Wie Zeit und Temperatur die Stabilität von Permanentmagneten beeinflussen

Die Fähigkeit eines Permanentmagneten, ein externes Magnetfeld zu unterstützen, beruht auf der Kristallanisotropie innerhalb des magnetischen Materials, die kleine magnetische Domänen an Ort und Stelle „festhält“.Sobald die anfängliche Magnetisierung hergestellt ist, bleiben diese Positionen gleich, bis eine Kraft ausgeübt wird, die über den fixierten magnetischen Bereich hinausgeht, und die Energie, die erforderlich ist, um mit dem vom Permanentmagneten erzeugten Magnetfeld zu interferieren, variiert für jedes Material.Permanentmagnete können eine extrem hohe Koerzitivfeldstärke (Hcj) erzeugen und so die Domänenausrichtung auch bei starken externen Magnetfeldern aufrechterhalten.

Stabilität kann als die sich wiederholenden magnetischen Eigenschaften eines Materials unter bestimmten Bedingungen über die Lebensdauer des Magneten beschrieben werden.Zu den Faktoren, die die Stabilität des Magneten beeinflussen, gehören Zeit, Temperatur, Änderungen des magnetischen Widerstands, schädliche Magnetfelder, Strahlung, Stöße, Stress und Vibrationen.

Die Zeit hat kaum Einfluss auf moderne Permanentmagnete, Studien haben gezeigt, dass sie sich unmittelbar nach der Magnetisierung ändern.Diese als „magnetisches Kriechen“ bezeichneten Veränderungen treten auf, wenn weniger stabile magnetische Domänen von thermischen oder magnetischen Energieschwankungen betroffen sind, selbst in thermisch stabilen Umgebungen.Diese Variation nimmt mit abnehmender Anzahl instabiler Regionen ab.

Aufgrund ihrer extrem hohen Koerzitivfeldstärke ist es unwahrscheinlich, dass Seltenerdmagnete diesen Effekt erfahren.Eine vergleichende Studie der längeren Zeit im Vergleich zum magnetischen Fluss zeigt, dass neu magnetisierte Permanentmagnete mit der Zeit einen kleinen Teil des magnetischen Flusses verlieren.Über mehr als 100.000 Stunden beträgt der Verlust an Samarium-Kobalt-Material praktisch Null, während der Verlust an Alnico-Material mit geringer Permeabilität weniger als 3 % beträgt.

Temperatureffekte lassen sich in drei Kategorien einteilen: reversible Verluste, irreversible, aber wiederherstellbare Verluste und irreversible und unwiederbringliche Verluste.

Reversible Verluste: Dies sind die Verluste, die sich erholen, wenn der Magnet auf seine ursprüngliche Temperatur zurückkehrt. Die Permanentmagnetstabilisierung kann reversible Verluste nicht beseitigen.Reversible Verluste werden durch den reversiblen Temperaturkoeffizienten (Tc) beschrieben, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.Tc wird als Prozentsatz pro Grad Celsius ausgedrückt. Diese Zahlen variieren je nach Materialqualität, sind jedoch repräsentativ für die Materialklasse als Ganzes.Dies liegt daran, dass die Temperaturkoeffizienten von Br und Hcj erheblich unterschiedlich sind, sodass die Entmagnetisierungskurve bei hoher Temperatur einen „Wendepunkt“ aufweist.

Irreversible, aber wiederherstellbare Verluste: Unter diesen Verlusten versteht man die teilweise Entmagnetisierung eines Magneten aufgrund der Einwirkung hoher oder niedriger Temperaturen. Diese Verluste können nur durch erneute Magnetisierung ausgeglichen werden. Der Magnetismus kann sich nicht erholen, wenn die Temperatur wieder ihren ursprünglichen Wert erreicht.Diese Verluste treten auf, wenn der Arbeitspunkt des Magneten unterhalb des Wendepunkts der Entmagnetisierungskurve liegt.Eine effektive Permanentmagnetkonstruktion sollte über einen Magnetkreis verfügen, in dem der Magnet mit einer Permeabilität arbeitet, die höher ist als der Wendepunkt der Entmagnetisierungskurve bei der erwarteten hohen Temperatur, wodurch Leistungsänderungen bei hohen Temperaturen verhindert werden.

Irreversibler, nicht behebbarer Verlust: Magnete, die extrem hohen Temperaturen ausgesetzt sind, unterliegen metallurgischen Veränderungen, die durch Ummagnetisierung nicht wiederhergestellt werden können.Die folgende Tabelle zeigt die kritische Temperatur für verschiedene Materialien, wobei: Tcurie die Curie-Temperatur ist, bei der das grundlegende magnetische Moment randomisiert und das Material entmagnetisiert wird;Tmax ist die maximale praktische Betriebstemperatur des Primärmaterials in der allgemeinen Kategorie.

Die Magnete werden temperaturstabil gemacht, indem die Magnete teilweise entmagnetisiert werden, indem sie kontrolliert hohen Temperaturen ausgesetzt werden.Die leichte Abnahme der Flussdichte verbessert die Stabilität des Magneten, da die weniger orientierten Domänen als erste ihre Orientierung verlieren.Solche stabilen Magnete weisen einen konstanten Magnetfluss auf, wenn sie gleichen oder niedrigeren Temperaturen ausgesetzt werden.Darüber hinaus weist eine stabile Charge von Magneten im Vergleich zueinander eine geringere Flussschwankung auf, da die Spitze der Glockenkurve mit normalen Variationseigenschaften näher am Flusswert der Charge liegt.


Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.07.2022