{Magnesy neodymowe|Neodymowe magnesy|Magnesy}

Gdzie wykorzystuje się silne neodymowe magnesy?

Przede wszystkim głównymi odbiorcami magnesów są firmy sprzedające sprzęt pomiarowy, elektroniczny, elektryczny, przedsiębiorstwa motoryzacyjne czy też produkujące rozmaite przemysłowe urządzenia. Zalety magnesów dużej mocy doceniła również branża meblowa, odzieżowa, szczególnie związana z ubraniami medycznymi, podmioty dystrybuujące zamykania do galanterii, a także reklama i marketing.do góry

Wytwarzanie magnesów neodymowych i zastosowanie.

Obecnie na świecie produkuje się magnesy neodymowe przede wszystkim w krajach azjatyckich. Głównym producentem oraz dostawcą tego typu wyrobów stały się Chiny, z uwagi na kontrolę większości globalnych zasobów pierwiastków ziem rzadkich. Do przemysłowego produkowania silnych magnesów wykorzystuje się głównie dwa związki: Nd₂Fe₁₄B i Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesyoparte o neodym oraz magnesy nano krystaliczne, charakteryzujące się nie tylko dużym stopniem namagnesowania, ale także wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Zastosowanie silnych magnesów neodymowych jest naprawdę wszechstronne. Ważnymi grupami odbiorców stały się podmioty produkcyjne, projektujące sprzęt elektroniczny i elektryczny, w szczególności firmy zajmujące się motoryzacją, stosujące wysoko wydajne elektryczne i hybrydowe silniki. Przy wytwarzaniu takich silników wykorzystywane są neodymowe magnesy ze stopów z pierwiastkami zmniejszającymi spadki wydajności magnesów przy wysokiej temperaturze na przykład takimi jak Terb (Tb) czy dysproz (Dy) . Przez użycie tych pierwiastków, znacząco poprawiono magnetyczną koercję, a także ogólną wydajność magnesów stosowanych w sprzęcie elektrycznym o dużej mocy nominalnej. Na terenie Stanów Zjednoczonych już od dawna prowadzi się specjalistyczne badania przez specjalnie do tego celu powołany Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), mający na celu opracowanie alternatywnych materiałów i stopów. Kilka lat temu zostało przyznane 31,6 mln dolarów na finansowanie zaawansowanych projektów w ramach programu Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości wynalezienia związków zastępujących metale ziem rzadkich jako alternatywę dla pierwiastków występujących naturalnie, występujących na terenie Azji.

Wytwarzanie neodymowych magnesów opiera się o dwie metody. W japońskich firmach stosowano metodę spiekania mieszanin proszków, a w USA popularność zdobyła metoda szybkiego chłodzenia. Zależnie od wymagań, magnesy z neodymu można wytwarzać przy użyciu innych stopów, między innymi galu, miedzi czy aluminium. Przez takie domieszki można w szerokim zakresie kontrolować magnetyczne parametry magnesu, jego poziom wytrzymałości oraz odporność na wysokie temperatury . Można nawet sprawić, że magnes będzie odporny na niekorzystne atmosferyczne warunki, na przykład wodę, powodującą korodowanie żelaza. Za to regularne poprawianie metalurgii proszkowej przyczyniło się do otrzymania różnych stopów, które wpłynęły w dużym stopniu na podwyższenie temperatury Curie. Wykonany w nowoczesnym procesie produkcji neodymowy magnes, uzyskuje namagnesowanie przekraczające 1,6T, czyli o wiele wyższe na przykład od pola magnetycznego Ziemi.do góry

Badania nad stworzeniem silnych magnesów neodymowych.

Pierwsze udokumentowane badania i testy nad stopami metali które mogłyby się nadawać do produkcji silnych magnesów miały swój początek w 1966 roku. Wtedy to właśnie dwóch badaczy G. Hoffer i K. Strnat z Air Force Materials Laboratory w Dayton, rozpoczęli badania nad nowymi materiałami, zrobionymi z metali zaliczanych do ziem rzadkich. Na samym początku pierwsze stopy, jakie miały posłużyć do wytwarzania magnesów o dużej mocy, były oparte na bazie żelaza, kobaltu i lekkich lantanowców, w skład których wchodzą: prazeodym Pr, neodym Nd, cer Ce, itr Y, samar Sm oraz lantan La. Te mało znane metale wykazywały charakterystyczne zdolności, takie jak magnesowanie do dużych wartości, ale ich temperatura Crie była bardzo niska. Dzisiaj produkowane mocne neodymowe magnesy w swoim składzie posiadają obok żelaza także dodatek lekkich lantanowców, co im zapewnia wysoki poziom anizotropii magnetokrystalicznej, a dodatkowo dokłada się do nich kobalt żeby podnieść poziom temperatury Curie. Pierwsze silne magnesy opracowano na początku lat 70-tych ze sproszkowanych ziaren samaru wraz z kilkoma dodatkowymi związkami z grupy lantanowców. Został stworzony nieznany dotychczas, magnes o dużej mocy SmCo₅. Proces opierał się na ukierunkowaniu drobinek stopu w formie proszku w polu magnetycznym podczas spiekania. Wypiekanie wyprasek odbywało się w warunkach temperaturowych około 1120^oC wraz z ostatecznym wyżarzanie w temperaturze o 250^oC niższej. Ostatnim procesem produkcji silnego magnesu było magnesowanie całości w polu magnetycznym 2T. Przez taką technologię temperatura Curie nowatorskich magnesów wyniosła około 745^oC.do góry

Magnesy o strukturze nano-krystalicznej - magnesy, które określiły najbliższą przyszłość współczesnego magnetyzmu.

Magnesy na bazie neodymu to obecnie najsilniejsze rodzaje magnesów, jakie udało się do tej pory stworzyć. Pod koniec XX wieku w dublińskim instytucie Trinity College Michaelowi Coeyowi udało się stworzyć nieznany dotychczas magnetyczny stop mający wzór Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału był realizowany w syntezie drobnego proszku samaru i żelaza, które podczas prasowania w silnym polu magnetycznym wraz z domieszką azotu, uzyskały temperaturę Curie aż do 470^oC i namagnesowanie na poziomie 0,9T. Nie są to wyniki zbliżone do poziomu neodymowych magnesów, lecz opracowany wtedy skład samaru faktycznie sporo przewyższał pierwsze z produkowanych magnesów. Końcówka lat dziewięćdziesiątych przyniosła następne odkrycia w zakresie magnesów o dużej sile oraz sposobów ich produkcji.
Badacze opracowali materiał i strukturze nano-krystalicznej, złożony z ziaren o wielkości mniejszej 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, na etapie spiekania mieszaniny pierwiastków z rodziny ziem rzadkich wraz z żelazem, cechują się wysoką remanencją magnetyczną. Tak dobre magnetyczne właściwości biorą się też z jeszcze jednego aspektu, czyli sprzężenia momentów magnetycznych neodymu i żelaza. Możliwe będzie dzięki temu doskonałe magnesowanie opisywanych magnesów.do góry

Nowoczesne magnesy neodymowe - jak powstały?

Mocne magnesy oparte na neodymie - historia powstania. W czasie kiedy były projektowane kolejne magnesy o dużej mocy na bazie samaru, na początku lat osiemdziesiątych odkryto bardzo ciekawe magnetyczne cechy neodymu w połączeniu z żelazem i stalą. Amerykańska firma GM stworzyła w 1984 roku nowy związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, w proporcji 6% boru, 15% neodymu i ponad 70% żelaza. Przemysłowy proces tworzenia silnych magnesów neodymowych polega na dwóch metodach. W Japonii zakład Sumitomo, znajdujący się w strukturach Hitachi, analogicznie jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, stosował metodę spiekania sproszkowanych materiałów, dzięki czemu uzyskiwano magnesy mające dużą gęstość.

W Stanach Zjednoczonych silne magnesy neodymowe wytwarzano w zakładach firmy GM metodą szybkiego ochładzania stopionego proszku izotropowego. Z jakich powodów użycie boru, neodymu i żelaza dało znacznie lepsze rezultaty? Użycie neodymu znacznie mniej kosztowało, niż w przypadku samaru, a dodatkowo neodym posiada lepsze właściwości magnetyczne. Niestety temperatura Curie neodymu była znacznie niższa, z takich też powodów zdecydowano się na podwyższenie tejże temperatury do 530^oC. Tak wysoki poziom otrzymano dzięki dodaniu do składu magnesu neodymowego boru. Oprócz tego można również w szerokim zakresie modyfikować właściwości magnetyczne, dzięki wprasowaniu do magnesu dodatkowych związków, takich jak gal Ga, miedź Cu, niob Nb i aluminium Al.

Neodymowe magnesy mogą zostać również wyposażone w powłoki chroniące przed korozją oraz mające zabezpieczające działanie przed działaniem szkodliwych warunków pogodowych. Wykonuje się to przez dodanie warstwy miedzianej lub niklowej np. w uchwytach magnetycznych do poszukiwań, to znaczy silnych magnesach używanych do sprawdzania dna jezior, rzek i mórz. Cały czas są opracowywane bardziej zaawansowane magnesy neodymowe, a przez ciągły postęp w technologii metalurgicznej proszków, powstają coraz to nowe łączenia metali cechujące się zwiększoną koercją, jak też magnesy posiadające znacznie wyższą temperaturę Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6T.do góry