{Magnesy neodymowe|Neodymowe magnesy|Magnesy}

Gdzie znalazły zastosowanie magnesy o dużej mocy?

Przede wszystkim głównymi odbiorcami magnesów są firmy produkujące sprzęt pomiarowy, elektroniczny, elektryczny, firmy z branży motoryzacyjnej czy też wytwarzające różnego rodzaju przemysłowe urządzenia. Siłę magnetyczną bardzo również ceni branża meblowa, oferująca odzież, zwłaszcza związana z ubraniami medycznymi, firmy wytwarzające zatrzaski do galanterii, a także szeroko pojęta reklama.do góry

Wytwarzanie magnesów neodymowych i zastosowanie ich w przemyśle.

Obecnie na świecie neodymowe magnesy są produkowane głównie w Azji. Głównym wytwórcą i eksporterem gotowych produktów są Chiny, z uwagi na posiadanie większości światowych złóż pierwiastków ziem rzadkich. W przemysłowej produkcji magnesów wykorzystuje się przede wszystkim dwa związki: Nd₂Fe₁₄B oraz Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesy oparte o neodym i magnesy posiadające strukturę nanokrystaliczną, charakteryzujące się nie tylko dużym stopniem namagnesowania, lecz także dużą remanencją magnetyczną. Użycie mocnych neodymowych magnesów jest bardzo szerokie. Podstawowymi odbiorcami są przedsiębiorstwa z branży produkcyjnej, tworzące urządzenia elektroniczne i elektryczne, zwłaszcza firmy motoryzacyjne, wykorzystujące wysoko wydajne silniki elektryczne i hybrydowe. Do produkcji takich silników używa się neodymowych magnesów z mieszaniny z pierwiastkami redukujący spadki związane z wydajnością magnesów przy wysokiej temperaturze takimi jak na przykład Terb (Tb) oraz dysproz (Dy). Dzięki użyciu powyższych związków, poprawiono w znacznym stopniu magnetyczną koercję, a także ogólną wydajność magnesów wykorzystywanych w sprzęcie elektrycznym o dużej mocy. Na terenie Stanów Zjednoczonych już od dawna realizowane są badania przez powołany do tego celu Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), który ma zadanie opracowywać alternatywnych stopów i materiałów. Kilka lat temu zostało przyznane 31,6 mln dolarów na wspieranie zaawansowanych projektów w zakresie programu Rare-Earth Substitute, czyli możliwości stworzenia substytutów metali ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych złóż pierwiastków, występujących na terenie Azji.

Wytwarzanie magnesów na bazie neodymu opiera się na dwóch technologiach. W Japonii stosowana jest technika spiekania proszków, a w USA popularność zdobyła metoda opierająca się o szybkie chłodzenie. Zależnie od potrzeb, neodymowe magnesy można również wytwarzać przy użyciu innych domieszek, między innymi galu, miedzi czy aluminium. Dzięki takim połączeniom da się w znacznym stopniu kontrolować magnetyczne właściwości samego magnesu, jego zakres wytrzymałości, a także odporność na wysokie temperatury . Da się nawet spowodować, że struktura magnesu będzie odporna na atmosferyczne warunki, w tym wodę, która może spowodować korodowanie żelaza. Natomiast systematyczne ulepszanie metalurgii proszkowej przyczyniło się do opracowania różnych materiałowych stopów, które wpłynęły w dużym stopniu na podwyższenie tak zwanej temperatury Curie. Wykonany nowoczesną metodą produkcyjną neodymowy magnes, osiąga poziom namagnesowania przekraczający 1,6T, czyli o wiele wyższe na przykład od pola magnetycznego Ziemi.do góry

Jak zostały wymyślone magnesy o dużej sile?

Pierwsze testy oraz badania nad nowoczesnymi materiałami nadającymi się do wytwarzania 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 materiałami magnetycznymi, składającymi się z metali należących do tak zwanej grupy metali ziem rzadkich. W początkowym okresie badane stopy metali, które zamierzano wykorzystać do produkcji mocnych magnesów, były oparte o kobalt, żelazo oraz kilka lantanowców, do których zaliczamy: neodym Nd, cer Ce, prazeodym Pr, itr Y, samar Sm i lantan La. Wymienione powyżej lantanowce wykazywały nietypowe zdolności, takie jak silne namagnesowywanie, lecz problemem była niska temperatura Curie. Dzisiaj produkowane mocne neodymowe magnesy mają w składzie obok żelaza też domieszkę odpowiednio dobranych lantanowców, zapewniając im anizotropię magnetokrystaliczną na wysokim poziomie, a oprócz tego uzupełnia się ten skład o kobalt w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Magnesy neodymowe zostały opracowane około 50 lat temu wykorzystując samar w formie sproszkowanych ziaren wraz z innymi lantanowcami. Został stworzony pierwszy, silny magnes typu SmCo₅. Samą produkcję oparto na ukierunkowaniu kryształów stopu w formie proszku przy udziale pola magnetycznego w czasie spiekania. Wypiekanie wyprasek odbywało się w temperaturze powyżej 1100^oC przy końcowym wyżarzaniu w temperaturze 850^oC. Ostatecznym procesem produkowania mocnego magnesu było magnesowanie całości przy użyciu pola magnetycznego 2T. Po zastosowaniu tej technologii temperatura Curie nowatorskich magnesów wyniosła około 745^oC.do góry

Nano-krystaliczne magnesy - magnesy, które są przyszłością współczesnego magnetyzmu.

Magnesy neodymowe to na dzień dzisiejszy najpotężniejsze magnesy, jakie do tej pory stworzono. Blisko 30 lat temu w dublińskim instytucie Trinity College naukowiec Michael Coey wymyślił nieznany dotychczas magnetyczny stop o strukturze chemicznej Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału opierał się o syntezę drobnego proszku samaru i żelaza, które sprasowane w mocnym polu magnetycznym razem z domieszką azotu, osiągnęły temperaturę Curie w wysokości 470^oC oraz namagnesowanie na poziomie 0,9T. Nie jest to wynik zbliżony do poziomu neodymowych magnesów, ale opracowany wtedy stop przewyższał w znacznym stopniu pierwsze z produkowanych magnesów. Koniec XX wieku przyniósł następne odkrycia w dziedzinie magnesów o dużej sile oraz technik ich wytwarzania.
Opracowano nano-krystaliczny materiał magnetyczny, złożony z mikroskopijnych ziaren o średnicy mniejszej niż 100 nm. Nowo odkryte ziarna nano-kryształów, w odróżnieniu od do monokryształów są od siebie oddzielone przestrzenią o dużo większej mocy powierzchniowej oraz bardziej nierównomiernej strukturze wewnętrznej. Poprzez użycie, podczas produkowania pierwiastków z rodziny ziem rzadkich wraz z domieszką żelaza, cechują się remanencją magnetyczną na wysokim poziomie. Tak dobre magnetyczne właściwości biorą się też z jeszcze jednego aspektu, czyli połączenia magnetycznych momentów neodymu z żelazem. Pozwala to na bardzo dobre namagnesowanie opisywanych magnesów.do góry

Mocne magnesy neodymowe - jak powstały?

Nowoczesne magnesy oparte na neodymie - jak zostały wymyślone. W czasie gdy naukowcy projektowali kolejne mocne magnesy na bazie samaru, w 1983 roku zostały odkryte bardzo ciekawe magnetyczne cechy związku neodymu w połączeniu z żelazem i stalą. Amerykańska firma GM rok po odkryciu stworzyła związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, w proporcji 15% neodymu, 6% boru i ponad 70% żelaza. Technologia wytwarzania magnesów neodymowych o dużej mocy opiera się na dwóch metodach. Japoński zakład Sumitomo, znajdujący się w strukturach Hitachi, podobnie jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, używał metody spiekania odpowiednio przygotowanego proszku, co pozwalało uzyskać magnes o pełnej gęstości.

W Stanach Zjednoczonych magnesy neodymowe o dużej mocy wytwarzano w zakładach firmy GM metodą bardzo szybkiego schładzania upłynnionej mieszaniny proszków. Z jakiego powodu użycie boru, neodymu i żelaza zapewniło dużo większą wydajność? Zastosowanie neodymu znacznie mniej kosztowało, niż związków samaru, a poza tym neodym posiada lepsze właściwości magnetyczne. Ale temperatura Curie neodymu była znacznie niższa, dlatego podjęto decyzję o podniesieniu tej temperatury do 530^oC. Tak wysoki poziom uzyskano przez dodatek do składu magnesu neodymowego niewielkiej ilości boru. Poza tym można również w dowolny sposób korygować parametry magnetyczne, poprzez wprowadzenie do magnesu pomocniczych związków, takich jak gal Ga, miedź Cu, niob Nb oraz aluminium Al.

Magnesy neodymowe wyposażane są też w specjalne powłoki zapobiegające korozji oraz mające zabezpieczające działanie przed działaniem szkodliwych warunków pogodowych. Wykonuje się to przez dołożenie warstwy niklu lub miedzi na przykład w uchwytach wykorzystywanych w poszukiwaniach, to znaczy magnesach używanych do przeszukiwania dna akwenów wodnych. Opracowywane są również nowocześniejsze rodzaje magnesów, a dzięki ciągłym badaniom w metalurgii, wymyślane są nowe stopy metali o podwyższonej koercji, jak też magnesy dysponujące znacznie wyższą temperaturą Curie i możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6T.do góry