Magnesy neodymowe

Gdzie znalazły zastosowanie silne neodymowe magnesy?

Przede wszystkim głównymi odbiorcami silnych magnesów są podmioty produkujące urządzenia pomiarowe, elektroniczne, elektryczne, podmioty zajmujące się motoryzacją oraz dostarczające najróżniejsze maszyny dla przemysłu. Możliwości magnetyczne doceniła również branża meblarska, oferująca odzież, w szczególności związana z ubraniami medycznymi, podmioty oferujące zatrzaski do portfeli i torebek oraz rzecz jasna reklama i marketing.do góry

Jak powstały silne magnesy neodymowe?

Pierwsze znane badania i testy nad stopami nadającymi się do stworzenia magnesów o dużej mocy rozpoczęły się w 1966 roku. W tym czasie G. Hoffer i K. Strnat z Air Force Materials Laboratory w Dayton, postanowili rozpocząć badania nad materiałami magnetycznymi, składającymi się z metali zaliczanych do grupy zwanej metalami ziem rzadkich. Na początku badań testowane stopy, jakie chciano użyć do produkcji silnych magnesów, były oparte o kobalt, żelazo oraz kilka lantanowców, do których zaliczamy: neodym Nd, cer Ce, prazeodym Pr, samar Sm, lantan La i itr Y. Wymienione powyżej lantanowce mają charakterystyczne cechy, takie jak silne namagnesowywanie, jednak ich temperatura Crie była bardzo niska. Obecnie tworzone mocne neodymowe magnesy w swoim składzie posiadają obok żelaza również dodatek lekkich lantanowców, co im zapewnia dużą anizotropię magnetokrystaliczną, a poza tym uzupełnia się ten skład o niewielką ilość kobaltu żeby podnieść poziom temperatury Curie. Pierwsze silne magnesy zostały opracowane na początku lat 70-tych wykorzystując samar w formie sproszkowanych ziaren wraz z innymi związkami z grupy lantanowców. Został stworzony nieznany dotychczas, magnes o dużej mocy SmCo₅. Produkcja opierała się na zjawisku kierunkowania drobinek stopu w formie proszku przy udziale pola magnetycznego podczas spiekania. Tworzenie wyprasek było realizowane w wysokiej temperaturze około 1120^oC przy końcowym wyżarzaniu w temperaturze o 250^oC niższej. Ostatecznym z etapów produkcji silnego magnesu było magnesowanie całości w polu magnetycznym 2T. Dzięki temu procesowi temperatura Curie nowatorskich magnesów podwyższyła się do 745^oC.do góry

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

Mocne magnesy oparte na neodymie - jak powstały. Podczas gdy projektowano następne silne magnesy wykorzystujące samar, w 1983 roku zostały odkryte interesujące magnetyczne cechy związku neodymu z dodatkiem boru i żelaza. Amerykańska firma GM rok po odkryciu stworzyła nowy związek o strukturze chemicznej Nd₂Fe₁₄B, w proporcji ponad 70% żelaza, 15% neodymu, 6% boru. Technologia produkowania magnesów neodymowych o dużej mocy polega na dwóch metodach. W Japonii zakład Sumitomo, będący w grupie Hitachi, tak samo jak przy magnesach smarowych, stosował metodę spiekania materiałów w formie proszku, przez co otrzymywano gęste magnesy.

W Ameryce neodymowe magnesy produkowano w zakładach firmy GM sposobem szybkiego obniżania temperatury roztopionego proszku izotropowego. Czemu użycie boru, neodymu i żelaza dało znacznie lepsze rezultaty? Użycie neodymu było znacznie tańsze, niż w przypadku samaru, a dodatkowo neodym charakteryzuje się znacznie lepszymi parametrami magnetycznymi. Niestety temperatura Curie neodymu była znacznie niższa, z takich też powodów zdecydowano się na podwyższenie tejże temperatury do 530^oC. Taki poziom otrzymano przez dodatek do puli składników boru. Poza tym da się też w dowolny sposób korygować charakterystykę magnetyczną, poprzez wprowadzenie do stopów innych związków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb i aluminium Al.

Magnesy wykonane z neodymu mogą zostać również wyposażone w specjalne powłoki zapobiegające korozji i zabezpieczające przed oddziaływaniem niekorzystnych warunków pogodowych. Realizuje się to przez dodanie cienkiej warstwy miedzi albo niklu np. w uchwytach magnetycznych do poszukiwań, czyli magnesach stosowanych do przeszukiwania dna jezior, rzek i mórz. Cały czas są opracowywane bardziej zaawansowane magnesy neodymowe, a dzięki postępowi w metalurgii, konstruowane są nowe stopy metali o podwyższonej koercji, jak też magnesy posiadające znacznie wyższą temperaturę Curie i możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6T.do góry

Nano-krystaliczne magnesy - magnesy, które określiły najbliższą przyszłość współczesnego magnetyzmu.

Magnesy na bazie neodymu to dzisiaj najpotężniejsze rodzaje magnesów, jakie do tej pory stworzono. Pod koniec XX wieku w Trinity College w Dublinie naukowiec Michael Coey wymyślił nieznany do tej pory magnetyczny materiał o bardzo interesującym wzorze Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału opierał się o syntezę proszków samaru i żelaza, które sprasowane w silnym polu magnetycznym wraz z dodatkiem azotu, osiągnęły temperaturę Curie aż do 470^oC oraz namagnesowanie na poziomie 0,9T. Nie jest to wynik zbliżony do poziomu magnesu neodymowego, ale wymyślony stop faktycznie sporo przewyższał pierwsze z produkowanych magnesów. Końcówka lat dziewięćdziesiątych przyniosła dalsze pomysły w dziedzinie mocnych magnesów oraz technologii ich produkcji.
Opracowano nano-krystaliczny materiał magnetyczny, składający się z ziaren o średnicy mniejszej niż 100 nm. Nowo odkryte ziarna nano-krystaliczne, w przeciwieństwie do monokryształów oddzielone są od siebie o wiele większymi granicami o wyższym napięciu powierzchniowym oraz mniej uporządkowanej strukturze. Poprzez użycie, w czasie produkcji stopów pierwiastków z grupy ziem rzadkich w połączeniu z żelazem, charakteryzują się wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Takie doskonałe magnetyczne właściwości biorą się dodatkowo z jeszcze jednego aspektu, to znaczy sprzężenia momentów magnetycznych neodymu i żelaza. Daje to bardzo dobre namagnesowanie neodymowych magnesów.do góry

Wytwarzanie magnesów o dużej mocy i zastosowanie ich w przemyśle.

Na dzień dzisiejszy wytwarza się neodymowe magnesy głównie w krajach azjatyckich. Największym wytwórcą i dystrybutorem takich produktów są Chiny, z uwagi na posiadanie większości pokładów niezbędnych do tego pierwiastków. W przemysłowej produkcji silnych magnesów stosuje się przede wszystkim dwie grupy związków: Nd₂Fe₁₄B i Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesyneodymowe i magnesy posiadające strukturę nanokrystaliczną, charakteryzujące się nie tylko najwyższym stopniem namagnesowania, ale także dużą remanencją magnetyczną. Wykorzystanie mocnych neodymowych magnesów jest bardzo różnorodne. Podstawowymi rodzajami odbiorców stały się przedsiębiorstwa zajmujące się produkcją, oferujące urządzenia elektryczne, elektroniczne, w szczególności firmy motoryzacyjne, wykorzystujące bardzo wydajne elektryczne i hybrydowe silniki. Przy wytwarzaniu takich silników stosuje się magnesy neodymowe ze stopów z pierwiastkami zmniejszającymi spadki wydajności magnesów w podwyższonych temperaturach takimi jak na przykład Terb (Tb) oraz dysproz (Dy). Dzięki zastosowaniu wymienionych wyżej związków, znacząco poprawiono magnetyczną koercję, a także ogólną wydajność silnych magnesów używanych w aparaturze elektrycznej o większej mocy. W USA już od kilkudziesięciu lat realizowane są naukowe badania przez powołany specjalnie do takich celów Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), zajmujący się opracowywaniem nowoczesnych stopów. Kilka lat temu zostało przyznane prawie 32 miliony dolarów na finansowanie zaawansowanych projektów w ramach programu Rare-Earth Substitute, czyli możliwości stworzenia substytutów metali ziem rzadkich jako alternatywę dla naturalnych pokładów pierwiastków, kontrolowanych przez rząd Chin.

Produkowanie magnesów neodymowych jest oparte na dwóch technologiach. W Japonii używano metody spiekania proszków, a na terenie Stanów popularna jest metoda szybkiego chłodzenia. Zależnie od potrzeb i oczekiwań, magnesy neodymowe wytwarza się przy użyciu innych pierwiastków, między innymi miedzi, aluminium czy galu. Dzięki takim domieszkom da się w znacznym stopniu kontrolować właściwości magnetyczne magnesu, jego poziom wytrzymałości oraz możliwość pracowania w wysokim zakresie temperatur . Można nawet sprawić, że magnes będzie odporny na atmosferyczne warunki, na przykład wodę, która może spowodować zmiany korozyjne. Natomiast systematyczne poprawianie procesów metalurgicznych przyczyniło się do otrzymania nowych stopów, które wpłynęły w dużym stopniu na podwyższenie tak zwanej temperatury Curie. Wyprodukowany nowoczesną metodą produkcyjną magnes z neodymu, może osiągnąć namagnesowanie przekraczające 1,6T, czyli o wiele wyższe chociażby od ziemskiego pola magnetycznego.do góry