Einfluss homogener und inhomogener Magnetfelder auf das Korrosionsverhalten von ferro- und paramagnetischen Metallen und deren Verbindungen
Final Report Abstract
Neue Technologien unter Ausnutzung starker magnetischer Felder finden in der Technik stetig wachsende Anwendungen, z.B. bei Elektromotoren, Generatoren und Pumpsystemen. Zur Bewertung der Korrosionsstabilität von metallischen Komponenten, die diesen Feldern ausgesetzt sind, müssen zunächst fundamental die Einflüsse überlagerter Magnetfelder auf elektrochemische Prozesse analysiert werden. Ziel dieses Vorhabens war die grundlegende Charakterisierung der Wirkung homogener und inhomogener Magnetfelder auf Korrosionsreaktionen von Fe und NdFeB-Werkstoffen. Systematische Studien an Fe/Elektrolyt/Magnetfeld-Modellsystemen beinhalteten numerische Simulationen der magnetischen Flussdichteverteilung vor einer ferromagnetischen Elektrodenoberfläche; Ergebnisse wurden für die Konzipierung von Versuchsaufbauten verwendet, die in geeigneter Weise die Feldgradientenkraftwirkung von der der Lorentzkraft trennten. In die Untersuchungen wurden praxisnahe gering konzentrierte saure bis neutrale Elektrolyte einbezogen. Nach Analysen zum Magnetfeldeinfluss auf freie Korrosionsreaktionen und auf das elektrochemische Verhalten von Fe unter anodischen Polarisationsbedingungen wurde die Lokalisierung des Korrosionsangriffs mit oberflächenanalytischen Methoden charakterisiert. Magnetfeldinduzierte Kraftwirkungen auf den Transport von Ladungsträgern im Elektrolyten und die daraus resultierende Beeinflussung von Teilschritten der Korrosionsreaktionen wurden modellhaft beschrieben. Ergebnisse dieser Studien und fundamentaler Untersuchungen zur Reaktivität des paramagnetischen Seltenerdelementes Neodym, welches vor allem zur Generierung intergranularer Phasen in NdFeB-Sintermagneten Verwendung findet, wurden genutzt, um den Einfluss des Magnetisierungszustandes von Sintermagneten auf deren Korrosionsverhalten aufzuklären. Aus den gewonnenen Erkenntnissen ist zu schlussfolgern, dass überlagerte Magnetfelder die Korrosionsreaktionen vor allem von ferromagnetischen Werkstoffen unter Bedingungen der freien Korrosion und der aktiven anodischen Auflösung signifikant beeinflussen und zu inhomogenem korrosiven Abtrag führen können. Im Fall von NdFeB-Magneten ist in der zukünftigen Bewertung ihrer Korrosionsstabilität der Magnetisierungszustand als wichtiger materialseitiger Einflussparameter zu berücksichtigen. Generell sollten Magnetfeldeinflüsse auf die Komponentenlebensdauer bei der Entwicklung neuer Konzepte für Baugruppen und Anlagen, bei denen lokal starke Magnetfelder wirken sollen, in stärkerem Maße als bisher in Betracht gezogen werden. Die Ergebnisse fundamentaler Studien zur elektrochemischen Reaktivität von Neodym können eine wesentliche Ausgangsbasis für neue Konzepte für das Recycling von strategisch wichtigen Seltenerdelementen werden.
Publications
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Magnetic field effect on the anodic behaviour of a ferromagnetic electrode in acidic solutions Electrochimica Acta 54 (2009) 2229-2233
R. Sueptitz, J. Koza, M. Uhlemann, A. Gebert, L. Schultz
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Corrosion, passivation and breakdown of passivity of neodymium. Corrosion Science 52 (2010) 886-891
R. Sueptitz, M. Uhlemann, L. Schultz, A. Gebert
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Impact of magnetic field gradients on the free corrosion of iron Electrochimica Acta 55 (2010) 5200-5203
R. Sueptitz, K. Tschulik, M. Uhlemann, A. Gebert, L. Schultz
