dalsze odkrycia w dziedzinie magnesów o dużej sile oraz sposobów ich produkcji.
Opracowany został stop posiadający nano-krystaliczną strukturę, złożony z malutkich ziaren o rozmiarze mniejszym niż 100 nm. Odkryte w czasie badań ziarna nano-kryształów, w odróżnieniu od do struktury monokrystalicznej oddzielone są od siebie o wiele większymi granicami o wyższym napięciu powierzchniowym oraz mniej uporządkowanej strukturze wewnętrznej. Dzięki zastosowaniu, w czasie spiekania pierwiastków z grupy ziem rzadkich wraz z domieszką żelaza, charakteryzują się dużą wartością remanencji magnetycznej. Świetne właściwości magnetyczne biorą się dodatkowo z jeszcze jednego aspektu, to znaczy sprzężenia momentów magnetycznych żelaza oraz neodymu. Jest dzięki temu możliwe bardzo dobre magnesowanie opisywanych magnesów.

Pierwsze badania laboratoryjne nad materiałami które mogłyby się nadawać do stworzenia silnych magnesów rozpoczęły się ponad 50 lat temu. Wtedy to właśnie G. Hoffer oraz K. Strnat z laboratorium Air Force Materials , zaczęli badania nad nowymi materiałami, zrobionymi z metali należących do grupy zwanej metalami ziem rzadkich. Na początku badań badane stopy, które miały posłużyć do produkcji silnych magnesów, były oparte o żelazo, kobalt i lekkie lantanowce, w skład których wchodzą: cer Ce, prazeodym Pr, neodym Nd, itr Y, samar Sm i lantan La. Lantanowce, które zostały wymienione mają nietypowe zdolności, takie jak magnesowanie do dużych wartości, ale posiadały bardzo niską temperaturę Curie. Wytwarzane dzisiaj silne magnesy neodymowe zawierają prócz żelaza również lekkie lantanowce, co daje strukturze anizotropię magneto-krystaliczną na wysokim poziomie, a poza tym uzupełnia się ten skład o kobalt aby zwiększyć zbyt niską temperaturę Curie. Debiutanckie neodymowe magnesy udało się opracować na początku lat 70-tych wykorzystując samar w formie sproszkowanych ziaren wraz z kilkoma dodatkowymi związkami z grupy lantanowców. Stworzono pierwszy, magnes o dużej mocy SmCo₅. Samą produkcję oparto na ukierunkowaniu ziaren sproszkowanego stopu w polu magnetycznym podczas spiekania. Wypiekanie gotowych magnesów odbywało się w temperaturze powyżej 1100°C przy końcowym wyżarzaniu w temperaturze 850°C. Finalnym etapem produkcji silnego magnesu było magnesowanie całości w wysokim polu magnetycznym 2T. Po zastosowaniu tej technologii temperatura Curie magnesów SmCo5 wyniosła około 745°C.

Na dzień dzisiejszy wytwarza się neodymowe magnesy przede wszystkim na kontynencie azjatyckim. Głównym producentem, a także dostawcą takich produktów są Chiny, z powodu kontrolowania większości pokładów niezbędnych do tego pierwiastków. W przemysłowej produkcji magnesów zastosowanie znalazły głównie dwie grupy związków: Sm₂Fe₁₇N₂ oraz Nd₂Fe₁₄B. Są to magnesyoparte o neodym i magnesy posiadające strukturę nanokrystaliczną, cechujące się nie tylko najwyższym stopniem namagnesowania, lecz również dużą remanencją magnetyczną. Wykorzystanie silnych magnesów neodymowych jest naprawdę wszechstronne. Podstawowymi rodzajami odbiorców stały się firmy z branży produkcyjnej, oferujące urządzenia elektryczne, elektroniczne, w szczególności firmy zajmujące się motoryzacją, stosujące wysoko wydajne silniki elektryczne oraz hybrydowe. Do wytwarzania silników tego typu używa się neodymowych magnesów ze stopów ze związkami redukujący spadki związane z wydajnością magnesów w wysokich temperaturach takimi jak na przykład dysproz (Dy) czy Terb (Tb). Dzięki użyciu tych substancji, poprawiono w znacznym stopniu magnetyczną koercję oraz ogólną wydajność magnesów używanych w aparaturze elektrycznej o większej mocy nominalnej. Na terenie Stanów Zjednoczonych już od wielu lat prowadzone są badania przez powołany do tego celu Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), mający na celu opracowanie alternatywnych materiałów. W 2011 roku ARPA-E przyznała blisko 32 miliony dolarów na wspieranie zaawansowanych projektów w zakresie programu Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości stworzenia związków zastępujących metale ziem rzadkich jako alternatywę dla naturalnych złóż pierwiastków, kontrolowanych przez rząd Chin.

Produkowanie magnesów z neodymu opierało się o dwie technologie. W japońskich firmach stosowano metodę spiekania proszków, a na terenie Stanów popularność zdobyła metoda oparta na szybkim chłodzeniu. W zależności od oczekiwań i potrzeb, magnesy neodymowe można wytwarzać poprzez zastosowanie dodatkowych stopów, na przykład miedzi, aluminium czy galu. Przez takie połączenie da się kontrolować magnetyczne parametry samego magnesu, jego zakres wytrzymałości oraz możliwość pracy w wysokich temperaturach . Da się nawet spowodować, że struktura magnesu będzie odporna na atmosferyczne warunki, w tym wodę, powodującą zmiany korozyjne. Natomiast systematyczne ulepszanie procesów metalurgicznych przyczyniło się do otrzymania różnych materiałowych stopów, które wpłynęły w dużym stopniu na zwiększenie tak zwanej temperatury Curie. Wytwarzany w nowoczesnym procesie produkcji magnes z neodymu, może uzyskać namagnesowanie przekraczające 1,6T, czyli o wiele wyższe chociażby od pola emitowanego przez Ziemię.

Przede wszystkim najważniejszymi odbiorcami silnych magnesów są przedsiębiorstwa sprzedające urządzenia pomiarowe, elektroniczne, elektryczne, podmioty zajmujące się motoryzacją czy dostarczające różnego rodzaju przemysłowe urządzenia. Siłę magnetyczną bardzo również ceni branża meblowa, oferująca odzież, szczególnie związana z odzieżą medyczną, firmy wytwarzające zamykania do torebek, portfeli oraz rzecz jasna branża reklamowa.