Gdzie znalazły zastosowanie silne neodymowe magnesy?

W pierwszej kolejności głównymi odbiorcami mocnych magnesów są firmy produkujące urządzenia pomiarowe, elektroniczne, elektryczne, firmy z branży motoryzacyjnej czy też wytwarzające najróżniejsze maszyny dla przemysłu. Zalety magnesów dużej mocy ceni też od dawna branża meblowa, oferująca odzież, w szczególności związana z odzieżą medyczną, firmy wytwarzające zamykania do torebek, portfeli oraz rzecz jasna branża reklamowa.do góry

Badania nad stworzeniem silnych magnesów neodymowych.

Pierwsze badania i testy nad nowoczesnymi materiałami jakie można by było wykorzystać do wytwarzania bardzo mocnych magnesów rozpoczęły się ponad 50 lat temu. Wtedy to właśnie naukowcy K. Strnat oraz G. Hoffer z Air Force Materials Laboratory w Dayton, rozpoczęli pracę nad magnetykami, składającymi się z metali zaliczanych do grupy metali ziem rzadkich. Na samym początku testowane stopy, jakie planowano zastosować do wytwarzania silnych magnesów, były tworzone na bazie żelaza, kobaltu i lekkich lantanowców, w skład których wchodzą: cer Ce, prazeodym Pr, neodym Nd, itr Y, samar Sm i lantan La. Wymienione powyżej lantanowce wykazywały charakterystyczne cechy, takie jak silne namagnesowywanie, ale posiadały bardzo niską temperaturę Curie. Obecnie tworzone silne magnesy neodymowe mają w składzie obok żelaza również lekkie lantanowce, zapewniając im wysoki poziom anizotropii magnetokrystalicznej, a dodatkowo uzupełnia się ten skład o kobalt w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Pierwsze silne magnesy zostały opracowane w 1970 roku wykorzystując samar w formie sproszkowanych ziaren wraz z innymi lantanowcami. Stworzono pierwszy, magnes o dużej mocy SmCo₅. Produkcja opierała się na ukierunkowaniu kryształów sproszkowanego stopu przy udziale pola magnetycznego przy spiekaniu. Spiekanie wyprasek wykonywano w wysokiej temperaturze około 1120^oC przy końcowym wyżarzaniu w temperaturze 850^oC. Finalnym etapem tworzenia mocnego magnesu było poddanie materiału namagnesowaniu w polu magnetycznym 2T. Przez taką technologię temperatura Curie nowatorskich magnesów podwyższyła się do 745^oC.do góry

Magnesy nano-krystaliczne - magnesy, które określiły najbliższą przyszłość współczesnego magnetyzmu.

Magnesy neodymowe to na dzień dzisiejszy najmocniejsze rodzaje magnesów, jakie powstały do tej pory. Pod koniec XX wieku w dublińskim instytucie Trinity College naukowiec Michael Coey wymyślił wcześniej nieznany magnetyczny stop o strukturze chemicznej Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału opierał się o syntezę drobnego proszku samaru i żelaza, które sprasowane w silnym polu magnetycznym razem z domieszką azotu, osiągnęły temperaturę Curie w wysokości 470^oC i poziom namagnesowania 0,9T. Nie są to wyniki zbliżone do poziomu magnesów wykonanych z neodymu, jednak opracowany wtedy stop przewyższał w znacznym stopniu pierwsze z magnesów wykorzystujących ten pierwiastek. Ostatnie lata minionego wieku przyniosły dalsze pomysły w dziedzinie mocnych magnesów oraz technik ich wytwarzania.
Opracowano nano-krystaliczny materiał magnetyczny, zbudowany z mikroskopijnych ziaren o rozmiarze mniejszym niż 100 nm. Odkryte w czasie badań ziarna nano-kryształów, w przeciwieństwie do monokryształów oddzielone są od siebie przestrzenią o wyższej mocy powierzchniowej oraz mniej uporządkowanej budowie. Poprzez zastosowanie, podczas produkcji stopów pierwiastków z rodziny ziem rzadkich wraz z dodatkiem żelaza, cechują się dużą wartością remanencji magnetycznej. Świetne parametry magnetyczne wynikają również z jednej ważnej rzeczy, to znaczy połączenia magnetycznych momentów neodymu z żelazem. Daje to doskonałe magnesowanie przedstawianych magnesów.do góry

Produkcja silnych magnesów i ich wykorzystanie.

Na dzień dzisiejszy wytwarza się neodymowe magnesy głównie w krajach azjatyckich. Największym producentem oraz dystrybutorem tego typu produktów są Chiny, z uwagi na posiadanie większości pokładów niezbędnych do tego pierwiastków. W przemysłowej produkcji silnych magnesów stosuje się przede wszystkim dwa związki: Nd₂Fe₁₄B oraz Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesyoparte o neodym i magnesy posiadające strukturę nanokrystaliczną, cechujące się nie tylko dużym stopniem namagnesowania, lecz także wysoką remanencją magnetyczną. Użycie mocnych neodymowych magnesów jest naprawdę szerokie. Głównymi odbiorcami są podmioty zajmujące się produkcją, oferujące urządzenia elektroniczne i elektryczne, w szczególności firmy motoryzacyjne, wykorzystujące wydajne elektryczne i hybrydowe silniki. Do wytwarzania takich silników wykorzystywane są neodymowe magnesy ze stopu ze związkami redukujący spadki związane z wydajnością magnesów w wysokich temperaturach na przykład takimi jak dysproz (Dy) czy Terb (Tb). Dzięki użyciu powyższych związków, znacząco zwiększono koercję magnetyczną oraz całościową wydajność silnych magnesów stosowanych w urządzeniach elektrycznych o dużej mocy. W USA już od wielu lat prowadzone są naukowe badania przez powołany specjalnie do takich celów Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), mający na celu opracowanie alternatywnych materiałów. Kilka lat temu zostało przyznane prawie 32 miliony dolarów na finansowanie zaawansowanych projektów w ramach programu Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości stworzenia związków mogących zastąpić metale ziem rzadkich jako alternatywę dla naturalnych złóż pierwiastków, które znajdują się pod kontrolą Chin.

Wytwarzanie magnesów neodymowych jest oparte na dwóch metodach. W japońskich firmach stosowana jest technika spiekania proszków, a na terenie Stanów popularność zyskała metoda opierająca się o szybkie chłodzenie. W zależności od potrzeb, magnesy z neodymu wytwarza się poprzez zastosowanie innych pierwiastków, między innymi aluminium, galu albo miedzi. Przez takie połączenie można korygować magnetyczne właściwości magnesu, jego zakres wytrzymałości oraz możliwość pracowania w wysokim zakresie temperatur . Można nawet spowodować, że magnes wykaże dużą odporność na atmosferyczne warunki, w tym wodę, która powoduje korozję. Natomiast regularne poprawianie metalurgii proszkowej przyczyniło się do opracowania nowych stopów, które wpłynęły znacząco na podniesienie temperatury Curie. Wykonany w nowoczesnym procesie produkcji magnes z neodymu, uzyskuje namagnesowanie przekraczające 1,6T, czyli dużo wyższe choćby od pola emitowanego przez Ziemię.do góry

Nowoczesny magnes neodymowy - stop żelaza, boru i neodymu - jak został wymyślony?

Nowoczesne magnesy oparte na neodymie - jak powstały. W okresie gdy projektowano następne mocne magnesy na bazie samaru, na początku lat osiemdziesiątych zostały odkryte bardzo ciekawe magnetyczne cechy neodymu w połączeniu z żelazem i borem. Amerykańska firma GM rok po odkryciu stworzyła nowy związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, w proporcji 6% boru, 15% neodymu i ponad 70% żelaza. Przemysłowy proces wytwarzania mocnych neodymowych magnesów polega na dwóch metodach. Japoński zakład Sumitomo, wchodzący w skład firmy Hitachi, tak samo jak w przypadku silnych magnesów produkowanych z samaru, stosował metodę spiekania sproszkowanych materiałów, dzięki czemu uzyskiwano magnesy mające dużą gęstość.

W USA magnesy neodymowe o dużej mocy wytwarzano w firmie General Motors sposobem bardzo szybkiego schładzania upłynnionej mieszaniny proszków. Dlaczego wykorzystanie żelaza, neodymu i boru dało znacznie lepsze rezultaty? Wykorzystanie neodymu znacznie mniej kosztowało, niż związków samaru, a dodatkowo neodym charakteryzuje się znacznie lepszymi parametrami magnetycznymi. Jednak temperatura Curie tego pierwiastka była znacznie niższa, dlatego zdecydowano się na podwyższenie tejże temperatury do 530^oC. Taką wartość dało się uzyskać dzięki dodaniu do składu magnesu neodymowego niewielkiej ilości boru. Dodatkowo można również w pewien sposób regulować parametry magnetyczne, przez wprasowanie do stopów innych związków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb oraz glin Al.

Neodymowe magnesy mogą zostać również wyposażone w powłoki ochraniające przed rdzewieniem oraz zabezpieczające przed szkodliwymi warunkami atmosferycznymi. Realizuje się to poprzez dołożenie warstwy niklu lub miedzi np. w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, to znaczy silnych magnesach używanych do sprawdzania dna akwenów wodnych. Opracowywane są również nowocześniejsze rodzaje magnesów, a dzięki postępowi w technologii metalurgicznej proszków, wymyślane są nowe stopy metali cechujące się zwiększoną koercją, jak również magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie i możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6T.do góry