Seltenerdmagnete

18SeltenerdmagneteHistorieEntwicklung SmCo: Mitte der 60er JahreEinsatz: Ende der 60er/Anfang der 70er JahreEntwicklung NdFeB: Anfang der 80er JahreEinsatz: Mitte der 80er JahreProduktionsbeginn bei Magnetfabrik Schramberg1986RohstoffvorkommenDie wesentlichen Bestandteile bei SmCo sind Samariumund Cobalt, bei NdFeB Neodym und Eisen.Die Seltenerdmetalle Samarium und Neodym sindin Form von Erzen reichlich vorhanden und sind imPeriodensystem den seltenen Erden zugeordnet.Cobalt ist als natürlicher Rohstoff ebenfalls in ausreichendenMengen vorhanden.RohstoffgewinnungNeodym, Samarium und Cobalt werden in verschiedenenGebieten der Erde abgebaut.WerkstoffartMetallischer WerkstoffHerstellungsverfahrenPress- und Sinterprozess unter SchutzgasWann eingesetzt bzw. prägnante EigenschaftenSeltenerdmagnete weisen eine sehr hohe Energiedichteauf und finden immer dann ihren Einsatz,wenn höchste Kräfte bzw. höchste magnetischeFlussdichten auf kleinstem Raum gefordert sind.Durch die hohen Energiedichten ist eine Miniaturisierungz. B. im Bereich Sensortechnik oder eineReduzierung der Baugruppengröße z. B. im Motorenbaumöglich.

20 SeltenerdmagneteDer Weg vom Rohstoffzum MagnetenLegierungWarenausgangskontrolleMagnetisieren, Markieren, Beschichtennach KundenwunschSeltenerdmagnete bestehen hauptsächlich aus intermetallischenVerbindungen von Seltenerdmetallen(Samarium, Neodym) und Übergangsmetallen (z. B.Cobalt, Eisen). Im Unterschied zu Hartferritmagnetenerfolgt das Mahlen, Pressen und Sintern unterSchutzgas-Atmosphäre. Die Magnete werden entwederim Ölbad (isostatisch) oder im Werkzeug(axial oder diametral) gepresst. Nach dem Sinternlassen sie sich z. B. durch Schleifen mit Diamantwerkzeugenweiterbearbeiten.Oberfläche bearbeiten(Schleifen/Sägen)Sintern

Seltenerdmagnete 21RohstoffeingangsprüfungBrechen/SiebenMahlenMischenIsostatisches PressenAxial- und Querfeldpressen mit Magnetfeld

22 SeltenerdmagneteMagnetische Kenndaten im Vergleich14001300NdFeB 300/125 hNdFeB 270/125 hNdFeB 250/125 wNdFeB 250/175 hRemanenz B r[mT] (Mittelwerte)120011001000Sm2Co17 195/160 hSm2Co17 180/160 wNdFeB 230/175 wNdFeB 230/220 hNdFeB 210/220 hNdFeB 200/220 wNdFeB 180/220 wNdFeB 210/250 hNdFeB 180/250 wSmCo5 160/175 h900SmCo5 140/175 w8001300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400Koerzitivfeldstärke H cJ[kA/m] (Mittelwerte)FormgebungsmöglichkeitenRing-, Rund-, Segment- und Vierkantmagnete sind die gebräuchlichstenFormen presstechnisch hergestellter Dauermagnete. Darüberhinaus können auch Sonderformen hergestellt werden – am bestenschon beim Pressen, da eine nachträgliche Formgebung (mit Bohrungen,Fasen, Kerben, Senkungen usw.) nur durch aufwändige Bearbeitungsverfahrenmit Diamantwerkzeugen möglich ist. Dabei ist zubeachten, dass diese nur in Pressrichtung hergestellt werden können.Da bei anisotropen Magneten die Magnetisierungsrichtung derPressrichtung entspricht, können Bohrungen, Fasen, Kerben, Senkungenusw. auch nur in Magnetisierungsrichtung angebracht werden.>> Nähere Details finden Sie unter dem Stichwort „Typische Magnetformen“ in dentechnischen Informationen auf Seite 60.Mechanische EigenschaftenAls typische Sintermetalle reagieren Seltenerdmagnete spröde gegenSchlag- und Biegebelastung, wobei Sm2Co17 die höchste Sprödigkeitaufweist. Bearbeitungsverfahren wie Schleifen und Trennen sindwegen der spezifischen Härte nur mit Diamantwerkzeugen möglich.Bearbeitungsverfahren wie Erodieren oder Wasserstrahlschneidensind ebenfalls möglich.Magnetische KenndatenDie maximalen Einsatztemperaturen für NdFeB-Magnete variierenzwischen 130 °C und 220 °C, bei SmCo-Magneten zwischen 250 °Cund 350 °C. Die kompletten magnetischen Kenndaten, gemessennach IEC 60404-5, sind auf den Seiten 24 - 27 in Diagramm- und Tabellenformzusammengefasst. Abhängig von Form und Abmessung könnenAbweichungen auftreten.Axial, im Querfeld (diametral) und isostatisch gepresste MagneteSeltenerdmagnete werden entweder aus isostatisch gepressten Rohmagnetengeschnitten bzw. im Querfeld (h-Material) oder im Axialfeld(w-Material) gepresst. Die unterschiedlichen Herstellungsartenwirken sich auf die magnetischen Eigenschaften aus. So weisen dieh-Materialien eine etwas höhere Remanenz (B r) auf. Die Koerzitivfeldstärke(H cJ) ist identisch. Im Allgemeinen erfüllen jedoch die imAxialfeld gepressten Typen die gestellten Anforderungen und könnenbei größeren Stückzahlen kostengünstiger hergestellt werden.TemperaturverhaltenUnter Temperatureinflüssen zeigen Seltenerdmagnete ein verändertesmagnetisches Verhalten. Die Remanenz und die Koerzitivfeldstärkesinken mit steigender Temperatur und steigen mit fallen-

Seltenerdmagnete 23Wissenswertesder Temperatur (Temperaturkoeffizienten siehe Tabellen). Die Prozessesind reversibel. Durch die Reduzierung der Koerzitivfeldstärkebei hohen Temperaturen können Magnete mit tiefliegendem Arbeitspunktund/oder magnetischen Gegenfeldern einen bleibendenMagnetisierungsverlust erleiden.Chemische Eigenschaften/KorrosionsbeständigkeitSeltenerdmagnete weisen metallischen Werkstoffen entsprechendeEigenschaften auf, z. B. den typischen Glanz unmittelbar nach derBearbeitung. Saure Umgebungsbedingungen führen zur Auflösung,gegenüber alkalischen Medien sind die Magnete weitgehend resistent.SmCo5- und Sm2Co17-MagneteVollständig aus stabilen intermetallischen Phasenanteilen bestehend,verhalten sich diese Magnete bei geringen Temperaturen relativbeständig gegen Feuchtigkeit, Lösungsmittel, Laugen, Schmiermittelund neutrale Schadgase. Säuren und Salzlösungen greifen dieMagnete allerdings an. Sm2Co17 ist im Gegensatz zu SmCo5 eisenhaltigund kann Rotrost bilden. Samarium-Cobalt-Magnete sind fürdie meisten Anwendungen ungeschützt einsetzbar. Durch metallischeBeschichtungen oder Kunststoffbeschichtungen kann jedochdie chemische Beständigkeit verbessert werden.NdFeB-MagneteDie Mikrostruktur von gesinterten NdFeB-Werkstoffen ist gekennzeichnetdurch Nd 2Fe 14B-Körner als magnetische Hauptphase und intermetallischeKorngrenzphase. Bei herkömmlichen NdFeB-Werkstoffenbesteht die Korngrenzphase aus freiem Neodym. Wie nahezu alleSeltenerdmetalle ist auch Neodym extrem korrosionsanfällig und bildetspontan unter Volumenzunahme pulverförmiges Neodymoxidoder -hydroxid.Bei unseren NdFeB-Werkstoffen wird dieses freie Neodym so weitwie möglich durch eine stabile intermetallische Phase ersetzt (=korrosionsstabilisiert).Dadurch sinkt die Korrosionsanfälligkeit der Werkstoffedeutlich. Lösen sich die herkömmlichen, nicht stabilisiertenNdFeB-Werkstoffe bei Feuchteinwirkung in kurzer Zeit auf (Pulverisierung),so zeigen korrosionsstabilisierte NdFeB-Werkstoffe außerordentlichgute Korrosionsbeständigkeiten. Das Verhalten des Werkstoffesin feuchter Umgebung kann in einem so genannten Autoklavuntersucht werden (siehe Vergleich des Korrosionsverhaltens im Autoklav).Da die Substitution des freien Neodyms durch eine stabile intermetallischePhase auch Auswirkungen auf die magnetischen Eigenschaftenhat, können hochkoerzitive NdFeB-Werkstoffe besser vorKorrosion geschützt werden als hochremanente.NdFeB ist prinzipiell gegen die meisten Lösungsmittel relativ stabil,auf Salze und Säuren reagiert es stark korrodierend.Wasserstoff versprödetden Werkstoff. NdFeB ist eisenhaltig und kann Rotrost bilden.Die Reaktion läuft spontan unter Wärmeentwicklung und starkerVolumenzunahme ab. Die magnetischen Eigenschaften gehenverloren.Die korrosionsstabilisierten NdFeB-Magnete sind für viele Anwendungenungeschützt einsetzbar. Durch metallische Beschichtungenoder Kunststoffbeschichtungen kann die chemische Beständigkeitverbessert werden.Vergleich des Korrosionsverhaltens im AutoklavIm Autoklav werden Seltenerdmagnete bei +121 °C, 2,05 bar Absolutdruckund 100 % relativer Luftfeuchtigkeit getestet.Flächenverlust in mg/cm 20,010,101,0010,00100,001000,000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19TageKurve 1: Konventionelles NdFeB löst sich innerhalb weniger Tage vollständigauf.Kurve 2: Bei korrosionsstabilisierten NdFeB-Magneten ist der Verlaufder Korrosionskurve nach der anfänglichen minimalen Oberflächenkorrosionstabil. Kein weiterer Materialverlust kann beobachtetwerden. Das Material hat einen passivierenden Charakter und zeigtlangfristig ein ähnliches Verhalten wie Sm2Co17, das als korrosionsbeständigesMaterial bekannt ist.Kurve 3: Sm2Co17 weist im Autoklav nur minimalste Oberflächenkorrosionauf.>> Nähere Details finden Sie unter dem Stichwort „Beschichtungen“ in den technischenInformationen auf Seite 66/67.Kurve 2: korrosionsstabiles hochkoerzitivesNdFeB 180/220 w – NdFeB 210/220 hKurve 1: konventionelles NdFeBKurve 3: Sm2Co17 195/160 h

24 SeltenerdmagneteWerkstoffdatenSmCo5 140/175 wSmCo5140/175 wanisotrop160/175 hanisotrop-40 °CMagnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-120 °CEnergieprodukt(B·H) max.typ. kJ/m 3min. kJ/m 3155 170140 160100 °C 200 °CRemanenzB rtyp.min.mTmT880 925850 900Revers. Temp.-Koeff. von B rca. 1)%/K-0,042 -0,042H cB typ.kA/m690 710Koerzitiv-H cB min.kA/m640 680SmCo5 160/175 hfeldstärke H cH cJ typ.kA/m2000 2000H cJ min.kA/m1750 1750Revers. Temp.-Koeff. von H cJRelative permanentePermeabilitätµ rec.ca.ca.%/K-0,25 -0,251,03 1,03-40 °C20 °CCurie-Temperaturca. °C720 720100 °C 200 °CMax. Betriebstemperaturca. °C250 250Magnetisierungsfeldstärkemin.kA/m>3000 >3000Dichteca. g/cm 38,3 8,3Härte VickersHV540-560 540-560Elastizitätsmodulca. 10 3 N/mm 2100-200 100-200Druckfestigkeitca. N/mm 2900 900Biegefestigkeitca. N/mm 2120 120Längenausdehn.-Koeffizientq. V. 2)i. V. 3) ca. 10 -6 /K12,5712,57Spez. elektr.Widerstandca.10 -6 Ωm0,5 0,5Spez.Wärmekapazitätca.J/(kg·K)370 370Wärmeleitfähigkeitca.W/mk12 12

Seltenerdmagnete 25WerkstoffdatenSm2Co17 180/160 w-40 °C180/160 wanisotrop195/160 hanisotropSm2Co1720 °C 100 °C 200 °C200 220Magnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-1kJ/m 3 typ.Energieprodukt180 195kJ/m 3min.(B·H) max.1040 1100mTtyp.Remanenz980 1040mTmin.B r-0,032 -0,032%/K ca. 1)Revers. Temp.-Koeff. von B r750 800kA/mH cB typ.Sm2Co17 195/160 h700 7201800 1800kA/mkA/mH cB min.H cJ typ.KoerzitivfeldstärkeH c1600 1600kA/mH cJ min.-40 °C20 °C100 °C-0,19 -0,191,04 1,04%/Kca.ca.Revers. Temp.-Koeff. von H cJRelative permanentePermeabilitätµ rec.200 °C800 800350 350°C ca.°C ca.Curie-TemperaturMax. Betriebstemperatur4300 4300kA/mmin.Magnetisierungsfeldstärke8,3 8,3g/cm 3ca.Dichte600 600HVHärte Vickers150 15010 3 N/mm 2 ca.800 800N/mm 2ca.Druckfestigkeit150 150N/mm 2ca.Biegefestigkeit1181180,75-0,9 0,75-0,9340 34010-13 10-13ca. 10 -6 /K10 -6 Ωm ca.J/(kg·K)W/mkca.ca.q. V. 2)i. V. 3)ElastizitätsmodulLängenausdehn.-KoeffizientSpez. elektr.WiderstandSpez.WärmekapazitätWärmeleitfähigkeit1) Im Temperaturbereich von 20 °C bis 200 °C.2) q. V. = quer zur Vorzugsrichtung.3) i. V. = in Vorzugsrichtung.Download >> www.magnete.de

26 SeltenerdmagneteWerkstoffdaten180/250 wanisotrop180/220 wanisotrop200/220 wanisotrop180/250 NdFeB 180/250 w wNdFeB *Magnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-120 °C150 °C20 °C150 °C20 °C150 °C-40 °C20 °C100 °C150 °CEnergieprodukt(B·H) max.typ. kJ/m 3min. kJ/m 3210 160 210 155 230 180180 130 180 130 200 150200 °CRemanenzB rtyp.min.mTmT1050 920 1040 920 1110 9701000 880 980 860 1050 940Revers. Temp.-Koeff. von B rca. 1)%/K-0,08 -0,08 -0,08H cB typ.kA/m790 680 790 680 850 740Koerzitiv-H cB min.kA/m720 610 720 600 790 680180/220 NdFeB 180/220 w wfeldstärke H cH cJ typ.kA/m2800 1300 2500 900 2500 1000H cJ min.kA/m2500 1050 2200 770 2200 800Revers. Temp.-Koeff. von H cJRelative permanentePermeabilitätµ rec.ca. 2)ca.%/K-0,5 -0,5 -0,51,1 1,1 1,1-40 °C20 °C100 °C150 °C200 °CCurie-TemperaturMax. Betriebstemperaturca. °Cca. °C350 350 350220 190 190Magnetisierungsfeldstärkemin.kA/m ~2000 ~2000 ~2000Dichteca. g/cm 37,6 7,6 7,6Härte VickersHV 560-580 560-580 560-580Elastizitätsmodulca. 10 3 N/mm 2150 150 150Druckfestigkeitca. N/mm 21000 1000 1000200/220 NdFeB 200/220 w wBiegefestigkeitca. N/mm 2250 250 250Längenausdehn.-Koeffizientq. V. 3)i. V. 4) ca. 10 -6 /K-15-15-15-40 °CSpez. elektr.WiderstandSpez.WärmekapazitätWärmeleitfähigkeitca.ca.ca.10 -6 ΩmJ/(kg·K)W/mk1,6 1,6 1,6440 440 4408 8 820 °C100 °C150 °C200 °C

Seltenerdmagnete 27WerkstoffdatenNdFeB 210/250 h210/250 hanisotrop210/220 hanisotrop230/220 hanisotrop-40 °C20 °C100 °C150 °C 200 °C20 °C150 °C20 °C150 °C20 °C150 °CNdFeB *Magnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-1240 190 240 190 255 200kJ/m 3typ.Energieprodukt210 160 210 160 230 175kJ/m 3min.(B·H) max.1110 980 1115 980 1160 1020mTtyp.Remanenz1050 940 1050 940 1100 970mTmin.B r-0,08 -0,08 -0,08%/K ca. 1)Revers. Temp.-Koeff. von B r860 750 860 750 890 780kA/mH cB typ.NdFeB 210/220 h800 690 800 690 840 7302800 1300 2500 900 2500 1000kA/mkA/mH cB min.H cJ typ.KoerzitivfeldstärkeH c-40 °C2500 1050 2200 770 2200 800kA/mH cJ min.20 °C100 °C150 °C200 °C-0,5 -0,5 -0,51,1 1,1 1,1350 350 350%/K ca. 2)ca.°C ca.Revers. Temp.-Koeff. von H cJRelative permanentePermeabilitätµ rec.Curie-Temperatur220 190 190°C ca.Max. Betriebstemperatur~2000 ~2000 ~2000kA/mmin.Magnetisierungsfeldstärke7,6 7,6 7,6g/cm 3ca.Dichte560-580 560-580 560-580HVHärte Vickers150 150 15010 3 N/mm 2 ca.ElastizitätsmodulNdFeB 230/220 h1000 1000 1000N/mm 2ca.Druckfestigkeit250 250 250N/mm 2ca.Biegefestigkeit-40 °C20 °C-15-15-15ca. 10 -6 /Kq. V. 3)i. V. 4)Längenausdehn.-Koeffizient100 °C150 °C200 °C1,6 1,6 1,6440 440 4408 8 810 -6 Ωm ca.J/(kg·K)W/mkca.ca.Spez. elektr.WiderstandSpez.WärmekapazitätWärmeleitfähigkeit1) Im Temperaturbereich von 20 °C bis 100 °C.2) Zu höheren Temperaturen wird der Temperaturkoeffizient betragsmäßig kleiner.3) q. V. = quer zur Vorzugsrichtung.4) i. V. = in Vorzugsrichtung.*Lizenzgeber NEOMAX Co. Ltd.Download >> www.magnete.de

28 SeltenerdmagneteWerkstoffdaten230/175 wanisotrop250/125 wanisotrop230/175 NdFeB 230/175 w w-40 °CNdFeB *Magnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-120 °C150 °C20 °C100 °C20 °C100 °C150 °CEnergieprodukt(B·H) max.typ. kJ/m 3min. kJ/m 3260 190 280 220230 165 250 190RemanenzB rtyp.min.mTmT1190 1020 1230 11001130 970 1170 1060Revers. Temp.-Koeff. von B rca. 1)%/K-0,09 -0,10H cB typ.kA/m890 620 890 750Koerzitiv-H cB min.kA/m840 480 840 650250/125 NdFeB 250/125 w wfeldstärke H cH cJ typ.kA/m1900 650 1400 800H cJ min.kA/m1750 500 1250 700Revers. Temp.-Koeff. von H cJRelative permanentePermeabilitätµ rec.ca. 2)ca.%/K-0,6 -0,61,1 1,1-40 °C20 °C100 °CCurie-TemperaturMax. Betriebstemperaturca. °Cca. °C340 330160 130Magnetisierungsfeldstärkemin.kA/m~2400 ~2400Dichteca. g/cm 37,6 7,5Härte VickersHV560-580 560-580Druckfestigkeitca. 10 3 N/mm 2ca. N/mm 2150 1501000 1000BiegefestigkeitElastizitätsmodulLängenausdehn.-KoeffizientSpez. elektr.WiderstandSpez.WärmekapazitätWärmeleitfähigkeitca. N/mm 2q. V. 3)i. V. 4) ca. 10 -6 /Kca.ca.ca.10 -6 ΩmJ/(kg·K)W/mk250 250-15-151,6 1,6440 4408 8

Seltenerdmagnete 29WerkstoffdatenNdFeB 250/175 h-40 °C20 °C250/175 hanisotrop270/125 hanisotrop300/125 hanisotrop100 °C150 °C20 °C150 °C20 °C100 °C20 °C100 °CNdFeB *Magnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-1295 200 300 230 330 260kJ/m 3typ.Energieprodukt250 175 270 200 300 240kJ/m 3min.(B·H) max.1240 1050 1280 1150 1320 1185mTtyp.Remanenz1180 1000 1220 1110 1260 1160mTmin.B r-0,09 -0,10 -0,10%/K ca. 1)Revers. Temp.-Koeff. von B r920 620 920 700 950 650kA/mH cB typ.NdFeB 270/125 h860 480 870 600 900 5401900 650 1400 780 1400 700kA/mkA/mH cB min.H cJ typ.KoerzitivfeldstärkeH c-40 °C20 °C100 °C1750 500 1250 680 1250 550-0,6 -0,6 -0,61,1 1,1 1,1kA/m H cJ min.%/K ca. 2)ca.Revers. Temp.-Koeff. von H cJRelative permanentePermeabilitätµ rec.340 330 330°C ca.Curie-Temperatur160 130 130°C ca.Max. Betriebstemperatur~2400 ~2400 ~2400kA/mmin.Magnetisierungsfeldstärke7,6 7,5 7,5g/cm 3ca.Dichte560-580 560-580 560-580HVHärte Vickers150 150 15010 3 N/mm 2 ca.ElastizitätsmodulNdFeB 300/125 h1000 1000 1000N/mm 2ca.Druckfestigkeit-40 °C20 °C100 °C250 250 250-15-15-15N/mm 2ca. 10 -6 /Kca.q. V. 3)i. V. 4)BiegefestigkeitLängenausdehn.-Koeffizient1,6 1,6 1,610 -6 Ωm ca.Spez. elektr.Widerstand440 440 440J/(kg·K)ca.Spez.Wärmekapazität8 8 8W/mkca.Wärmeleitfähigkeit1) Im Temperaturbereich von 20 °C bis 100 °C.2) Zu höheren Temperaturen wird der Temperaturkoeffizient betragsmäßig kleiner.3) q. V. = quer zur Vorzugsrichtung.4) i. V. = in Vorzugsrichtung.*Lizenzgeber NEOMAX Co. Ltd.Download >> www.magnete.de