magnesy neodymowe

Produkcja silnych magnesów i ich wykorzystanie.

Na dzień dzisiejszy produkuje się magnesy neodymowe głównie na kontynencie azjatyckim. Głównym wytwórcą, a także dystrybutorem tego typu wyrobów stały się Chiny, z uwagi na posiadanie większości złóż pierwiastków ziem rzadkich na świecie. W przemysłowej produkcji magnesów o dużej mocy zastosowanie znalazły przede wszystkim dwie grupy związków: Sm₂Fe₁₇N₂ i Nd₂Fe₁₄B. Są to magnesy neodymowe i magnesy posiadające strukturę nanokrystaliczną, cechujące się nie tylko wysokim namagnesowaniem, lecz także dużą remanencją magnetyczną. Wykorzystanie silnych magnesów neodymowych jest naprawdę wszechstronne. Podstawowymi rodzajami odbiorców zostały firmy z branży produkcyjnej, projektujące urządzenia elektryczne, elektroniczne, szczególnie firmy motoryzacyjne, wykorzystujące wysoko wydajne silniki elektryczne i hybrydowe. Do produkcji takich silników wykorzystywane są neodymowe magnesy ze stopów z pierwiastkami zmniejszającymi spadki wydajności magnesów w wysokich temperaturach takimi, jak dysproz (Dy) czy Terb (Tb). Dzięki użyciu tych pierwiastków, znacząco zwiększono magnetyczną koercję i ogólną wydajność silnych magnesów wykorzystywanych w aparaturze elektrycznej o wysokiej mocy. Na terenie Stanów Zjednoczonych od wielu lat prowadzi się specjalistyczne badania przez specjalnie do tego celu powołany Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), który ma zadanie opracowywać nowoczesnych materiałów. Kilka lat temu zostało przyznane blisko 32 miliony dolarów na wspieranie projektów i badań w ramach programu Rare-Earth Substitute, czyli możliwości wynalezienia związków zastępujących metale ziem rzadkich jako zastępstwo dla pierwiastków występujących naturalnie, które znajdują się pod kontrolą Chin.

Produkowanie magnesów na bazie neodymu opiera się na dwóch technologiach. W Japonii używana jest metoda spiekania mieszanin proszków, a w USA popularność zyskała metoda szybkiego chłodzenia. W zależności od oczekiwań, magnesy z neodymu wytwarza się poprzez zastosowanie innych domieszek, na przykład aluminium, galu albo miedzi. Przez takie połączenie można w szerokim zakresie kontrolować magnetyczne parametry samego magnesu, jego zakres wytrzymałości oraz możliwość pracowania w wysokim zakresie temperatur . Można nawet sprawić, że magnes wykaże dużą odporność na niekorzystne atmosferyczne warunki, na przykład wodę, która może spowodować zmiany korozyjne. Natomiast systematyczne dopracowywanie procesów metalurgicznych doprowadziło do uzyskania rozmaitych materiałowych stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na zwiększenie tak zwanej temperatury Curie. Wykonany nowoczesną metodą produkcyjną magnes z neodymu, osiąga namagnesowanie przekraczające 1,6T, czyli znacznie większe choćby od pola magnetycznego Ziemi.do góry

Jak powstały mocne magnesy neodymowe?

Pierwsze badania laboratoryjne nad stopami metali które mogłyby się nadawać do wytwarzania magnesów o dużej mocy miały swój początek w 1966 roku. W tym czasie naukowcy K. Strnat oraz G. Hoffer z laboratorium Air Force Materials , zaczęli badania nad nowymi materiałami, wykonanymi z metali zaliczanych do grupy metali ziem rzadkich. Na samym początku testowane stopy, które zamierzano wykorzystać do produkcji silnych magnesów, opierały się 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 wykazują szczególne właściwości, takie jak magnesowanie do dużych wartości, ale posiadały bardzo niską temperaturę Curie. Dzisiaj produkowane silne magnesy neodymowe zawierają obok żelaza też dodatek lekkich lantanowców, co daje strukturze dużą anizotropię magnetokrystaliczną, a dodatkowo dokłada się do nich niewielką ilość kobaltu aby zwiększyć zbyt niską temperaturę Curie. Debiutanckie neodymowe magnesy zostały opracowane około 50 lat temu ze sproszkowanych ziaren samaru wraz z innymi lantanowcami. Stworzono nieznany dotychczas, silny magnes typu SmCo₅. Proces opierał się na zjawisku kierunkowania drobinek sproszkowanego stopu w polu magnetycznym w czasie spiekania. Wypiekanie gotowych magnesów wykonywano w warunkach temperaturowych około 1120^oC wraz z ostatecznym wyżarzanie w temperaturze o 250^oC niższej. Ostatnim z procesów produkcji silnego magnesu było poddanie materiału namagnesowaniu w wysokim polu magnetycznym 2T. Przez taką technologię temperatura Curie nowatorskich magnesów podwyższyła się do 745^oC.do góry

Nowoczesny magnes neodymowy - stop żelaza, boru i neodymu - historia powstania?

Nowoczesne magnesy neodymowe - jak powstały. Podczas gdy projektowano następne mocne magnesy oparte o samar, na początku lat osiemdziesiątych zostały odkryte nieznane dotychczas właściwości magnetyczne związku neodymu z dodatkiem boru i żelaza. Amerykańska firma GM rok po odkryciu stworzyła nowy związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, w proporcji ponad 70% żelaza, 15% neodymu, 6% boru. Przemysłowy proces produkowania mocnych neodymowych magnesów wykorzystuje dwie metody. W Japonii zakład Sumitomo, znajdujący się w strukturach Hitachi, analogicznie jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, używał metody spiekania materiałów w formie proszku, co pozwalało uzyskać magnesy mające dużą gęstość.

W Stanach Zjednoczonych neodymowe magnesy wytwarzano w firmie General Motors sposobem szybkiego ochładzania stopionego proszku izotropowego. Z jakiego powodu połączenie neodymu z żelazem i borem okazało się o wiele bardziej wydajne? Użycie neodymu znacznie mniej kosztowało, niż w przypadku samaru, a oprócz tego neodym posiada lepsze właściwości magnetyczne. Jednak temperatura Curie neodymu była zdecydowanie za niska, z takich też powodów podjęto decyzję o podniesieniu tej temperatury do 530^oC. Taki poziom dało się uzyskać dzięki dodaniu do puli składników domieszki boru. Poza tym można również w pewien sposób zmieniać właściwości magnetyczne, dzięki wprasowaniu do stopów pomocniczych pierwiastków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb i aluminium Al.

Magnesy wykonane z neodymu wyposażane są też w warstwy ochronne ochraniające przed rdzewieniem oraz mające zabezpieczające działanie przed szkodliwymi warunkami atmosferycznymi. Realizuje się to przez nałożenie cienkiej warstwy niklu lub miedzi np. w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, to znaczy mocnych magnesach stosowanych przy przeszukiwaniu dna akwenów wodnych. Cały czas są opracowywane nowe typy magnesów neodymowych, a przez ciągły postęp w technologii metalurgicznej proszków, powstają nowe łączenia metali cechujące się zwiększoną koercją, jak również magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie i możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6T.do góry

Gdzie są stosowane magnesy o dużej mocy?

Przede wszystkim najważniejszymi odbiorcami mocnych magnesów są podmioty wytwarzające sprzęt pomiarowy, elektroniczny, elektryczny, firmy z branży motoryzacyjnej czy też dostarczające rozmaite maszyny przemysłowe. Zalety magnesów dużej mocy bardzo również ceni branża meblowa, oferująca odzież, w szczególności związana z ubraniami medycznymi, firmy produkujące zamykania do torebek, portfeli oraz rzecz jasna marketing i reklama.do góry

Magnesy nano-krystaliczne - magnesy będące przyszłością współczesnego magnetyzmu.

Magnesy na bazie neodymu to dzisiaj najsilniejsze rodzaje magnesów, jakie do tej pory stworzono. Pod koniec XX wieku w Trinity College w Dublinie Michaelowi Coeyowi udało się stworzyć nieznany dotychczas materiał magnetyczny mający wzór Sm₂Fe₁₇N₂. Jego proces wytworzenia opierał się o syntezę proszków samaru i żelaza, które poddane sprasowaniu w polu magnetycznym o dużej mocy wraz z nowym składnikiem – azotem, uzyskały zakres temperatury Curie wynoszący 470^oC i namagnesowanie na poziomie 0,9T. Nie są to wyniki zbliżone do poziomu neodymowych magnesów, lecz opracowany wtedy materiał znacząco przewyższał pierwsze magnesy oparte o ten pierwiastek. Koniec XX wieku przyniósł dalsze pomysły w dziedzinie silnych magnesów oraz technologii ich wytwarzania.
Opracowano materiał i strukturze nano-krystalicznej, zbudowany z ziaren o wielkości mniejszej niż 100 nm. Ziarna, które zostały odkryte nano-krystaliczne, w odróżnieniu od do monokryształów są od siebie oddzielone o wiele większymi granicami o dużo większej mocy powierzchniowej oraz mniej uporządkowanej budowie. Poprzez użycie, podczas produkcji pierwiastków z rodziny ziem rzadkich razem z dodatkiem żelaza, cechują się wysoką remanencją magnetyczną. Tak dobre magnetyczne właściwości biorą się dodatkowo z jednej rzeczy, to znaczy sprzężenia momentów magnetycznych żelaza oraz neodymu. Umożliwia to bardzo dobre namagnesowanie neodymowych magnesów.do góry