Warum splittern höherwertige Neodym-Magnete leichter ab?

Jeder, der damit zu tun hatte Neodym-Magnete in Sonderqualitäten Manchen ist ein ungewöhnliches Phänomen aufgefallen: Mit steigender Magnetisierungsklasse – von N35 bis N52 – nimmt die physikalische Festigkeit des Magneten tendenziell ab, anstatt zuzunehmen. Anwender sind mitunter überrascht, wenn Hochleistungsmagnete beim Zusammenbau brechen, bei Kollisionen zweier Magnete Risse bekommen oder sogar unter mäßigem Druck zerbrechen. Dies ist kein Herstellungsfehler, sondern beruht auf den grundlegenden Eigenschaften magnetischer Magnete auf mikrostruktureller Ebene.

Der Zielkonflikt zwischen Festigkeit und Struktur

Neodym-Magnete werden durch Sintern hergestellt. Dabei wird Neodym-Eisen-Bor-Pulver verdichtet, angeordnet und erhitzt, bis ein fester Stoff entsteht. Um höhere Magnetisierungsgrade zu erzielen, müssen die Hersteller die innere Mikrostruktur so anpassen, dass Remanenz (Br) und Koerzitivfeldstärke (Hcj) maximiert werden.

Um diese Eigenschaften zu erreichen, ist Folgendes erforderlich:

1. Feinere, gleichmäßigere Körner
2. Höhere Dichte
3. Stärkere Kristallorientierung
4. Weitere neodymreiche Korngrenzenphasen

Diese Veränderungen verbessern zwar die magnetische Leistung, verringern aber auch die mechanische Festigkeit, wodurch hochreine Magnete spröder werden.

Warum sind hochreine Magnete spröder?

Die unzureichende mechanische Festigkeit von hochwertige NdFeB-Magnete lässt sich durch die folgenden vier wissenschaftlichen Schlüsselfaktoren erklären:

• Erhöhte Neodym-reiche Phasen verringern die Zähigkeit

Neodymreiche Phasen tragen zur magnetischen Domänenorientierung bei, sind aber von Natur aus spröde.

Hochreine Magnete benötigen mehr von dieser Phase, was die Fähigkeit des Magneten, mechanische Spannungen aufzunehmen, verringert.

• Dünnere Korngrenzen erzeugen eine starre Struktur

Dünne, gut ausgerichtete Korngrenzen können zwar bessere magnetische Eigenschaften bieten, stellen aber auch Wege für eine schnelle Rissausbreitung dar, wenn der Magnet einem Aufprall ausgesetzt ist.

• Ein höherer Dysprosium- (Dy) oder Terbium- (Tb) Gehalt führt zu größerer Härte, aber auch zu größerer Sprödigkeit.

Diese Seltenerdelemente können die Hochtemperaturstabilität verbessern, aber sie härten auch die Kornstruktur, wodurch das Material bruchanfälliger wird.

• Höhere Dichte bedeutet größere innere Spannungen.

Bei dichterer Packung der Körner nimmt die mikroskopische Flexibilität des Materials ab.

Jegliche äußere Einwirkung breitet sich schnell in der Struktur aus und führt zu Brüchen oder Rissen.

Warum fühlen sich Magnete minderer Qualität „stärker“ an?

Magnete minderer Qualität weisen typischerweise folgende Merkmale auf:

1. Größere Körner
2. Eine duktilere eisenreiche Phase
3. Eine innere Struktur mit geringerer Dichte

Diese Eigenschaften machen sie mechanisch stabiler, auch wenn sie eine geringere magnetische Kraft erzeugen.

Abschluss

Hochwertige Magnete bringen zwangsläufig einen Kompromiss mit sich: stärkere Magnetkraft, aber geringere mechanische Festigkeit. Die feine Mikrostruktur von N50 oder Neodym-Magnete der Güteklasse N52 Dadurch werden sie auch bruchgefährdeter. Das Verständnis dieses Prinzips hilft Ingenieuren und Einkäufern bei der Auswahl der geeigneten Magnetqualität und dem sachgemäßen Umgang mit Hochleistungsmagneten.