Magnesy neodymowe NdFeB od ponad czterech dekad pozostają punktem odniesienia dla bardzo silnych magnesów stałych. Nie oznacza to jednak, że rozwój nowych materiałów magnetycznych zatrzymał się w latach 80. Naukowcy i przemysł pracują dziś nad kilkoma zupełnie innymi rodzinami magnesów. Jedne mają zapewniać bardzo wysoką magnetyzację, inne lepiej znosić podwyższoną temperaturę, a jeszcze inne wypełnić lukę pomiędzy ferrytami a najlepszymi gatunkami NdFeB.

 

Co ważne, nie wszystkie opisywane niżej materiały są równie „nowe”. Niektóre związki odkryto kilkadziesiąt lat temu, ale dopiero rozwój metod wytwarzania sprawia, że zaczynają być rozważane jako realne materiały techniczne. Najlepszym przykładem jest SmFeN, który z laboratorium przeszedł już do produkcji proszków, granulatów i magnesów wiązanych.

 

SmFeN – jeden z najbardziej zaawansowanych nowych kierunków

Jednym z najciekawszych materiałów jest SmFeN, czyli układ samar–żelazo–azot. Szczególne zainteresowanie budzi związek Sm₂Fe₁₇N₃. Azot wprowadzony do struktury Sm₂Fe₁₇ powoduje radykalną poprawę właściwości magnetycznych: zwiększa temperaturę Curie, magnetyzację oraz przede wszystkim bardzo silną anizotropię magnetokrystaliczną, która jest jednym z warunków uzyskania wysokiej koercji.

 

Najnowsze badania potwierdzają skalę tego efektu. W 2026 roku w chińskim czasopiśmie „Acta Physica Sinica” opublikowano pomiary, w których pole anizotropii Sm₂Fe₁₇N₃ osiągało około 22,6 T w temperaturze pokojowej i przekraczało 50 T przy 2 K. Teoretyczny maksymalny iloczyn energetyczny (BH)max tej klasy materiałów może być porównywalny z NdFeB.

 

SmFeN jest już materiałem przemysłowym

Najważniejsza różnica pomiędzy SmFeN a wieloma innymi kandydatami polega na tym, że nie jest to już wyłącznie materiał laboratoryjny. W Chinach od marca 2024 roku obowiązuje krajowa norma GB/T 42668-2023 dotycząca proszku SmFeN do magnesów wiązanych. W oficjalnym opisie prac normalizacyjnych podano, że firma Youyan Rare Earth New Materials rozpoczęła rozwój produkcji SmFeN już w 2010 roku i zbudowała linię o zdolności około 300 ton proszku rocznie.

 

Nie jest to jedyny chiński producent. Beijing Shanyuan New Materials oferuje zarówno izotropowe, jak i anizotropowe proszki SmFeN. Firma deklaruje dla proszku anizotropowego maksymalny iloczyn BH przekraczający 40 MGOe. Inne przedsiębiorstwa rozwijają granulaty do formowania wtryskowego oraz gotowe magnesy wiązane.

 

Guangzhou Xinlaifu informuje natomiast o rozwijaniu własnej technologii SmFeN i prowadzeniu prób u klientów. Według najnowszych informacji z 2026 roku firma nadal prowadzi walidację wysokowydajnych proszków SmFeN u odbiorców. Wcześniejsze materiały spółki mówiły o linii pilotażowej oraz planach zwiększania produkcji, ale nie należy utożsamiać tych planów z aktualną, potwierdzoną zdolnością masowej produkcji.

 

40 MGOe proszku nie oznacza 40 MGOe gotowego magnesu

W przypadku SmFeN szczególnie łatwo o błędne porównania. Parametry samego proszku magnetycznego nie są tym samym co parametry gotowego magnesu wiązanego. Japońska firma Sumitomo Metal Mining podaje dla anizotropowego proszku SmFeN Wellmax S1 maksymalną wartość iloczynu BH 36–39 MGOe. Po połączeniu proszku z poliamidem PA12 w materiale przeznaczonym do formowania wtryskowego wartość ta wynosi około 10–14 MGOe.

 

Nie jest to wada charakterystyczna wyłącznie dla SmFeN. W każdym magnesie wiązanym część objętości zajmuje tworzywo sztuczne, dzięki któremu możliwe jest wykonywanie skomplikowanych kształtów, cienkich pierścieni i elementów zintegrowanych z innymi częściami. Odbywa się to jednak kosztem gęstości materiału magnetycznego.

 

Dlaczego nie spieka się SmFeN tak jak NdFeB?

Jednym z najważniejszych ograniczeń SmFeN jest jego zachowanie podczas ogrzewania. Faza Sm₂Fe₁₇N₃ zaczyna rozpadać się przy temperaturach rzędu około 550–600°C. Uniemożliwia to zastosowanie typowego wysokotemperaturowego spiekania znanego z produkcji NdFeB.

 

Dlatego obecnie dominują proszki i magnesy wiązane. Badane są jednak metody zagęszczania w niższej temperaturze. W literaturze opisano już gęste magnesy SmFeN osiągające maksymalny iloczyn energetyczny (BH)max w okolicach 25 MGOe. To właśnie opracowanie procesu wytwarzania dużych, gęstych i powtarzalnych elementów może zdecydować o przyszłości tej technologii.

 

Fe₁₆N₂ – magnes z żelaza i azotu

Jeszcze bardziej niezwykłym kandydatem jest α″-Fe₁₆N₂. Materiał składający się zasadniczo z żelaza i azotu może wykazywać bardzo wysoką magnetyzację nasycenia. Samo uzyskanie dużej magnetyzacji nie wystarcza jednak do stworzenia dobrego magnesu stałego. Potrzebna jest również odpowiednio wysoka koercja, czyli odporność materiału na rozmagnesowanie.

 

Przez wiele lat problemem było wytwarzanie odpowiednio dużej ilości fazy α″-Fe₁₆N₂ oraz eliminowanie pozostałości miękkiego magnetycznie żelaza. Technologia rozwija się jednak bardzo szybko. Amerykańska firma Niron Magnetics przygotowuje zakład w Sartell w stanie Minnesota, który ma rozpocząć produkcję w 2027 roku i docelowo osiągnąć zdolność do około 1500 ton magnesów z azotku żelaza rocznie.

 

Równocześnie prowadzone są intensywne prace w Chinach. Przykładem jest patent Central South University CN119284845A/B opisujący jednoetapową metodę otrzymywania proszku α″-Fe₁₆N₂ bez pozostałej miękkiej fazy Fe. Metoda wykorzystuje rozdrobniony koncentrat żelaza, jego aktywację, utlenienie powierzchniowe, a następnie jednoczesną redukcję i azotowanie w atmosferze zawierającej amoniak i wodór.

 

Osobnym kierunkiem są badania nad stopowaniem Fe₁₆N₂. W pracy opublikowanej w „Acta Materialia” przeanalizowano wpływ 27 różnych pierwiastków na wewnętrzne właściwości magnetyczne tego materiału. Nie jest to jeszcze gotowa receptura produkcyjna, ale pokazuje, jak szeroko poszukuje się sposobów poprawienia jego parametrów.

 

SmFe₁₂ – zupełnie inna rodzina magnesów samarowych

Nie wszystkie nowe magnesy mają rezygnować z pierwiastków ziem rzadkich. Bardzo interesującą rodziną są związki o strukturze typu ThMn₁₂, wywodzące się od SmFe₁₂. Zawierają dużo żelaza i stosunkowo mało samaru, a ich właściwości wewnętrzne sprawiają, że od lat są rozważane jako możliwa nowa generacja wysokoenergetycznych magnesów stałych.

 

Największym problemem jest niestabilność czystej fazy SmFe₁₂. Do jej stabilizacji zwykle dodaje się między innymi Ti, V lub inne pierwiastki, które niestety mogą jednocześnie pogarszać część właściwości magnetycznych. Kolejnym problemem jest uzyskanie odpowiedniej mikrostruktury i granic ziaren, bez których wysoka anizotropia samego związku nie przekłada się na wysoką koercję gotowego magnesu.

 

W 2021 roku udało się wytworzyć gęsty magnes Sm(Fe_0,8Co_0,2)₁₁Ti o maksymalnej wartości iloczynu BH 12,22 MGOe. Był to wówczas najwyższy wynik raportowany dla masywnych magnesów z tej rodziny. W 2026 roku opisano z kolei pełny proces obejmujący wstępne spiekanie, prasowanie na gorąco i wyżarzanie, który pozwolił uzyskać w pełni zagęszczony anizotropowy magnes o wartości 10,11 MGOe.

 

Niższa wartość 10,11 MGOe nie oznacza więc cofnięcia rozwoju technologii. Znaczenie nowszej pracy polega przede wszystkim na opracowaniu kompletnej metody otrzymywania gęstego magnesu oraz wytworzeniu ciągłej, bogatej w samar i ubogiej w żelazo fazy na granicach ziaren. Taka mikrostruktura pomaga magnetycznie izolować ziarna i zwiększać koercję.

 

MnBi – ciekawy kandydat do pracy w wysokiej temperaturze

MnBi, czyli związek manganu z bizmutem, przyciąga uwagę ze względu na nietypową zależność właściwości magnetycznych od temperatury. W określonym zakresie jego koercja może rosnąć wraz ze wzrostem temperatury. To bardzo interesująca cecha, ponieważ w wielu klasycznych magnesach odporność na rozmagnesowanie wraz z ogrzewaniem spada.

 

W 2025 roku Ames National Laboratory poinformowało o wykonaniu magnesów wiązanych MnBi oraz ich sprawdzeniu w rzeczywistym silniku napędzającym pompę przemysłową. Nie oznacza to jeszcze, że MnBi może konkurować z najmocniejszymi NdFeB pod względem maksymalnego iloczynu BH. Jego potencjalną specjalnością mogą być raczej urządzenia, w których bardzo ważna jest praca w podwyższonej temperaturze.

 

MnAl – świetny na papierze, trudny w praktyce

Drugim interesującym materiałem manganowym jest MnAl. Jego właściwości twardomagnetyczne związane są z metastabilną fazą τ. Pod względem teoretycznych właściwości materiał od dawna wygląda obiecująco, ale uzyskanie odpowiedniej fazy, mikrostruktury i koercji w gotowym magnesie okazuje się bardzo trudne.

 

Dlatego MnAl nadal pozostaje daleko od parametrów najlepszych magnesów ziem rzadkich. Współczesne przeglądy badań podkreślają, że mimo dziesięcioleci prac nie udało się jeszcze doprowadzić tej technologii do ekonomicznie konkurencyjnej produkcji masowej. MnAl pozostaje więc interesującym kierunkiem badań, ale znajduje się na wcześniejszym etapie niż SmFeN.

 

Tetrataenit – magnes inspirowany meteorytami

Jednym z najbardziej niezwykłych kandydatów jest tetrataenit, czyli uporządkowany stop żelaza i niklu L1₀-FeNi. Naturalny tetrataenit występuje między innymi w meteorytach. Jego powstanie wymaga bardzo precyzyjnego uporządkowania atomów Fe i Ni, do którego w naturze może dochodzić podczas niezwykle powolnego chłodzenia materii meteorytowej.

 

W zależności od przyjętych parametrów materiału teoretyczny maksymalny iloczyn BH tetrataenitu jest szacowany w literaturze na około 42–56 MGOe. Nie należy jednak porównywać tych liczb bezpośrednio z parametrami współczesnych próbek laboratoryjnych. Największym problemem jest uzyskanie odpowiednio wysokiego stopnia uporządkowania atomowego w procesie, który można przeprowadzić w rozsądnym czasie.

 

W 2024 roku zespół Ames National Laboratory otrzymał syntetyczny L1₀-FeNi osiągający maksymalny iloczyn BH około 6 MGOe. Był to rekordowy wynik dla syntetycznego tetrataenitu, ale jednocześnie pokazuje ogromną różnicę między teoretycznym potencjałem idealnego materiału a możliwościami obecnej technologii.

 

Fe₂P – materiał dopiero na początku drogi

Znacznie bardziej eksperymentalnym kierunkiem są materiały o strukturze fosforku żelaza Fe₂P. Sam Fe₂P nie jest dobrym magnesem stałym do zastosowań w temperaturze pokojowej, między innymi z powodu niewystarczających parametrów temperaturowych i magnetycznych.

 

Badania pokazują jednak, że zastępowanie części żelaza kobaltem oraz modyfikowanie drugiej podsieci krystalicznej krzemem i borem pozwala znacząco zmieniać magnetyzację, temperaturę Curie i anizotropię. Na tym etapie Fe₂P należy traktować raczej jako platformę do projektowania przyszłych materiałów niż kandydat gotowy do produkcji magnesów.

 

Który materiał może rzeczywiście zagrozić dominacji NdFeB?

Nie ma obecnie jednego materiału, który pod każdym względem byłby lepszy od NdFeB. Coraz wyraźniej widać natomiast, że przyszłość może należeć do kilku różnych klas magnesów stałych przeznaczonych do różnych zastosowań.

 

Najbardziej dojrzały technologicznie wydaje się obecnie SmFeN, ponieważ jego proszki i materiały do magnesów wiązanych są już produkowane komercyjnie, a w Chinach istnieje nawet krajowa norma regulująca ich parametry. Fe₁₆N₂ znajduje się w wyjątkowo interesującym momencie przejścia od technologii pilotażowej do produkcji przemysłowej. SmFe₁₂ ma bardzo duży potencjał, zwłaszcza jeśli uda się rozwiązać problemy z mikrostrukturą i stabilnością fazy.

 

MnBi może natomiast znaleźć własną niszę w zastosowaniach wysokotemperaturowych. Tetrataenit pozostaje fascynującym materiałem o ogromnym potencjale teoretycznym, ale wciąż wymaga przełomu w technologii syntezy. MnAl i materiały Fe₂P są obecnie jeszcze bardziej eksperymentalne.

 

Dlatego bardziej prawdopodobne od pojawienia się jednego „następcy magnesu neodymowego” jest powstanie całej nowej generacji wyspecjalizowanych magnesów stałych. Po dziesięcioleciach dominacji NdFeB badania nad materiałami magnetycznymi ponownie stały się wyjątkowo dynamiczną dziedziną.

 

Bibliografia

National Public Service Platform for Standards Information, GB/T 42668-2023, „Samarium-iron-nitrogen permanent magnetic powder for bonded magnet”. https://std.samr.gov.cn/gb/search/gbDetailed?id=X8p6TP7geuI%3D&mode=p

 

National Public Service Platform for Standards Information, informacje do angielskiej wersji GB/T 42668-2023 oraz opis rozwoju produkcji SmFeN w Chinach. https://std.samr.gov.cn/gfs/search/gfsDetailed?id=16AB0CC19642D532E06397BE0A0A3050

 

Lin Z. i in., „Ultra-strong magnetocrystalline anisotropy of Sm-Fe-N permanent magnetic materials”, Acta Physica Sinica, 2026, 75(6), 060710. DOI: 10.7498/aps.75.20251613

 

Beijing Shanyuan New Materials Co., Ltd., informacje produktowe dotyczące proszków SmFeN. https://synewmaterial.com/cpzx

 

Sumitomo Metal Mining Co., Ltd., „Rare Earth Magnet Materials – Wellmax”. https://crossmining.smm.co.jp/material/magnet_materials/

 

Guangzhou Xinlaifu New Materials Co., Ltd., raporty i informacje dla inwestorów dotyczące rozwoju materiałów SmFeN, 2025–2026.

 

„高密度块状钐铁氮磁体制备的研究进展”, Rare Metal Materials and Engineering, 2023, 52(6), 2264–2277. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220422

 

Central South University, CN119284845A/B, „一种一步法生产无Fe相α″-Fe16N2粉末的方法” / „Method for producing Fe-phase-free α″-Fe16N2 powder by a one-step process”. https://patents.google.com/patent/CN119284845A/zh

 

Zhao B. i in., „Optimizing α″-Fe16N2 as a permanent magnet via alloying”, Acta Materialia, 303, 2026, 121721. DOI: 10.1016/j.actamat.2025.121721

 

Niron Magnetics, informacje dotyczące zakładu produkcyjnego Iron Nitride w Sartell, Minnesota, 2026. https://nironmagnetics.com/niron-magnetics-strengthens-local-ties-by-joining-sartell-chamber-of-commerce-ahead-of-new-facility/

 

Qian H.-D. i in., „Phase transformation and magnetic properties of fully dense Sm(Fe0.8Co0.2)11Ti bulk magnets”, Scripta Materialia, 193, 2021, 17–21. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2020.10.030

 

Ma Z. i in., „A full-process preparation strategy for fully-dense anisotropic ThMn12-type magnets”, Journal of Alloys and Compounds, 1070, 2026, 188705. DOI: 10.1016/j.jallcom.2026.188705

 

Song S., He Y., „Rare earth free Mn-Al and Mn-Bi magnetic materials: A review”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 628, 2025, 173187. DOI: 10.1016/j.jmmm.2025.173187

 

Ames National Laboratory, „Scientists develop rare earth free magnet for use in industrial motors”, 2025. https://www.ameslab.gov/news/scientists-develop-rare-earth-free-magnet-for-use-in-industrial-motors

 

Hlova I.Z. i in., „Enhancement of hard magnetism and chemical order of synthetic L10-FeNi”, Journal of Alloys and Compounds, 981, 2024, 173619. DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.173619

 

Uyanga E. i in., „Fe2P based alloys as possible rare-earth free permanent magnets”, Acta Materialia, 289, 2025, 120848. DOI: 10.1016/j.actamat.2025.120848