Einführung
Weichmagnetische Materialien (SMM) sind eine Klasse von Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur, der so genannten Curie-Temperatur, ferromagnetisches oder ferrimagnetisches Verhalten zeigen. Diese Materialien werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, darunter Elektromotoren, Transformatoren, Induktoren und Magnetsensoren. Die Leistung von SMMs in diesen Anwendungen wird stark von ihren magnetischen Eigenschaften beeinflusst, wie Sättigungsmagnetisierung, magnetische Permeabilität und magnetische Anisotropie.
Die Wärmebehandlung ist ein gängiges Herstellungsverfahren, um die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen zu verändern. Im Falle von SMM kann die Wärmebehandlung auch deren magnetische Eigenschaften erheblich beeinflussen. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Auswirkungen der Wärmebehandlung auf die magnetischen Eigenschaften von SMM, wobei der Schwerpunkt auf den zugrundeliegenden Mechanismen und den praktischen Auswirkungen auf deren Anwendungen liegt.
Grundlagen der Wärmebehandlung
Unter Wärmebehandlung versteht man eine Gruppe von Fertigungsverfahren, bei denen Werkstoffe kontrollierten Heiz- und Kühlzyklen ausgesetzt werden, um ihre physikalischen und mechanischen Eigenschaften zu verändern. Zu den Hauptzielen der Wärmebehandlung gehören:
1. Eigenspannungen abbauen: Eigenspannungen können in Werkstoffen aus verschiedenen Gründen entstehen, z. B. durch Verarbeitung, Bearbeitung oder Schweißen. Diese Spannungen können unter Belastung zu Verformung oder Rissbildung führen. Durch Wärmebehandlung können diese Spannungen abgebaut werden, indem die Atomdiffusion und das Kornwachstum gefördert werden, was zu einem duktileren und weniger spröden Material führt.
2. Verbesserung der mechanischen Eigenschaften: Mit Hilfe der Wärmebehandlung können die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen an die jeweiligen Anwendungsanforderungen angepasst werden. So kann beispielsweise das Abschrecken mit anschließendem Anlassen die Härte und Festigkeit von Stählen erhöhen und gleichzeitig eine angemessene Duktilität und Zähigkeit erhalten.
3. Veränderung des Mikrogefüges: Wärmebehandlungsverfahren können das Mikrogefüge von Werkstoffen verändern, was sich wiederum auf ihre mechanischen und physikalischen Eigenschaften auswirkt. So kann beispielsweise das Glühen das Kornwachstum fördern und Versetzungen reduzieren, was zu einer verbesserten Duktilität und einer geringeren Streckgrenze führt.
4. Änderung der Oberflächeneigenschaften: Oberflächenhärtungstechniken wie Einsatzhärtung und Nitrierung können eingesetzt werden, um die Verschleißfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit von Oberflächenschichten zu verbessern, ohne die Kerneigenschaften des Werkstoffs wesentlich zu verändern.
Einfluss der Wärmebehandlung auf die magnetischen Eigenschaften
Die magnetischen Eigenschaften von SMMs werden durch ihre Mikrostruktur, ihre kristallografische Struktur und ihre chemische Zusammensetzung beeinflusst. Eine Wärmebehandlung kann sich auf diese Faktoren auswirken und zu Veränderungen der magnetischen Eigenschaften des Materials führen. In den folgenden Abschnitten werden die Auswirkungen der Wärmebehandlung auf die magnetischen Eigenschaften von SMMs näher erläutert.
1. Sättigungsmagnetisierung
Die Sättigungsmagnetisierung (Ms) ist ein Maß für das maximale magnetische Moment pro Volumeneinheit, das ein Material in Gegenwart eines äußeren Magnetfeldes erreichen kann. Die Wärmebehandlung kann Ms durch verschiedene Mechanismen beeinflussen, darunter:
a. Korngröße