Samarium-Cobalt

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Samarium-Cobalt (abgekürzt SmCo) ist eine Legierung des Seltenerdmetalls Samarium (Sm) mit dem Metall Cobalt (Co). Samarium-Cobalt wird in zwei Legierungsstrukturen, SmCo5 ohne Eisenanteil und Sm2Co17 mit 20–25 % Eisenanteil, hergestellt. Beide Legierungen werden in Permanentmagneten verwendet.

SmCo5 wurde als Seltenerdmagnetlegierung im Jahr 1966 und Sm2Co17 im Jahr 1972 von Karl J. Strnat am U.S. Air Force Materials Laboratory auf der Wright-Patterson Air Force Base entwickelt.[1] Sm2Co17 weist gegenüber SmCo5 verbesserte magnetische Eigenschaften auf, lässt sich aber schwerer herstellen. Samarium-Cobalt war in den 1970er Jahren bis zur Entdeckung des Neodym-Eisen-Bor der Werkstoff mit der höchsten bekannten magnetischen Energiedichte.

Allgemeines[Bearbeiten]

Die Legierung SmCo5 hat ein maximale magnetische Energiedichte von (BH)max = 130 bis 200 kJ/m3, die Legierung Sm2Co17 eines von 160 bis 260 kJ/m3. Die Curietemperatur der SmCo-Magneten beträgt 450 °C.[2] Beide Legierungen können bei Temperaturen bis etwa 300 °C eingesetzt werden, und sind extrem schwer zu entmagnetisieren. Der spezifische elektrische Widerstand beträgt 86×10-6 Ω·cm.[3]

Zur Herstellung der Legierung werden beiden Ausgangsmaterialen unter Schutzgasatmosphäre Argon geschmolzen und in Barrenform gegossen. Zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften werden der Schmelze verschiedene Legierungszusätze beigemischt. Bei Erstarrung der Schmelze in Barrenform bilden sich große Kristallstrukturen, die sich leicht entmagnetisieren lassen und als Magnetwerkstoff nicht direkt verwendbar sind. Daher werden diese Barren durch entsprechende Mahlprozesse unter Schutzgas zerrieben und pulverisiert und das so gebildete Pulver durch Sintern bei Temperaturen um 1100–1250 ˚C oder Verpressen mit Kunststoffen in die gewünschte Ausgangsform gebracht. In Kombination mit dem Sinter- bzw. Verpressungsprozess und im Anschluss daran erfolgt das Aufmagnetisieren des Werkstoffes.

Eine nachträgliche Bearbeitung gesinterter Magnete gestaltet sich als schwierig, da der Werkstoff ferromagnetische Werkzeuge magnetisiert und die Späne sich durch die Magnetisierung ebenfalls nicht leicht vom Grundkörper trennen. Weiterhin neigt das feinverteilte Material zur Selbstentzündung, so dass wassergekühlte diamantbesetzte Werkzeuge zum Einsatz kommen müssen. Das gesinterte Material neigt zur scharfkantigen Splitterung, auch wenn zwei Magnete ungebremst zusammenschnappen, weshalb bei Arbeiten mit Samarium-Cobalt entsprechende Schutzkleidung und Schutzbrille getragen werden sollen. In Kunststoffen verpresstes Samarium-Cobalt-Pulver lässt sich nachträglich leichter bearbeiten und weist auch nicht den Nachteil der scharfkantigen Splitterung auf, hat aber magnetisch schlechtere Eigenschaften als gesinterte Magnete.

Die gesinterten Magnete sind auch in sich nicht besonders stabil und sollen in Anwendungen nur wegen ihrer magnetischen Eigenschaften eingesetzt werden. Andere Aufgaben, wie die mechanische Belastungen auf Zug oder Druck, sollten durch andere, geeignete Werkstoffe übernommen werden.

Heute wird SmCo vor allem wegen seiner im Vergleich zum Neodym-Eisen-Bor höheren Temperatur- und Korrosionsstabilität, sowie den tieferen reversiblen Temperaturkoeffizienten der Magnetisierung, eingesetzt. Aufgrund der hohen Herstellungskosten von SmCo ist die wirtschaftliche Bedeutung geringer. Anwendungen des Werkstoffes liegen unter anderem bei rotierenden elektrischen Maschinen mit Permanenterregung.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. History of Rare-Earth Magnets. Abgerufen am 29. Mai 2013.
  2. Maurer Magnetic AG: Wissenswertes über Magnetwerkstoffe
  3. Standard Specifications for Permanent Magnet Materials (PDF; 1,4 MB), MMPA Standard Nr. 0100-00, 2000

Literatur[Bearbeiten]

  •  Juha Pyrhonen, Tapani Jokinen, Valeria Hrabovcova: Design of Rotating Electrical Machines. Wiley, 2009, ISBN 978-0-47-069516-6.