Nowoczesne magnesy neodymowe - jak zostały wymyślone. Podczas kiedy były projektowane następne silne magnesy oparte o samar, na początku lat osiemdziesiątych zostały odkryte interesujące właściwości magnetyczne związku neodymu w połączeniu z żelazem i borem. Firma General Motors stworzyła w 1984 roku związek o wzorze Nd₂Fe₁₄B, mające skład ponad 70% żelaza, 15% neodymu, 6% boru. Proces wytwarzania magnesów neodymowych o dużej mocy wykorzystuje dwie metody. Japoński zakład Sumitomo, wchodzący w skład firmy Hitachi, tak samo jak przy magnesach smarowych, stosował metodę spiekania materiałów w formie proszku, dzięki czemu uzyskiwano gęste magnesy.

W USA silne magnesy neodymowe były tworzone w zakładach firmy GM techniką dynamicznego schładzania stopionego proszku izotropowego. Dlaczego połączenie neodymu z żelazem i borem dało znacznie lepsze rezultaty? Użycie neodymu było znacznie tańsze, niż związków samaru, a oprócz tego neodym charakteryzuje się znacznie lepszymi parametrami magnetycznymi. Niestety temperatura Curie neodymu była znacznie niższa, z takich też powodów postanowiono podnieść tę temperaturę do 530°C. Tak wysoki poziom uzyskano przez dodatek do puli składników domieszki boru. Poza tym można również w dowolny sposób zmieniać właściwości magnetyczne, dzięki wprasowaniu do magnesu dodatkowych pierwiastków, typu gal Ga, miedź Cu, niob Nb i aluminium Al.

Magnesy neodymowe wyposażane są też w specjalne powłoki ochraniające przed rdzewieniem i zabezpieczające przed szkodliwymi warunkami atmosferycznymi. Jest to realizowane przez nałożenie warstwy niklu lub miedzi np. w uchwytach magnetycznych do poszukiwań, czyli mocnych magnesach używanych do sprawdzania dna akwenów wodnych. Cały czas są opracowywane bardziej zaawansowane magnesy neodymowe, a przez ciągły postęp w metalurgii, powstają coraz to nowe łączenia metali o podwyższonej koercji, jak również magnesy o znacznie wyższej temperaturze Curie oraz możliwości namagnesowania stopów, przekraczające 1,6Tesli.

Pierwsze udokumentowane badania i testy nad stopami jakie można by było wykorzystać do wytwarzania silnych magnesów rozpoczęły się w 1966 roku. Wtedy to właśnie naukowcy K. Strnat oraz G. Hoffer z laboratorium Air Force Materials , rozpoczęli pracę nad materiałami magnetycznymi, składającymi się z metali należących do grupy metali ziem rzadkich. W początkowym okresie testowane stopy, które zamierzano wykorzystać do wytwarzania mocnych magnesów, były tworzone o kobalt, żelazo oraz kilka lantanowców, w skład których wchodzą: cer Ce, prazeodym Pr, neodym Nd, itr Y, samar Sm oraz lantan La. Wymienione powyżej lantanowce wykazują szczególne cechy, takie jak możliwość silnego namagnesowania, jednak posiadały bardzo niską temperaturę Curie. Obecnie tworzone magnesy neodymowe o dużej sile mają w składzie poza żelazem również dodatek lekkich lantanowców, co daje strukturze wysoki poziom anizotropii magneto-krystalicznej, a oprócz tego uzupełnia się ten skład o kobalt żeby podnieść poziom temperatury Curie. Magnesy neodymowe opracowano w 1970 roku wykorzystując sproszkowane ziarna samaru wraz z innymi związkami z grupy lantanowców. Stworzono pierwszy na świecie, silny magnes typu SmCo₅. Samą produkcję oparto na zjawisku kierunkowania drobinek sproszkowanego stopu w polu magnetycznym przy spiekaniu. Tworzenie gotowych magnesów odbywało się w temperaturze powyżej 1100°C wraz z ostatecznym wyżarzanie w temperaturze 850°C. Finalnym z etapów tworzenia silnego magnesu było magnesowanie całości przy użyciu pola magnetycznego 2T. Przez taką technologię temperatura Curie nowatorskich magnesów podwyższyła się do 745°C.

Obecnie na świecie wytwarza się neodymowe magnesy głównie na kontynencie azjatyckim. Podstawowym producentem i dostawcą takich wyrobów są Chiny, ze względu na kontrolę nad większością światowych złóż pierwiastków ziem rzadkich. Do wytwarzania przemysłowego magnesów zastosowanie znalazły głównie dwie grupy związków: Sm₂Fe₁₇N₂ oraz Nd₂Fe₁₄B. Są to magnesyneodymowe i magnesy posiadające strukturę nanokrystaliczną, charakteryzujące się nie tylko dużym stopniem namagnesowania, lecz także wysokim poziomem remanencji magnetycznej. Użycie magnesów o dużej mocy jest naprawdę wszechstronne. Ważnymi rodzajami odbiorców są firmy z branży produkcyjnej, projektujące sprzęt elektroniczny i elektryczny, zwłaszcza firmy zajmujące się motoryzacją, wykorzystujące wydajne elektryczne oraz hybrydowe silniki. Przy wytwarzaniu takich silników wykorzystywane są neodymowe magnesy ze stopu z pierwiastkami ograniczającymi spadek wydajności magnesów w podwyższonych temperaturach na przykład takimi jak Terb (Tb) czy dysproz (Dy) . Przez użycie powyższych związków, poprawiono w znacznym stopniu koercję magnetyczną oraz ogólną wydajność silnych magnesów stosowanych w urządzeniach elektrycznych o większej mocy. Na terenie Stanów Zjednoczonych już od dawna prowadzone są specjalistyczne badania przez powołany do tego celu Instytut Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), który ma zadanie opracowywać nowoczesnych materiałów. Przed kilku laty ARPA-E desygnowała blisko 32 miliony dolarów na rozwijanie zaawansowanych projektów w programie Rare-Earth Substitute, czyli możliwości opracowania związków zastępujących metale ziem rzadkich jako zastępstwo dla naturalnych pokładów pierwiastków, które znajdują się pod kontrolą Chin.

Wytwarzanie magnesów na bazie neodymu opiera się o dwie technologie. W Japonii stosowano metodę spiekania mieszanin proszków, a na terenie Stanów popularność zyskała technika szybkiego chłodzenia. Zależnie od potrzeb, magnesy z neodymu można również wytwarzać poprzez zastosowanie innych domieszek, na przykład galu, miedzi czy aluminium. Dzięki takim połączeniom można w szerokim zakresie kontrolować magnetyczne właściwości samego magnesu, jego wytrzymałość oraz odporność na wysokie temperatury . Da się nawet sprawić, że struktura magnesu będzie odporna na atmosferyczne warunki, na przykład wodę, powodującą zmiany korozyjne. Natomiast systematyczne dopracowywanie metalurgii proszkowej doprowadziło do opracowania różnego rodzaju materiałowych stopów, które w znaczący sposób wpłynęły na zwiększenie temperatury Curie. Wytwarzany nowoczesną metodą produkcyjną magnes neodymowy, może uzyskać poziom namagnesowania przekraczający 1,6T, czyli znacznie większe choćby od pola magnetycznego Ziemi.

Przede wszystkim głównymi odbiorcami magnesów są podmioty oferujące urządzenia elektryczne, elektroniczne, pomiarowe, podmioty zajmujące się motoryzacją oraz produkujące rozmaite maszyny dla przemysłu. Zalety magnesów dużej mocy doceniła również branża meblarska, oferująca odzież, w szczególności związana z odzieżą medyczną, podmioty dystrybuujące zamykania do torebek, portfeli oraz marketing i reklama.

Neodymowe magnesy to dziś najmocniejsze magnesy, jakie udało się do tej pory stworzyć. Blisko 30 lat temu w dublińskim instytucie Trinity College naukowiec Michael Coey wymyślił nieznany dotychczas magnetyczny materiał o strukturze chemicznej Sm₂Fe₁₇N₂. Proces jego produkcji opierał się o syntezę proszków samaru oraz żelaza, które sprasowane w polu magnetycznym o dużej mocy razem z nowym składnikiem – azotem, uzyskały zakres temperatury Curie wynoszący 470°C i poziom namagnesowania 0,9T. Nie są to wyniki zbliżone do poziomu magnesu neodymowego, ale nowo opracowany stop przewyższał w znacznym stopniu pierwsze magnesy oparte o ten pierwiastek. Koniec XX wieku przyniósł pomysły w dziedzinie mocnych magnesów oraz metod ich produkowania.
Opracowano materiał i strukturze nano-krystalicznej, składający się z malutkich ziaren o rozmiarze mniejszym niż 100 nm. Odkryte w czasie badań ziarna nano-kryształów, w odróżnieniu od do monokryształów są od siebie oddzielone o wiele większymi granicami o wyższym napięciu powierzchniowym oraz nieuporządkowanej strukturze wewnętrznej. Poprzez zastosowanie, na etapie produkcji pierwiastków z grupy ziem rzadkich w połączeniu z dodatkiem żelaza, charakteryzują się dużą wartością remanencji magnetycznej. Bardzo dobre parametry magnetyczne biorą się też z jednej istotnej rzeczy, czyli sprzężenia momentów magnetycznych żelaza oraz neodymu. Jest dzięki temu możliwe świetne namagnesowanie magnesów neodymowych.