Die Stabilität der Leistung permanentmagnetischer Materialien ist ein wichtiger Indikator für permanentmagnetische Materialien. Stabilität bezieht sich hauptsächlich auf den Prozess der Veränderung magnetischer Eigenschaften unter dem Einfluss interner und externer Faktoren nach der Magnetisierung und wird üblicherweise durch die Änderungsrate der Leistungsindikatoren ausgedrückt. Häufige Ursachen für Veränderungen magnetischer Eigenschaften sind Temperatur, Zeit, elektromagnetische Felder, Strahlung, mechanische Vibrationen und Stöße usw. Erfahren Sie mehr über die zeitliche Stabilität permanentmagnetischer Materialien.
Wenn ein Magnet längere Zeit in Betrieb ist oder längere Zeit platziert wird, können die Umgebungsbedingungen (wie Temperatur, Feuchtigkeit, ätzende Flüssigkeiten usw.) seine physikalischen und chemischen Eigenschaften verändern. Nach der Magnetisierung ist der größte Teil der Fläche in eine bestimmte Richtung magnetisiert, es verbleiben jedoch noch einige kleine magnetische Domänen mit chaotischer Magnetisierungsrichtung (sogenannte umgekehrte Magnetisierungskerne). Unter dem Einfluss verschiedener Umgebungsfaktoren wächst der ursprüngliche umgekehrte Magnetisierungskern und es bilden sich neue umgekehrte Magnetisierungskerne, wodurch die magnetischen Eigenschaften des Permanentmagneten nachlassen. Diese Veränderung erfolgt in der Regel langsam und irreversibel von außen nach innen und wirkt sich direkt auf die wichtigsten Leistungsparameter des Magneten aus, wie z. B. Remanenz, intrinsische Koerzitivfeldstärke, Koerzitivfeldstärke oder maximales magnetisches Energieprodukt, und kann sogar zum vollständigen Ausfall des Magneten führen. Dieser Verlust der magnetischen Eigenschaften ist irreversibel. Selbst eine erneute Magnetisierung des Magneten kann nicht mehr auf den Zustand vor der langfristigen Platzierung zurückgeführt werden. In den letzten Jahren haben Anwendungsentwickler mit der weitverbreiteten Anwendung von NdFeB-Permanentmagnetmaterialien in der Luft- und Raumfahrt, in Elektrofahrzeugen, bei der Erzeugung von Hochleistungs-Windkraftanlagen und in anderen Bereichen mit Anforderungen an eine lange Lebensdauer immer mehr Wert auf die Zeitstabilität von NdFeB-Permanentmagneten gelegt.
Langzeitstabilität bei Raumtemperatur.
Eine Studie finnischer Wissenschaftler aus dem Jahr 2013 zeigte, dass gesinterte NdFeB-Magnete (HcJ = 15,6 kOe) wurde ein Jahr (10.000 Stunden) bei Raumtemperatur gelagert. Bei Proben mit unterschiedlichen Pc-Werten (Pc = -0,33, -1,1, -3,3) war kein erkennbarer Magnetisierungsverlust zu erkennen. Das Sanhuan Research Institute führte eine ähnliche Messstudie durch, die über 12 Jahre (4.441 Tage) dauerte. Die intrinsische Koerzitivkraft der im Experiment verwendeten gesinterten NdFeB-Magnete betrug HcJ = 18 kOe. Die Proben waren unbeschichtete Würfel mit einer Kantenlänge von 10,2 mm und der magnetische Permeabilitätskoeffizient betrug Pc = -2. Es gab 8 Proben, die direkt der atmosphärischen Umgebung des Labors bei einer Temperatur zwischen 22 °C und 28 °C ausgesetzt waren. Beobachtungen und Messungen wurden 12 Jahre lang einmal jährlich durchgeführt.
Aus den obigen Daten lässt sich ableiten, dass der relative Flussverlust in den ersten sechs Jahren im Grunde nicht groß ist und ein Wendepunkt bei etwa 2208 Tagen (ca. 6 Jahren) auftritt. Nach sechs Jahren Lagerung sind Rostflecken auf der Oberfläche des schwarzen Magnetblechs zu erkennen. Dies deutet darauf hin, dass die Oberfläche und das Innere des Magneten zu oxidieren und zu korrodieren begonnen haben. Mit der Zeit wird sich der Umfang der Oxidation oder Korrosion weiter ausdehnen, und auch die Leistungsabnahme nimmt deutlich zu. Darüber hinaus wurde der Flussverlust von den aktuell gemessenen 4441 Tagen (12 Jahre und 2 Monate) auf 30–50 Jahre extrapoliert. Der Flussverlust wird voraussichtlich in 30 Jahren weniger als 1%, in 50 Jahren etwa 1,3% und in 2% etwa 150 Jahren betragen. (Leere Punkte in der obigen Abbildung)
Dieses Ergebnis zeigt, dass, wenn die Lebensdauer des Magneten als die Zeit definiert wird, die der Flussverlustrate von 5% entspricht, der gesinterte NdFeB-Magnet, der derzeit gemessen wird, selbst dann noch eine sehr lange Lebensdauer hat, die vorsichtig auf 30–50 Jahre geschätzt wird, wenn sich der Magnet an der Oberfläche ohne korrosionsbeständige Beschichtung befindet.
Der größte magnetische Flussverlust entsteht üblicherweise durch Oxidation oder Korrosion der Magnetoberfläche, was einen irreversiblen Verlust darstellt. Unter allen Seltenerd-Permanentmagneten weist gesintertes NdFeB den größten Verlust auf. Nach Optimierung der Zusammensetzung und Oberflächenschutzbehandlung konnten die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit gesinterter NdFeB-Magnete jedoch deutlich verbessert werden. Bei gut geschützter Magnetoberfläche kann die Lebensdauer von gesintertem NdFeB mit ausreichend hohem HcJ-Wert 30–50 Jahre überschreiten. (Dies gilt unter der Voraussetzung, dass die Betriebstemperatur nicht überschritten wird.)
Langzeitstabilität bei hohen Temperaturen.
Die folgende Abbildung zeigt die Änderung des relativen Flussverlusts im Laufe der Zeit für Magnete mit unterschiedlichen Pc-Werten und HcJ = 20,1 kOe bei 80 °C, 120 °C und 150 °C.
Aus der obigen Abbildung lässt sich leicht erkennen, dass bei gleichem Pc-Wert der relative Magnetflussverlust umso schneller abnimmt, je höher die Lagertemperatur des Magneten ist. Der anfängliche und der langfristige Magnetisierungsverlust eines Magneten mit einem niedrigeren absoluten Pc-Wert sind deutlich höher als bei einem Magneten mit einem höheren Pc-Wert. Beide Verlustarten nehmen mit steigender Temperatur deutlich zu. Wenn HcJ aus technischen oder Kostengründen nicht weiter erhöht werden kann, kann eine Erhöhung des absoluten Pc-Werts den Magnetisierungsverlust wirksam reduzieren.
Aus der zeitlichen Abhängigkeit des relativen Magnetisierungsverlusts von Magneten mit unterschiedlichen HcJ- und Pc-Werten bei unterschiedlichen Temperaturen lässt sich erkennen, dass HcJ einen wichtigen Einfluss auf den Hochtemperatur-Magnetisierungsverlust hat. Je höher HcJ, desto geringer der Magnetisierungsverlust. Für hohe Temperaturen ist ein höherer HcJ-Wert des Magneten erforderlich. Gleichzeitig kann der Permeabilitätskoeffizient Pc auch den Hochtemperatur- und Langzeit-Magnetisierungsverlust des Magneten bestimmen.