Die Neodym-Magnet-Herstellung und Besonderheiten der Supermagnete

Wenn man einmal von Elektromagneten absieht, sind Neodym-Magnete die stärksten der Welt. Die Haftkraft oder Adhäsion ist selbst bei kleinen Ausführungen sehr hoch und sollte nie unterschätzt werden. Ferritmagnete kommen nicht annähernd an sie heran, was Magnetstärke angeht. Aber was sind Neodym-Magnete und wie funktioniert Magnet-Herstellung genau? Das klären wir im Folgenden.

Wie werden Neodym-Magnete hergestellt und magnetisiert?

Die Herstellung von starken Magneten aus Neodym erfolgt in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten. Sie bestehen, wie der Name schon sagt, unter anderem aus Neodym. Dieser Stoff gehört zu den sogenannten seltenen Erden und wird den Lanthanoiden zugeordnet. Das Metall kommt in der Natur nur in chemischen Verbindungen vor – meistens zusammen mit Mineralien. Um den Stoff bei der Magnet-Herstellung zu fördern und von den anderen verbundenen Stoffen zu trennen, ist eine Extraktion – beispielsweise in einem Elektrolyseofen – notwendig. Das gewonnene Neodym stellt einen von drei Grundstoffen für die Neodym-Magnet-Herstellung dar.

Im nächsten Schritt muss eine Legierung aus Neodym, Eisen und Bor erzeugt werden (chemisch: NdFeB). Die Stoffe werden abgewogen und anschließend in einen Vakuuminduktionsofen gegeben. Jeder Magnethersteller schwört auf seine eigene Rezeptur und mischt den Grundstoffen noch weitere Elemente wie beispielsweise Kobalt oder Kupfer bei. Mit diesen Zugaben können die Magnete am Ende zusätzliche Eigenschaften annehmen wie zum Beispiel Korrosionsbeständigkeit. Im Ofen werden die gemischten Stoffe miteinander verschmolzen. Anschließend wird die entstandene Legierung in Formen gegeben. Je nach Zusammensetzung variiert dabei die Qualität der Neodym-Magnete nach der Herstellung.
Die entstandenen Formen werden danach direkt wieder zermahlen bzw. versprödet und auf eine Körnergröße von ca. drei Mikrometern gebracht. Das feine Pulver ist dann bereits mehrere Male und mit verschiedenen Techniken gepresst und verdichtet worden. Am Ende bleibt der sogenannte Grünling übrig, welcher nur wenig magnetisch wirkt und eine spröde Konsistenz aufweist.

Der letzte Herstellungsschritt bei der Magnet-Herstellung ist das Sintern. Bei diesem Teil des Herstellungsprozesses wird die Legierung sowohl unter hohem Druck als auch mit hohen Temperaturen verdichtet und gebrannt. Hierbei entsteht die finale Form der Magnete. Nach diesem Vorgang werden die Rohlinge schließlich noch langsam abgekühlt. Verschiedene chemische Reaktionen sorgen dafür, dass im Magneten eine spezielle Kristallstruktur entsteht, die besonders förderlich für eine spätere Magnetisierung ist.

Wie entsteht ein Magnet? Die Oberflächenbehandlung macht die Qualität aus

Die abgekühlten Magnete sind nach dem sie gesintert wurden zwar technisch gesehen fertig, sie sehen aber noch nicht wirklich hochwertig aus. Es sind daher zwei weitere Schritte nötig, um die Oberflächen der Neodym-Magnete nach der Herstellung zu veredeln. Als erstes werden sie geschliffen, um raue Stellen und Unebenheiten zu beseitigen. Gemäß den vorgegebenen Toleranzen kann man das Material noch auf die gewünschte Größe zuschneiden.
Hat der Magnet die richtigen Maße, müssen die Oberflächen mit einer Schutzschicht versiegelt werden. Für diesen Arbeitsschritt muss das Material gründlich gereinigt und trocken sein. Es gibt sehr viele verschiedene Magnetbeschichtungen für die Neodym-Magnet-Herstellung. Die häufigste genutzte Beschichtung ist eine Ni-Cu-Ni-Beschichtung, also eine Zusammensetzung aus Nickel-Kupfer-Nickel.

Weitere mögliche Beschichtungen sind:

• Vergoldung (Ni-Cu-Ni-Au)
• Chrom (Ni-Cu-Ni-Cr)
• Kupfer (Ni-Cu)
• Epoxidharz (Ni-Cu-Ni-Epoxy)
• Zink (Zn)

Jetzt fehlt nur noch der eigentliche Magnetisierungsprozess. Dieser Vorgang der Neodym-Magnet-Herstellung wird mit einer Magnetspule umgesetzt, deren Magnetkraft mindestens dreimal so hoch ist wie die gewünschte Stärke der neuen Magneten. Die Charge mit Magneten muss gut fixiert werden, bevor der Vorgang beginnt, weil diese sich nach der Magnetisierung sonst umgehend voneinander abstoßen bzw. anziehen. Die Spule gibt einen Magnetisierungsimpuls an die Rohmagneten ab, der eine Neuausrichtung der Kristalle in ihrem Inneren bewirkt. Ab diesem Zeitpunkt sind die Rohlinge dauerhaft magnetisiert – so funktioniert also die Herstellung eines Dauermagneten.

Unterschiede in der Magnet-Herstellung: Warum sind Neodym-Magnete so stark?

Neodym-Magnete werden auch oft als Supermagnete bezeichnet. Sie haben im Vergleich zu Ferritmagneten, ein wesentlich stärkeres Magnetfeld und damit eine höhere Leistung. Die größeren von ihnen halten das Sechshundertfache ihres Eigengewichts. Die Energiedichte wird in Kilojoule pro Kubikmeter (kJ/m3) angegeben. Um den Unterschied zwischen Ferrit- und Neodym-Magneten darzustellen, bietet sich ein Zahlenbeispiel an: Ferritmagnete haben normalerweise eine Energiedichte von ca. 30 kJ/m3. Neodym-Magnete hingegen haben eine fast zwanzigmal so hohe maximale Energiedichte, nämlich ca. 500 kJ/m3. 

Magnetart
	Ferrit	Neodym
Energiedichte	30 kJ/m³	500 kJ/m³
Anwendungsbereich	Privatbereich, Haushalt	Industrie

Ferrit-Magnete werden oftmals im Privatbereich eingesetzt. Etwa zum Aufhängen von Bildern an den Kühlschrank oder für Notiztafeln. Die Herstellung von Permanentmagneten aus Neodym ist hingegen auf den Bereich der Industrie oder ähnliche Arbeitsbereiche ausgerichtet. Der Grund für ihre enorme Haftkraft liegt an der chemischen Verbindung und der Kristallstruktur. Diese hat eine große Anisotropie und dabei extrem hohe Koerzitivfeldstärken.

Info:
Anders als Neodym-Magnete werden Ferrit-Magnete aus Eisenoxid, sowie Barium- bzw. Strontiumcarbonat hergestellt. Diese werden zermahlen, granuliert anschließend in einem Magnetfeld gepresst und gesintert. Beschichtungen sind bei diesen eher unüblich.

Wie gefährlich sind Supermagnete aus Neodym?

Die Anwendung von Neodym-Magneten sollte immer gut durchdacht sein. Ihre extrem hohe Haftkraft kann bei unvorsichtiger Handhabung zu starken Quetschungen, Prellungen oder sogar Knochenbrüchen führen. Oft haben die Metalle harte Kanten, die bei falscher Handhabung die Haut verletzten, können. Deshalb empfehlen Magnethersteller, dass Sie bei sämtlichen Magnetanwendungen gepolsterte Handschuhe tragen sollten.

Beim Zusammenführen zweier Magnete sollten Sie außerdem bedenken, dass sich diese ab einer gewissen Entfernung selbst anziehen und es zu unerwarteten Gefahrensituationen kommen kann. Die Neodym-Legierung ist in diesem Zustand spröde. Durch die hohen Kräfte können bei einem Aufprall des Materials Metallspäne von den Magneten absplittern und die Haut verletzen.

Magnete selbst herstellen: So geht’s

Möchten Sie zu Hause selbst einen Magneten herstellen, hilft ein einfaches Experiment. Dazu benötigen Sie nichts weiter als einen Eisennagel sowie einen Eisenmagneten, um Ersteren zu magnetisieren. Zuerst legen Sie den Nagel auf eine neutrale Unterfläche – zum Beispiel eine Holz- oder Kunststoffplatte. Dann streichen Sie etwa 50 mal mit dem Magneten über den Eisennagel. Bleiben Sie dabei unbedingt bei einer Richtung.

Der Nagel ist nun magnetisiert! Das können Sie beispielsweise einfach testen, indem Sie den Nagel in die Nähe einer Heftklammer oder Ähnlichem legen. Letztere wird nun vom Eisennagel angezogen. Können Sie auch Dauermagnete selber herstellen? Leider ist die Herstellung von Dauermagneten wie beschrieben komplexer weswegen Sie diese Zuhause nicht selbst herstellen können.