A piacon többféle kereskedelmi forgalomban elérhető állandó mágnes található. Az időrendi sorrendben feltalált típusok az alnico, ferrit, SmCo (samarium kobalt), NdFeB (neodímium vas bór, Neo) és SmFeN (samarium vas nitrid). Az utolsó három típus “ritka földfém” mágneseknek számítanak, mivel tartalmaznak egy vagy több ritka földfém elemet. Az évente gyártott összmennyiség tekintetében a ferrit és a ritka földfém típusok dominálnak a permanens mágnes piacán. A ferrit és ritka földfém mágnesek kb. 70 súlyszázaléka kerül felhasználásra motorokban. Az állandó mágneses motorok számos előnnyel rendelkeznek a nem mágneses indukciós típusokkal szemben, leginkább az energiahatékonyság tekintetében kiemelkedőek. Ezzel párosulva a motorok széleskörű használata azt jelenti, hogy az állandó mágnesek kulcsfontosságú anyagok a modern gazdaságokban.
Mágnes Alternatívák A 20. század jelentős fejlesztéseket hozott a permanens mágnes anyagok területén. Körülbelül minden 12 évben új és jelentősen fejlesztett mágneses anyag került feltalálásra. Az első nagy találmány az alnico mágnes anyagcsaládhoz kapcsolódott, amely 1931 végén kezdődött és 1975-ig folytatódott. Ezután, 1952-ben a Philips cég piacra dobott egy mágneses kerámiát. Az anyagot ma permanens mágneses ferritként, kemény ferritként vagy egyszerűen csak ferrit mágnesként emlegetik. Az összetételét az MO•(Fe2O3)6 képviseli, ahol a M fém lehet bárium, ólom vagy stroncium. Az összes ferrit mágnes ma stroncium felhasználásával készül, mivel mind a bárium, mind az ólom környezeti és biztonsági kérdésekkel jár. A ferrit mágnesek fejlesztése az alnico fejlesztési időszak végével egybeesett. (Megjegyzés: vannak lágy mágneses mangán, nikkel és/vagy cink alapú ferritok is, ezeket nem szabad összekeverni a permanens mágneses ferritekkel.)
Az 1950-es évektől kezdve a kutatók ritka földfém elemekkel, különösen az ittriummal, dolgoztak együtt a természetes ferromágneses elemekkel, mint például a vas, a nikkel és a kobalt. Megállapították, hogy az ittrium-kobalt (YCo5) érdekes mágneses tulajdonságokkal rendelkezik. A REE+(Co,Fe) családjával kapcsolatos kutatások eredményeként 1965-ben Karl Strnat, az Ohio állambeli Wright Patterson légi támaszponton, az Egyesült Államokban felfedezte az SmCo5-t. Dr. Strnat az egy közeli University of Dayton Research Institute intézetbe költözött, és Herb Mildrummal és Al Ray-jel folytatta az SmCo fejlesztését. Mint sok kutatás esetén, számos laboratórium vizsgált hasonló összetételt, és a felfedezés hozzárendelése gyakran attól függ, hogy ki kapta meg a szabadalmat vagy ki publikálta először az adatokat.
A metallográfiai kutatások részeként keresés folyt a stabil samarium-kobalt ötvözetek után, amelyek kevesebb ritka földfém tartalmat tartalmaznak. Ennek eredményeként megtalálták az Sm2Co17-t. Ez az ötvözet, bár ígéretes volt, nem rendelkezett elegendő koercivitással (demagnetizálódás elleni ellenállás), így rosszabb maximális energiaterméket eredményezett. Számos kísérlet után a Strnat/Ray/Mildrum csapat rézből és egy keményfémötvözetből, leginkább cirkóniumból, adalékot alkalmazott a maradék mágneses indukció (Br), a maximális energiatermék és a koercivitás optimalizálása érdekében. Ez azáltal fejlesztett Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17 ötvözet, amelyet néha SmCo 2:17-ként emlegetnek, 1975-re piacra került, és azonnal a választott anyaggá vált igényes alkalmazásokhoz.
1978-ra a SmCo 2:17 széles körben elterjedt a nagy teljesítményű motorokban és az érzékelőkben, különösen a zord környezeti körülmények közötti alkalmazásokban, például az autók motorháztete alatti területeken. 1978-ban Zaire (Belgium Kongó) polgári zavara megzavarta a kobalt ellátását, és a kobalt ára 6,5-szörösére emelkedett az alapárhoz képest. Ennek eredményeként komolyan elkezdődött a kobaltmentes, nagy teljesítményű mágnesek keresése. Sok laboratórium kísérletezett ritka földfém elemekkel és vasral, de ezek az ötvözetek rossz permanens mágneses tulajdonságokkal rendelkeztek, bár néhány ígéretes lágy mágneses tulajdonsággal bírt. N.C. Koon, B.N. Das és mások a Naval Research Laboratory-nál egy ultramagas teljesítményű lágy mágneses anyagot próbáltak kifejleszteni. Az öntvény-forgácsolás során a misch fém-vas ötvözethez a kristályosodás megakadályozása érdekében üvegképző elemként bórt adtak a kompozícióhoz. Az meglepő eredmény egy mérsékelten nagy teljesítményű permanens mágneses anyag volt, amelyért a Haditengerészet szabadalmat nyújtott be és kapott a kompozíció, a folyamat és a termék tekintetében. 1980 őszén Koon beszámolt erről a felfedezésről, és röviddel ezután mind Musato Sagawa (Sumitomo), mind John Croat (GM) optimalizálta a kompozíciót és a folyamatokat a Neo (NdFeB) mágnesek számára. A versenytársak szerint az NdFeB-t állítólag Kus’ma és munkatársai az 1970-es évek végén az Szovjetunióban azonosították. Az első kereskedelmi termék állítólag a Crucible Magnetics (Elizabethtown, KY, USA) által került értékesítésre 1984. novemberében.
Az NdFeB kereskedelmi forgalomba hozatala nem állította meg a kutatást más nagy teljesítményű mágneses anyagok iránt. Európában a Magnéziumra Irányuló Európai Akció (CEAM) befolyásolta a nitrid mágnesek felfedezését, különösen az SmFeN-t, amelyet J.M.D. Coey fedezett fel a Trinity College-ban. Kb. 40 MGOe maximális energiatermékkel rendelkező ötvözet potenciálisan nagy találmánynak számított. Fontos megjegyezni azonban, hogy a korlátozása az, hogy a anyag por alakban képződik, és ~450°C felett bomlik, ami megakadályozza a sűrűség teljes konszolidációját és korlátozza a kötött mágnes alkalmazására. A kötőanyag hígító hatása miatt a kereskedelmi kötött mágnesek maximális energiaterméke 20 MGOe alatt van.
Így jelenleg két fő kereskedelmi anyag van (ferrit és NdFeB), valamint három kevésbé használt anyag (alnico, SmCo és SmFeN).
Kulcsfontosságú paraméterek Az alkalmazásban való használat szempontjából fontos számos mágnesjellemző figyelembevétele. A hőmérséklet használatakor az egyik legfontosabb tényező a hőmérséklet. Mint könnyen elképzelhető, a mágneses tér nem állandó: hőmérsékletváltozással erősödhet vagy gyengülhet. Az 1. ábra a különböző anyagok használható hőmérséklettartományát mutatja. Kényelmesen, a legtöbb alkalmazás -40 °C és 150 °C közötti hőmérsékleten mágneseket használ, és az összes felsorolt anyag használható.
A nyersanyagárak és az elérhetőség kérdései a mai vita központjában állnak, és befolyásolja a nyersanyagok általános elérhetősége, földrajzi eloszlása, könnyű kinyerése az ásványiércből és az nyílt piaci kereskedés. A valós és elméleti elemek több mint 120 eleméből csak 36 hasznosítható potenciálisan mágneses anyagok létrehozásához, és csak néhány képes valóban mágneses kimenetet előállítani, melynek forrása az elektronok spin egyensúlyhiánya. Ezeknek az elemeknek a listája azt mutatja, hogy a legtöbb, külön-külön és kombinációban is, már legalább 150 éve alaposan vizsgálták[10]. A félkövér zöld színű elemek a táblázatban könnyen elérhetőek; a nem félkövér zöld színűek is nagyon elérhetőek; a fekete szöveg az árak vagy az ellátás esetleges kisebb problémáit jelzi; a piros betűk ritka vagy problémás elemeket jelölnek.
A mágneses anyagokban használt elemek közül a ritkaföldfémek a legproblémásabb a földrajzi korlátozások miatt. Kína továbbra is az évente felhasznált ritkaföldfém-oxidok 90 százalékát termeli. Kína termeli (és fogyasztja) az összes permanens mágnesek több mint 80 százalékát. Az NdFeB gyakorlatilag nem termelődik az Egyesült Államokban. Amikor egy amerikai vállalat NdFeB mágneseket szeretne vásárolni, azokat importálják. Az amerikai ITC (International Trade Commission) statisztikákat vezet a “fémmágnesek” importjáról, amelyek magukba foglalják az NdFeB-t, az SmCo-t, a FeCrCo-t, a Vicalloy-t és hasonló permanens és félig kemény mágneses anyagokat. Az import értékének nagy részét az NdFeB jelenti. Az Egyesült Államokba történő import 2015-ben összesen 274 millió dollár volt. Ha 85 százalékát (valószínűleg egy reális becslés) NdFeB-nek tekintjük, az 233 millió dollárt jelent, ami kevesebb mint a globális NdFeB piac 3 százaléka. Természetesen a mágnes import nagy része már termékekben található mágnesekkel történik, és ezeket nem számolják be a mágnes importstatisztikában.
Változó piacok Több mint 20 alkalmazás azonosításra került a ritkaföldfém mágnesek számára. Sok közülük drámai változásokon megy keresztül, vagy növekszik a ritkaföldfém mágnesek használata, vagy csökken. Itt hat piac lesz megvitatva.