Silne magnesy neodymowe - jak powstały. W okresie kiedy projektowano następne magnesy o dużej mocy na bazie samaru, w 1983 roku odkryto interesujące cechy związku neodymu w połączeniu z żelazem i stalą. Firma General Motors rok po odkryciu stworzyła związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, mające skład ponad 70% żelaza, 15% neodymu, 6% boru. Proces tworzenia magnesów neodymowych o dużej mocy wykorzystuje dwie metody. Japoński zakład Sumitomo, wchodzący w skład firmy Hitachi, podobnie jak procesie tworzenia magnesów na bazie samaru, używał metody spiekania sproszkowanych materiałów, co pozwalało uzyskać gęste magnesy.

W Ameryce silne magnesy neodymowe były tworzone w zakładach firmy GM sposobem bardzo szybkiego obniżania temperatury upłynnionej mieszaniny proszków. Z jakich powodów użycie boru, neodymu i żelaza dało znacznie lepsze rezultaty? Wykorzystanie neodymu było znacznie tańsze, niż związków samaru, a poza tym neodym charakteryzuje się znacznie lepszymi parametrami magnetycznymi. Jednak temperatura Curie neodymu była znacznie niższa, dlatego postanowiono podnieść tę temperaturę do 530°C. Taką wartość uzyskano przez dodatek do składu magnesu neodymowego domieszki boru. Poza tym można również w szerokim zakresie zmieniać właściwości magnetyczne, poprzez wprowadzenie do magnesu pomocniczych związków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb oraz glin Al.

Neodymowe magnesy wyposażane są też w specjalne powłoki zapobiegające korozji oraz mające zabezpieczające działanie przed oddziaływaniem niekorzystnych warunków pogodowych. Wykonuje się to poprzez dodanie cieniutkiej warstwy niklu lub miedzi na przykład w uchwytach magnetycznych do poszukiwań, czyli silnych magnesach stosowanych do sprawdzania dna jezior, rzek oraz mórz. Inżynierowie cały czas opracowują nowe magnesy neodymowe, a przez ciągły postęp w metalurgii, konstruowane są nieznane wcześniej stopy metali o podwyższonej koercji, jak również magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie i możliwości namagnesowania stopów, większej niż 1,6Tesli.

Aktualnie wytwarza się neodymowe magnesy głównie na kontynencie azjatyckim. Podstawowym wytwórcą i eksporterem takich wyrobów stały się Chiny, ze względu na kontrolę nad większością światowych złóż pierwiastków ziem rzadkich. Do wytwarzania przemysłowego magnesów o dużej mocy stosowane są głównie dwa rodzaje związków: Sm₂Fe₁₇N₂ i Nd₂Fe₁₄B. Są to magnesyoparte o neodym oraz magnesy o strukturze nano krystalicznej, charakteryzujące się nie tylko dużym stopniem namagnesowania, ale również wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Zastosowanie magnesów o dużej mocy jest bardzo szerokie. Głównymi grupami odbiorców stały się przedsiębiorstwa z branży produkcyjnej, tworzące sprzęt elektryczny i elektroniczny, w szczególności firmy zajmujące się motoryzacją, wykorzystujące wysoko wydajne hybrydowe oraz elektryczne silniki. Przy wytwarzaniu takich silników używa się neodymowych magnesów z mieszaniny ze związkami redukujący spadki związane z wydajnością magnesów w wysokich temperaturach takimi jak na przykład dysproz (Dy) czy Terb (Tb). Dzięki użyciu tych substancji, znacznie powiększono koercję magnetyczną i ogólną wydajność magnesów używanych w aparaturze elektrycznej o większej mocy nominalnej. Na terenie Stanów Zjednoczonych od wielu lat prowadzi się specjalistyczne badania przez powołany specjalnie do takich celów Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), który ma zadanie opracowywać alternatywnych stopów i materiałów. Kilka lat temu ARPA-E desygnowała prawie 32 miliony dolarów na wsparcie projektów w zakresie programu Rare-Earth Substitute, to znaczy możliwości stworzenia związków zastępujących metale ziem rzadkich jako zastępstwo dla pierwiastków występujących naturalnie, które znajdują się pod kontrolą Chin.

Produkowanie magnesów z neodymu oparte zostało na dwóch technologiach. W japońskich firmach stosowano metodę spiekania mieszanin proszków, a w Stanach Zjednoczonych popularność zdobyła metoda opierająca się o szybkie chłodzenie. Zależnie od oczekiwań, neodymowe magnesy można wytwarzać poprzez zastosowanie dodatkowych domieszek, między innymi galu, miedzi czy aluminium. Dzięki takim domieszkom można w szerokim zakresie kontrolować parametry magnetyczne magnesu, jego zakres wytrzymałości, a także możliwość pracy w wysokich temperaturach . Da się nawet spowodować, że magnes wykaże dużą odporność na atmosferyczne warunki, na przykład wodę, która powoduje korozję. Za to ciągłe dopracowywanie metalurgii proszkowej doprowadziło do otrzymania różnych stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na zwiększenie tak zwanej temperatury Curie. Stworzony w nowoczesnym procesie produkcji magnes z neodymu, może uzyskać namagnesowanie przekraczające 1,6T, czyli o wiele wyższe choćby od pola emitowanego przez Ziemię.

Pierwsze badania oraz testy nad materiałami jakie można by było wykorzystać do produkcji bardzo mocnych magnesów miały miejsce ponad 50 lat temu. Wtedy to właśnie dwóch badaczy G. Hoffer oraz K. Strnat z laboratorium Air Force Materials , postanowili rozpocząć badania nad materiałami magnetycznymi, składającymi się z metali wchodzących w skład grupy zwanej metalami ziem rzadkich. W początkowym okresie testowane materiały, jakie chciano użyć do stworzenia magnesów o dużej mocy, opierały się o żelazo, kobalt i lekkie lantanowce, w skład których wchodzą: prazeodym Pr, neodym Nd, cer Ce, itr Y, samar Sm i lantan La. Te mało znane metale wykazują charakterystyczne cechy, takie jak silne namagnesowywanie, lecz posiadały bardzo niską temperaturę Curie. Obecnie tworzone silne magnesy neodymowe zawierają obok żelaza również lekkie lantanowce, co daje strukturze wysoki poziom anizotropii magneto-krystalicznej, a oprócz tego dokłada się do nich niewielką ilość kobaltu w celu podwyższenia całkowitej temperatury Curie. Magnesy neodymowe opracowano około 50 lat temu wykorzystując sproszkowane ziarna samaru wraz z kilkoma dodatkowymi związkami z grupy lantanowców. Wymyślony został nieznany dotychczas, magnes o dużej mocy SmCo₅. Proces opierał się na ukierunkowaniu ziaren sproszkowanego stopu w polu magnetycznym podczas spiekania. Wypiekanie wyprasek było realizowane w temperaturze powyżej 1100°C przy końcowym wyżarzaniu w temperaturze 850°C. Finalnym etapem produkowania mocnego magnesu było magnesowanie całości w polu magnetycznym 2T. Przez taką technologię temperatura Curie nowatorskich magnesów została podniesiona do 745°C.

Neodymowe magnesy to dzisiaj najsilniejsze rodzaje magnesów, jakie powstały do tej pory. W 1990 roku w dublińskim instytucie Trinity College naukowiec Michael Coey wymyślił wcześniej nieznany magnetyczny materiał wzorze chemicznym Sm₂Fe₁₇N₂. Jego proces wytworzenia opierał się o syntezę drobnego proszku samaru oraz żelaza, które poddane sprasowaniu w polu magnetycznym o dużej mocy razem z nowym składnikiem – azotem, uzyskały temperaturę Curie aż do 470°C oraz poziom namagnesowania 0,9T. Nie są to wyniki zbliżone do poziomu magnesu neodymowego, jednak wymyślony skład samaru przewyższał w znacznym stopniu pierwsze z magnesów wykorzystujących ten pierwiastek. Końcówka lat dziewięćdziesiątych przyniosła pomysły w dziedzinie magnesów o dużej mocy oraz technik ich produkowania.
Opracowany został stop posiadający nano-krystaliczną strukturę, składający się z mikroskopijnych ziaren o wielkości mniejszej niż 100 nm. Odkryte w czasie badań ziarna nano-krystaliczne, w przeciwieństwie do monokryształów oddzielone są od siebie o wiele większymi granicami o wyższym napięciu powierzchniowym oraz nieuporządkowanej strukturze wewnętrznej. Dzięki zastosowaniu, podczas produkowania stopów pierwiastków z grupy ziem rzadkich w połączeniu z żelazem, charakteryzują się dużą wartością remanencji magnetycznej. Bardzo dobre parametry magnetyczne biorą się też z jednej rzeczy, czyli sprzężenia momentów magnetycznych neodymu oraz żelaza. Możliwe będzie dzięki temu bardzo dobre namagnesowanie neodymowych magnesów.

W pierwszej kolejności podstawowymi odbiorcami magnesów są przedsiębiorstwa oferujące urządzenia pomiarowe, elektroniczne, elektryczne, podmioty zajmujące się motoryzacją oraz wytwarzające rozmaite maszyny dla przemysłu. Możliwości magnetyczne doceniła również branża meblowa, oferująca odzież, w szczególności związana z odzieżą medyczną, podmioty dystrybuujące zamykania do portfeli i torebek, a także branża reklamowa.