Korrosionsbeständigkeit von Alnico-Magneten: Leistungsfähigkeit in feuchten, sauren und basischen Umgebungen sowie in Salzsprühnebelumgebungen und das Risiko der Pulverisierung

1. Einführung in Alnico-Magnete

Alnico-Magnete sind Permanentmagnete, die hauptsächlich aus Aluminium (Al), Nickel (Ni), Kobalt (Co) und Eisen (Fe) sowie geringen Mengen an Kupfer (Cu), Titan (Ti) und anderen Elementen bestehen. Sie zeichnen sich durch ihre hervorragende thermische Stabilität mit einer maximalen Betriebstemperatur von bis zu 550 °C und eine hohe Koerzitivfeldstärke bei erhöhten Temperaturen aus. Alnico-Magnete werden hauptsächlich durch zwei Verfahren hergestellt: Sintern und Gießen . Gießen ist dabei die gängigere Methode zur Herstellung komplexer Formen.

Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften werden Alnico-Magnete in der Luft- und Raumfahrt, im Militär, in der Automobilindustrie und in industriellen Anwendungen eingesetzt, wo Hochtemperaturstabilität und Korrosionsbeständigkeit von entscheidender Bedeutung sind.

2. Korrosionsbeständigkeit von Alnico-Magneten

Alnico-Magnete weisen eine gute inhärente Korrosionsbeständigkeit auf, vor allem aufgrund der Bildung einer stabilen passiven Oxidschicht auf ihrer Oberfläche. Diese Oxidschicht wirkt als Schutzbarriere und verhindert weitere Korrosion. Die Korrosionsbeständigkeit von Alnico lässt sich auf folgende Faktoren zurückführen:

• Nickelgehalt (Ni) : Nickel fördert die Bildung einer passiven Oxidschicht und verbessert so die Korrosionsbeständigkeit in vielen Umgebungen.
• Kobaltgehalt (Co) : Kobalt trägt zur Stabilität der Legierungsmatrix bei und verringert die Anfälligkeit für lokale Korrosion.
• Chromfreie Zusammensetzung : Im Gegensatz zu einigen anderen magnetischen Werkstoffen (z. B. NdFeB) enthält Alnico kein Chrom, das in chloridreichen Umgebungen zu Lochfraßkorrosion neigen kann.

Die Korrosionsbeständigkeit von Alnico ist jedoch nicht in allen Umgebungen gleich. Faktoren wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur, pH-Wert und das Vorhandensein aggressiver Ionen (z. B. Cl⁻) können seine Eigenschaften erheblich beeinflussen.

3. Korrosionsverhalten in spezifischen Umgebungen

3.1 Feuchte Umgebungen

In feuchter Umgebung sind Alnico-Magnete aufgrund der Bildung einer dünnen, haftenden Oxidschicht im Allgemeinen korrosionsbeständig. Längere Einwirkung hoher Luftfeuchtigkeit (z. B. > 85 % r. F. ) kann jedoch zu Folgendem führen:

• Oberflächenverfärbung : Es kann zu einer leichten Verdunkelung oder einem Anlaufen der Oberfläche kommen, dies beeinträchtigt jedoch in der Regel nicht die magnetischen Eigenschaften.
• Lokalisierte Korrosion : Bei Vorhandensein von Verunreinigungen (z. B. Staub, Salze) kann es an Oberflächenfehlern oder Einschlüssen zu Lochfraß- oder Spaltkorrosion kommen.

Korrosionsrate :
Bei 85 °C und 85 % relativer Luftfeuchtigkeit beträgt die Korrosionsrate von Alnico typischerweise <0,1 μm/Jahr und ist damit vergleichbar mit der von vernickelten Werkstoffen unter idealen Bedingungen. Wird die Passivschicht jedoch beschädigt (z. B. durch Kratzer oder mechanischen Abrieb), kann die Korrosionsrate leicht ansteigen.

3.2 Saure Umgebungen

Alnico-Magnete sind in sauren Umgebungen weniger beständig als in neutralen oder alkalischen. Das Korrosionsverhalten hängt von der Art und Konzentration der Säure ab.

• Verdünnte Schwefelsäure (H₂SO₄) : Bei niedrigen Konzentrationen (<10%) kann Alnico eine mäßige Beständigkeit aufweisen, bei höheren Konzentrationen beschleunigt sich die Korrosion jedoch aufgrund der Auflösung der Oxidschicht und des Angriffs auf die Legierungsmatrix.
• Salzsäure (HCl) : Selbst verdünnte HCl kann aufgrund der aggressiven Natur der Chloridionen, die die Passivschicht stören und Lochfraß begünstigen, zu schneller Korrosion führen.
• Organische Säuren (z. B. Essigsäure) : Alnico zeigt eine bessere Beständigkeit gegenüber schwachen organischen Säuren im Vergleich zu starken anorganischen Säuren, jedoch kann eine längere Einwirkung dennoch zu einer Oberflächenbeeinträchtigung führen.

Korrosionsrate :
In 1 M HCl bei Raumtemperatur kann die Korrosionsrate von Alnico mehrere Mikrometer pro Stunde erreichen, wodurch es ohne Schutzbeschichtungen für die langfristige Exposition gegenüber stark sauren Umgebungen ungeeignet ist.

3.3 Alkalische Umgebungen

Alnico weist eine gute Beständigkeit gegenüber schwach alkalischen Umgebungen (z. B. pH 8–10 ) auf, seine Leistungsfähigkeit nimmt jedoch unter stark alkalischen Bedingungen (z. B. pH >12) ab.

• Milde Alkalität : Die passive Oxidschicht bleibt stabil, und die Korrosionsraten sind niedrig (<0,1 μm/Jahr).
• Starke Alkalität : Ein hoher pH-Wert kann die Oxidschicht auflösen und die Legierungsmatrix angreifen, was zu erhöhten Korrosionsraten führt.

Korrosionsrate :
In 1 M NaOH bei Raumtemperatur kann die Korrosionsrate von Alnico 1 μm/Stunde überschreiten, was seine Anfälligkeit gegenüber stark alkalischen Lösungen unterstreicht.

3.4 Salzsprühumgebungen

Salzsprühtests (z.B.ASTM B117 Die Salzsprühnebelprüfung ist ein Standardverfahren zur Bewertung der Korrosionsbeständigkeit von Werkstoffen in marinen oder chloridreichen Umgebungen. Alnico-Magnete schneiden aufgrund ihrer passiven Oxidschicht im Salzsprühnebeltest im Allgemeinen gut ab, jedoch kann eine längere Einwirkung zu Folgendem führen:

• Lochfraßkorrosion : Chloridionen dringen in die Passivschicht ein und verursachen lokale Vertiefungen, die mit der Zeit größer werden können.
• Weißrostbildung : In einigen Fällen kann sich ein loses, pulverförmiges Korrosionsprodukt bilden (ähnlich wie bei Zinkkorrosionsprodukten), dies ist jedoch bei Alnico im Vergleich zu zinkbasierten Werkstoffen weniger häufig.

Korrosionsrate :
In 5%iger NaCl-Salzsprühlösung bei 35 °C zeigen Alnico-Magnete typischerweise nach 1000 Stunden Exposition eine Korrosion von <0,5 μm/Jahr . Bei beschädigter oder schlecht polierter Oberfläche kann die Korrosionsrate jedoch deutlich ansteigen.

4. Pulverisierungsgefahr

Pulverisierung bezeichnet die Zersetzung eines Materials in feines Pulver durch Korrosion oder mechanische Beanspruchung. Bei Alnico-Magneten ist das Risiko der Pulverisierung unter normalen Bedingungen gering , jedoch können bestimmte Faktoren die Wahrscheinlichkeit erhöhen:

• Starke Korrosion : In stark aggressiven Umgebungen (z. B. starken Säuren oder Laugen) kann ausgedehnte Korrosion die Materialstruktur schwächen und zu Abplatzungen oder Absplitterungen der Oberflächenschicht führen. Eine vollständige Pulverisierung (Zersetzung zu Pulver) ist bei Alnico jedoch selten.
• Thermische Zyklen : Wiederholtes Erhitzen und Abkühlen können thermische Spannungen hervorrufen, die potenziell zu Mikrorissen oder Delaminationen der Oberflächenschicht führen können. Dies ist insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen mit schnellen Temperaturänderungen relevant.
• Mechanischer Abrieb : Kontinuierliche Reibung oder Stöße können die Oberfläche abnutzen, dies wird jedoch im Allgemeinen nicht als Pulverisierung bezeichnet.

Schlussfolgerung zur Pulverisierung :
Alnico-Magnete neigen unter normalen Korrosionsbedingungen nicht zur Pulverisierung . In extremen Umgebungen (z. B. starken Säuren bei erhöhten Temperaturen) kann es jedoch zu Oberflächenbeeinträchtigungen kommen, eine vollständige Zersetzung zu Pulver ist aber unwahrscheinlich.

5. Vergleich mit anderen magnetischen Materialien

Um den Kontext zu verdeutlichen, kann die Korrosionsbeständigkeit von Alnico mit der anderer gängiger Permanentmagnetmaterialien verglichen werden:

6. Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit

Alnico besitzt zwar eine gute inhärente Korrosionsbeständigkeit, seine Leistung kann jedoch durch Folgendes weiter verbessert werden:

• Schutzbeschichtungen : Durch das Aufbringen von Beschichtungen wie Nickel (Ni), Epoxidharz oder Parylen kann die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in rauen Umgebungen, verbessert werden.
• Oberflächenpolitur : Eine glatte, polierte Oberfläche verringert die Wahrscheinlichkeit von Spaltkorrosion und verbessert die Haftung der passiven Oxidschicht.
• Vermeidung von Verunreinigungen : Durch das Sauberhalten der Oberfläche und das Entfernen von Staub, Salzen und anderen Verunreinigungen wird das Risiko lokaler Korrosion minimiert.

7. Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse

1. Korrosionsbeständigkeit : Alnico-Magnete weisen aufgrund einer stabilen passiven Oxidschicht eine gute inhärente Korrosionsbeständigkeit auf und eignen sich daher für viele industrielle Anwendungen.
2. Feuchte Umgebungen : Niedrige Korrosionsraten (<0,1 μm/Jahr) bei hoher Luftfeuchtigkeit (85°C/85% RH).
3. Saure Umgebungen : Anfällig gegenüber starken Säuren (z. B. HCl, H₂SO₄), mit Korrosionsraten von über 1 μm/Stunde.
4. Alkalische Umgebungen : Beständig gegenüber schwacher Alkalinität, wird aber in starken Alkalien (pH >12) abgebaut.
5. Salzsprühtest : Korrosionsraten <0,5 μm/Jahr in 5% NaCl-Salzsprühnebel nach 1000 Stunden.
6. Pulverisierungsrisiko : Gering unter normalen Bedingungen; extreme Umgebungsbedingungen können zu Oberflächenbeeinträchtigungen, aber nicht zu einer vollständigen Pulverisierung führen.
7. Vergleich : Korrosionsbeständiger als NdFeB, aber günstiger als SmCo; ähnlich wie Ferrit in Bezug auf die chemische Stabilität, jedoch mit überlegenen magnetischen Eigenschaften.

8. Empfehlungen

• Für Umgebungen mit moderaten Bedingungen (z. B. industrielle Innenräume) können Alnico-Magnete ohne zusätzlichen Schutz verwendet werden.
• Für raue Umgebungen (z. B. in der Schifffahrt, bei der chemischen Verarbeitung) sollten Sie den Einsatz von Schutzbeschichtungen oder die Auswahl alternativer Materialien wie SmCo in Betracht ziehen.
• Vermeiden Sie es, Alnico ohne geeignete Schutzmaßnahmen starken Säuren oder Laugen auszusetzen.
• Regelmäßige Inspektion und Wartung helfen, frühe Anzeichen von Korrosion zu erkennen und Schäden vorzubeugen.

9. Schlussfolgerung

Alnico-Magnete sind eine robuste und korrosionsbeständige Wahl für Anwendungen, die hohe Temperaturstabilität und Langlebigkeit erfordern. Obwohl sie nicht gegen alle Korrosionsarten immun sind, ist ihre Leistung in feuchten, sauren, alkalischen und salzhaltigen Umgebungen für viele industrielle Anwendungen im Allgemeinen zufriedenstellend. Durch das Verständnis ihrer Grenzen und die Implementierung geeigneter Schutzmaßnahmen können Alnico-Magnete auch unter anspruchsvollen Bedingungen zuverlässig funktionieren.