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

Mocne magnesy oparte na neodymie - historia powstania. Podczas gdy były projektowane następne mocne magnesy oparte o samar, w 1983 roku zostały odkryte nieznane dotychczas magnetyczne cechy związku neodymu w połączeniu z żelazem i borem. Amerykańska firma GM stworzyła w 1984 roku nowy związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, mające skład ponad 70% żelaza, 15% neodymu, 6% boru. Proces wytwarzania magnesów neodymowych o dużej mocy wykorzystuje dwie metody. Japoński zakład Sumitomo, wchodzący w skład firmy Hitachi, analogicznie jak w przypadku silnych magnesów produkowanych z samaru, wykorzystywał technikę spiekania odpowiednio przygotowanego proszku, dzięki czemu uzyskiwano magnes o pełnej gęstości.

W USA neodymowe magnesy były tworzone w firmie General Motors techniką dynamicznego schładzania roztopionego proszku izotropowego. Z jakich powodów wykorzystanie żelaza, neodymu i boru dało znacznie lepsze rezultaty? Wykorzystanie neodymu okazało się o wiele tańsze, niż w przypadku samaru, a oprócz tego neodym charakteryzuje się znacznie lepszymi parametrami magnetycznymi. Ale jego temperatura Curie nie była na odpowiednim poziomi, z takich też powodów postanowiono podnieść tę temperaturę do 530°C. Tak wysoki poziom dało się uzyskać dzięki dodaniu do puli składników niewielkiej ilości boru. Poza tym można również w dowolny sposób korygować właściwości magnetyczne, poprzez wprowadzenie do magnesu pomocniczych związków, takich jak gal Ga, miedź Cu, niob Nb i glin Al.

Magnesy neodymowe często posiadają także w warstwy ochronne zapobiegające korozji i mające zabezpieczające działanie przed szkodliwymi warunkami atmosferycznymi. Wykonuje się to poprzez dodanie cieniutkiej warstwy miedzi albo niklu np. w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, to znaczy silnych magnesach stosowanych do sprawdzania dna jezior, rzek i mórz. Inżynierowie cały czas opracowują nowocześniejsze magnesy neodymowe, a dzięki postępowi w metalurgii, konstruowane są coraz to nowe stopy metali cechujące się zwiększoną koercją, jak również magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6T.

Pierwsze udokumentowane badania i testy nad stopami metali nadającymi się do wytwarzania bardzo mocnych magnesów miały miejsce w 1966 roku. Właśnie w tamtym okresie G. Hoffer oraz K. Strnat z Air Force Materials Laboratory w Dayton, postanowili rozpocząć badania nad materiałami magnetycznymi, składającymi się z metali wchodzących w skład tak zwanej grupy metali ziem rzadkich. W początkowym okresie badane stopy metali, które chciano użyć do stworzenia silnych magnesów, były oparte o kobalt, żelazo oraz kilka lantanowców, do których zaliczamy: cer Ce, prazeodym Pr, neodym Nd, samar Sm, lantan La i itr Y. Lantanowce, które zostały wymienione mają charakterystyczne zdolności, takie jak silne namagnesowywanie, jednak posiadały bardzo niską temperaturę Curie. Dzisiaj produkowane silne magnesy neodymowe w swoim składzie posiadają obok żelaza również lekkie lantanowce, zapewniając im anizotropię magneto-krystaliczną na wysokim poziomie, a dodatkowo uzupełnia się ten skład o niewielką ilość kobaltu aby zwiększyć zbyt niską temperaturę Curie. Magnesy neodymowe zostały opracowane w 1970 roku ze sproszkowanych ziaren samaru wraz z innymi pierwiastkami z rodziny lantanowców. Został stworzony nieznany dotychczas, magnes o dużej mocy SmCo₅. Produkcja opierała się na ukierunkowaniu kryształów sproszkowanego stopu przy udziale pola magnetycznego przy spiekaniu. Tworzenie wyprasek wykonywano w warunkach temperaturowych około 1120°C przy końcowym wyżarzaniu w temperaturze 850°C. Finalnym etapem produkcji mocnego magnesu było poddanie materiału namagnesowaniu przy użyciu pola magnetycznego 2T. Przez taką technologię temperatura Curie prototypowego magnesu podwyższyła się do 745°C.

W pierwszej kolejności najważniejszymi odbiorcami magnesów są firmy sprzedające urządzenia elektryczne, elektroniczne, pomiarowe, podmioty zajmujące się motoryzacją czy też produkujące różnego rodzaju przemysłowe urządzenia. Możliwości magnetyczne doceniła również branża meblarska, oferująca odzież, zwłaszcza związana z ubraniami medycznymi, firmy produkujące zapięcia do portfeli i torebek, a także szeroko pojęta reklama.

Magnesy na bazie neodymu to obecnie najmocniejsze magnesy, jakie zostały dotychczas opracowane. Blisko 30 lat temu w Trinity College w Dublinie Michae Coey opracował wcześniej nieznany materiał magnetyczny o bardzo interesującym wzorze Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału opierał się o syntezę proszków samaru i żelaza, które sprasowane w mocnym polu magnetycznym razem z nowym składnikiem – azotem, uzyskały zakres temperatury Curie wynoszący 470°C oraz poziom namagnesowania 0,9T. Nie osiągnięto tu wprawdzie parametrów magnesu neodymowego, lecz wymyślony skład samaru przewyższał w znacznym stopniu pierwsze z magnesów wykorzystujących ten pierwiastek. Koniec XX wieku przyniósł coraz to nowe pomysły w obszarze silnych magnesów oraz sposobów ich wytwarzania.
Opracowany został materiał oraz strukturze nano-krystalicznej, złożony z malutkich ziaren o rozmiarze mniejszym niż 100 nm. Ziarna, które zostały odkryte nano-kryształów, w przeciwieństwie do struktur monokrystalicznych są od siebie oddzielone o wiele większymi granicami o wyższej mocy powierzchniowej oraz bardziej nierównomiernej strukturze wewnętrznej. Dzięki wykorzystaniu, w czasie wytwarzania stopów pierwiastków z grupy ziem rzadkich w połączeniu z domieszką żelaza, cechują się wysoką remanencją magnetyczną. Świetne właściwości magnetyczne biorą się też z jednej ważnej rzeczy, to znaczy sprzężenia momentów magnetycznych neodymu i żelaza. Umożliwia to świetne namagnesowanie opisywanych magnesów.

Na dzień dzisiejszy neodymowe magnesy są produkowane przede wszystkim w krajach azjatyckich. Podstawowym producentem i dystrybutorem gotowych produktów stały się Chiny, ze względu na kontrolę nad większością globalnych zasobów pierwiastków ziem rzadkich. W przemysłowej produkcji magnesów o dużej mocy stosowane są głównie dwie grupy związków: Sm₂Fe₁₇N₂ oraz Nd₂Fe₁₄B. Są to magnesyneodymowe i magnesy nano krystaliczne, charakteryzujące się nie tylko dużym stopniem namagnesowania, ale również wysoką remanencją magnetyczną. Zastosowanie silnych magnesów neodymowych jest naprawdę szerokie. Głównymi odbiorcami są podmioty zajmujące się produkcją, projektujące urządzenia elektroniczne i elektryczne, zwłaszcza firmy motoryzacyjne, wykorzystujące wydajne elektryczne oraz hybrydowe silniki. Do wytwarzania takich stosuje się magnesy neodymowe z mieszaniny ze związkami redukujący spadki związane z wydajnością magnesów przy wysokiej temperaturze takimi jak na przykład Terb (Tb) czy dysproz (Dy) . Poprzez zastosowanie tych substancji, znacząco zwiększono magnetyczną koercję oraz wydajność całkowitą silnych magnesów wykorzystywanych w urządzeniach elektrycznych o większej mocy nominalnej. Na terenie Stanów Zjednoczonych już od kilkudziesięciu lat prowadzone są specjalistyczne badania przez powołany specjalnie do takich celów Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), który ma zadanie opracowywać alternatywnych stopów. Przed kilku laty ARPA-E desygnowała blisko 32 miliony dolarów na wspieranie projektów w programie Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości wynalezienia związków mogących zastąpić metale ziem rzadkich jako alternatywę dla naturalnych złóż pierwiastków, występujących na terenie Azji.

Wytwarzanie magnesów na bazie neodymu opierało się na dwóch metodach. W japońskich firmach stosowano metodę spiekania mieszanin proszków, a na terenie Stanów popularna jest metoda oparta na szybkim chłodzeniu. Zależnie od wymagań, neodymowe magnesy można wytwarzać przy użyciu innych stopów, między innymi galu, miedzi czy aluminium. Dzięki takim połączeniom można w szerokim zakresie korygować magnetyczne parametry magnesu, jego poziom wytrzymałości oraz odporność na wysokie temperatury . Można nawet spowodować, że struktura magnesu będzie odporna na niekorzystne atmosferyczne warunki, w tym wodę, powodującą korodowanie żelaza. Natomiast regularne poprawianie procesów metalurgicznych doprowadziło do opracowania nowych stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na podwyższenie temperatury Curie. Wyprodukowany nowoczesną metodą produkcyjną magnes neodymowy, może osiągnąć poziom namagnesowania przekraczający 1,6T, czyli dużo wyższe chociażby od ziemskiego pola magnetycznego.