Nowoczesne magnesy neodymowe - jak powstały. Podczas kiedy naukowcy projektowali następne silne magnesy oparte o samar, na początku lat osiemdziesiątych zostały odkryte bardzo ciekawe magnetyczne cechy neodymu w połączeniu z żelazem oraz stalą. Amerykańska firma GM stworzyła w 1984 roku nowy związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, mające skład 6% boru, 15% neodymu oraz ponad 70% żelaza. Proces wytwarzania magnesów neodymowych o dużej mocy polega na dwóch metodach. Zakład Sumitomo z Japonii, znajdujący się w strukturach Hitachi, podobnie jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, używał metody spiekania odpowiednio przygotowanego proszku, przez co otrzymywano magnes o pełnej gęstości.

W Stanach Zjednoczonych neodymowe magnesy wytwarzano w zakładach firmy GM sposobem bardzo szybkiego obniżania temperatury upłynnionej mieszaniny proszków. Dlaczego połączenie neodymu z żelazem i borem okazało się o wiele bardziej wydajne? Użycie neodymu było znacznie tańsze, niż związków samaru, a poza tym neodym charakteryzuje się znacznie lepszymi parametrami magnetycznymi. Ale jego temperatura Curie była znacznie niższa, z tego też powodu podjęto decyzję o podniesieniu tej temperatury do 530°C. Taki poziom dało się uzyskać dzięki dodaniu do składu magnesu neodymowego boru. Oprócz tego można również w pewien sposób regulować właściwości magnetyczne, przez wprasowanie do magnesu innych związków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb i aluminium Al.

Neodymowe magnesy wyposażane są też w powłoki chroniące przed korozją i zabezpieczające przed oddziaływaniem niekorzystnych warunków pogodowych. Jest to realizowane przez nałożenie cieniutkiej warstwy miedzi albo niklu np. w w wykorzystywanych do poszukiwań uchwytach, to znaczy mocnych magnesach używanych do sprawdzania dna akwenów wodnych. Cały czas są opracowywane bardziej zaawansowane typy magnesów neodymowych, a dzięki ciągłym badaniom w metalurgii, konstruowane są nieznane wcześniej stopy metali charakteryzujące się zwiększoną koercją, jak też magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie i możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6Tesli.

W pierwszej kolejności najważniejszymi odbiorcami mocnych magnesów są przedsiębiorstwa produkujące urządzenia pomiarowe, elektroniczne, elektryczne, przedsiębiorstwa motoryzacyjne czy dostarczające różnego rodzaju maszyny dla przemysłu. Zalety magnesów dużej mocy ceni też od dawna branża meblarska, odzieżowa, zwłaszcza związana z ubraniami medycznymi, podmioty dystrybuujące zamykania do torebek, portfeli, a także szeroko pojęta reklama.

Neodymowe magnesy to obecnie najmocniejsze magnesy, jakie zostały dotychczas opracowane. W 1990 roku w dublińskim instytucie Trinity College Michae Coey opracował wcześniej nieznany magnetyczny materiał o bardzo interesującym wzorze Sm₂Fe₁₇N₂. Proces wytwarzania tego materiału był realizowany w syntezie proszków samaru i żelaza, które sprasowane w silnym polu magnetycznym razem z nowym składnikiem – azotem, uzyskały zakres temperatury Curie wynoszący 470°C i poziom namagnesowania 0,9T. Nie są to wyniki zbliżone do poziomu neodymowych magnesów, jednak opracowany wtedy materiał faktycznie sporo przewyższał pierwsze z produkowanych magnesów. Końcówka lat dziewięćdziesiątych przyniosła dalsze odkrycia w obszarze magnesów o dużej sile oraz technik ich produkowania.
Badacze opracowali stop posiadający nano-krystaliczną strukturę, zbudowany z malutkich ziaren o średnicy mniejszej niż 100 nm. Nowo odkryte ziarna nano-krystaliczne, w odróżnieniu od do monokryształów oddzielone są od siebie o wiele większymi granicami o wyższym napięciu powierzchniowym oraz mniej uporządkowanej strukturze wewnętrznej. Dzięki zastosowaniu, na etapie wytwarzania pierwiastków z grupy ziem rzadkich razem z domieszką żelaza, charakteryzują się wysoką remanencją magnetyczną. Tak dobre parametry magnetyczne wynikają również z jednego ważnego czynnika, to znaczy sprzężenia momentów magnetycznych żelaza oraz neodymu. Pozwala to na doskonałe namagnesowanie neodymowych magnesów.

Pierwsze znane badania laboratoryjne nad nowoczesnymi materiałami nadającymi się do wytwarzania bardzo mocnych magnesów miały miejsce ponad 50 lat temu. Wtedy to właśnie G. Hoffer i K. Strnat z laboratorium Air Force Materials , zaczęli badania nad magnetykami, wykonanymi z metali zaliczanych do grupy metali ziem rzadkich. Na początku badań badane materiały, jakie chciano użyć do produkcji silnych magnesów, były tworzone o kobalt, żelazo oraz kilka lantanowców, do których zaliczamy: cer Ce, prazeodym Pr, neodym Nd, lantan La, itr Y oraz samar Sm. Te mało znane metale wykazują charakterystyczne cechy, takie jak możliwość silnego namagnesowania, jednak problemem była niska temperatura Curie. Wytwarzane dzisiaj magnesy neodymowe o dużej sile w swoim składzie posiadają prócz żelaza także domieszkę odpowiednio dobranych lantanowców, zapewniając im dużą anizotropię magneto-krystaliczną, a poza tym dokłada się do nich niewielką ilość kobaltu aby zwiększyć zbyt niską temperaturę Curie. Debiutanckie neodymowe magnesy zostały opracowane około 50 lat temu wykorzystując sproszkowane ziarna samaru wraz z kilkoma dodatkowymi związkami z grupy lantanowców. Wymyślony został pierwszy, potężny magnes SmCo₅. Produkcja opierała się na ukierunkowaniu kryształów sproszkowanego stopu w polu magnetycznym podczas spiekania. Tworzenie wyprasek było realizowane w warunkach temperaturowych około 1120°C przy końcowym wyżarzaniu w temperaturze 850°C. Finalnym z procesów tworzenia magnesu neodymowego było namagnesowanie materiału w wysokim polu magnetycznym 2T. Przez taką technologię temperatura Curie magnesów SmCo5 wyniosła około 745°C.

Aktualnie produkuje się magnesy neodymowe przede wszystkim w krajach azjatyckich. Podstawowym wytwórcą oraz eksporterem gotowych wyrobów zostały Chiny, z powodu kontrolowania większości globalnych zasobów pierwiastków ziem rzadkich. Do wytwarzania przemysłowego silnych magnesów zastosowanie znalazły głównie dwa związki: Nd₂Fe₁₄B oraz Sm₂Fe₁₇N₂. Są to magnesyneodymowe oraz magnesy posiadające strukturę nanokrystaliczną, cechujące się nie tylko dużym stopniem namagnesowania, lecz także wysoką remanencją magnetyczną. Wykorzystanie mocnych neodymowych magnesów jest naprawdę szerokie. Głównymi odbiorcami zostały firmy produkcyjne, oferujące sprzęt elektryczny i elektroniczny, szczególnie firmy zajmujące się motoryzacją, wykorzystujące wysoko wydajne silniki elektryczne i hybrydowe. Przy wytwarzaniu takich używa się neodymowych magnesów ze stopów ze związkami zmniejszającymi spadki wydajności magnesów przy wysokiej temperaturze na przykład takimi jak Terb (Tb) oraz dysproz (Dy). Przez użycie wymienionych wyżej związków, znacząco poprawiono koercję magnetyczną i ogólną wydajność magnesów wykorzystywanych w urządzeniach elektrycznych o wysokiej mocy nominalnej. Na terenie Stanów Zjednoczonych już od kilkudziesięciu lat realizowane są specjalistyczne badania przez powołany do tego celu Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), zajmujący się opracowywaniem nowoczesnych materiałów i stopów. W 2011 roku ARPA-E przyznała blisko 32 miliony dolarów na rozwijanie projektów w zakresie programu Rare-Earth Substitute, czyli możliwości stworzenia substytutów metali ziem rzadkich jako alternatywę dla naturalnych złóż pierwiastków, które znajdują się pod kontrolą Chin.

Produkowanie magnesów neodymowych oparte zostało o dwie metody. W Japonii używana jest metoda spiekania proszków, a w USA popularność zdobyła metoda oparta na szybkim chłodzeniu. W zależności od potrzeb, magnesy neodymowe można również wytwarzać przy użyciu dodatkowych stopów, na przykład aluminium, galu albo miedzi. Dzięki takim połączeniom da się w znacznym stopniu kontrolować właściwości magnetyczne samego magnesu, jego wytrzymałość oraz odporność na wysokie temperatury . Można nawet spowodować, że magnes wykaże dużą odporność na działanie na szkodliwe warunki atmosferyczne, na przykład wodę, która powoduje zmiany korozyjne. Za to systematyczne ulepszanie procesów metalurgicznych doprowadziło do opracowania różnych stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na podwyższenie temperatury Curie. Wykonany w nowoczesnym procesie produkcji magnes neodymowy, może uzyskać namagnesowanie na poziomie 1,6T, czyli znacznie większe na przykład od pola magnetycznego Ziemi.