Sowohl magnetische als auch nichtmagnetische Metalle spielen in der Technik eine wichtige Rolle. Magnetismus ist die Grundlage für viele Anwendungen. Gleichzeitig kann diese Eigenschaft unter Umständen auch unerwünscht sein. Daher ist es wichtig zu wissen, welche Metalle magnetisch sind und welche nicht.
 

Was ist Magnetismus?

Für Laien ist Magnetismus eine Kraft, die magnetische Objekte anziehen oder abstoßen kann. Magnetfelder, die verschiedene Medien durchdringen, vermitteln diese Kraft.

Magnetismus ist standardmäßig eine Eigenschaft bestimmter Materialien. Einige Materialien können jedoch je nach Anforderung magnetisiert oder entmagnetisiert werden. Daraus geht auch die Einteilung in magnetische und nichtmagnetische Metalle. Beide spielen eine wichtige Rolle in der Industrie der Metallbearbeitung.

 

Was erzeugt Magnetismus in Metallen?

Wie Elektrizität wird Magnetismus auf elementarer Ebene durch Elektronen verursacht. Elektronen haben einen Spin, der einen winzigen magnetischen Dipol erzeugt.

Wenn diese Windungen ausgeglichen sind, ist die Nettokraft Null. Aber bei einer großen Zahl ungepaarter Elektronen wird dieser kleine magnetische Effekt groß. Dadurch entsteht ein sichtbares Magnetfeld um das Metall herum.

Elektrischer Strom kann auch Magnetfelder erzeugen und umgekehrt. Wenn ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt, erzeugt er ein kreisförmiges Magnetfeld um den Draht. In ähnlicher Weise beginnen elektrische Ströme in dem Leiter zu fließen, indem ein Magnetfeld in die Nähe eines guten elektrischen Leiters gebracht wird.

Diese erstaunliche Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus hat zu vielen genialen Geräten und Anwendungen geführt.

 

Welche Metalle sind magnetisch?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie ein Metall mit einem Magneten interagieren kann. Sie hängt von der inneren Struktur des Materials ab. Metalle können klassifiziert werden als:

• Ferromagnetisch
• Paramagnetisch
• Diamagnetisch

Während Magnete von ferromagnetischen Metallen stark angezogen werden, werden sie von paramagnetischen Metallen nur schwach angezogen. Diamagnetische Materialien hingegen zeigen eine schwache Abstoßung, wenn sie in die Nähe eines Magneten gebracht werden. Nur ferromagnetische Metalle gelten als echte Magnete.

 

Liste der magnetischen Metalle

Schauen wir uns einige der berühmtesten magnetischen Metalle an. Einige von ihnen sind zu jeder Zeit magnetisch. Andere wie Edelstahl haben nur bei einer bestimmten chemischen Zusammensetzung magnetische Eigenschaften.

 

Eisen

Eisen ist ein sehr bekanntes ferromagnetisches Metall. Es ist nämlich das stärkste ferromagnetische Metall. Es bildet einen integralen Bestandteil des Erdkerns und verleiht unserem Planeten seine magnetischen Eigenschaften. Deshalb wirkt die Erde selbst als Dauermagnet.

Es gibt viele Aspekte, die zum Magnetismus von Eisen beitragen. Neben seinem Nettoelektronenspin auf atomarer Ebene spielt auch seine Kristallstruktur eine wichtige Rolle. Ohne sie wäre Eisen kein magnetisches Metall.

Unterschiedliche Kristallstrukturen führen zu unterschiedlichen Eigenschaften von Eisen.

Eisen ist in seiner kubisch raumzentrierten (bcc) Alpha-FE-Struktur ferromagnetisch. Gleichzeitig zeigt es keinen Magnetismus in der oberflächenzentrierten kubischen (fcc) Gamma-Fe-Struktur. Die Beta-Fe-Struktur zeigt beispielsweise paramagnetische Tendenzen.

 

Nickel

Nickel ist ein weiteres beliebtes magnetisches Metall mit ferromagnetischen Eigenschaften. Wie Eisen sind seine Verbindungen im Erdkern vorhanden. Früher wurde Nickel zur Herstellung von Münzen verwendet.

Heute wird Nickel in Batterien, Beschichtungen, Küchengeräten, Telefonen, Gebäuden, Verkehrsmitteln und Schmuck verwendet. Ein Großteil des Nickels wird zur Herstellung von Ferronickel für Edelstahl verwendet.

Aufgrund seiner magnetischen Eigenschaften ist Nickel auch Bestandteil von Alnico-Magneten (aus Aluminium, Nickel und Kobalt). Diese Magnete sind stärker als Magnete aus seltenen Erden, aber schwächer als Magnete auf Eisenbasis.

 

Kobalt

Kobalt ist ein wichtiges ferromagnetisches Metall. Seit mehr als 100 Jahren haben die hervorragenden magnetischen Eigenschaften von Kobalt dazu beigetragen, eine Vielzahl von Anwendungen zu entwickeln.

Kobalt kann zur Herstellung von Weich- und Hartmagneten verwendet werden. Weichmagnete mit Kobalt haben Vorteile gegenüber anderen Weichmagneten. Sie haben nämlich einen hohen Sättigungspunkt, Curie-Temperaturen im Bereich von 950 bis 990° Celsius. Daher können sie für Anwendungen bei hohen Temperaturen (bis unter 500° Celsius) verwendet werden.

Kobalt und seine Legierungen werden in Festplatten, Windturbinen, MRT-Geräten, Motoren, Aktuatoren und Sensoren verwendet.

 

Stahl

Stahl weist auch ferromagnetische Eigenschaften auf, da er von Eisen abgeleitet ist. Der meiste Stahl wird von einem Magneten angezogen. Bei Bedarf kann Stahl auch zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet werden.

Nehmen wir als Beispiel den Stahl EN C15D. Diese Stahlsorte enthält 98,81 bis 99,26 % Eisen. Ein sehr hoher Prozentsatz dieser Stahlsorte ist also Eisen. Dadurch werden die ferromagnetischen Eigenschaften von Eisen auf Stahl übertragen.

 

Rostfreier Stahl

Einige Edelstähle sind magnetisch und andere nicht. Legierter Stahl wird zu rostfreiem Stahl, wenn er mindestens 10,5 % Chrom enthält. Aufgrund der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung gibt es unterschiedliche Arten von Edelstahl.

 

Ferritische Edelstähle

Ferritische und martensitische Edelstähle sind aufgrund ihrer Eisenzusammensetzung und Molekularstruktur magnetisch.

Austenitische Stähle hingegen weisen aufgrund ihrer unterschiedlichen Molekülstruktur keine ferromagnetischen Eigenschaften auf. Dadurch eignet es sich für den Einsatz in MRT-Geräten.

Der strukturelle Unterschied ergibt sich aus der Menge an Nickel. Es stärkt die Oxidschicht für einen besseren Korrosionsschutz, verändert aber auch die Struktur des Edelstahls.

 

Metalle der Seltenen Erden

Neben den oben genannten Metallen haben auch Verbindungen einiger Seltenerdelemente hervorragende ferromagnetische Eigenschaften. Gadolinium, Samarium, Neodym sind alles Beispiele für magnetische Seltenerdmetalle.

Unter Verwendung der oben genannten Metalle in Kombination mit Eisen, Nickel und Kobalt können unterschiedliche Magnete mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden. Diese Magnete haben spezielle Eigenschaften, die für bestimmte Anwendungen erforderlich sind.

Beispielsweise sind Samarium-Kobalt-Magnete in Turbomaschinen, High-End-Elektromotoren usw.

 

Welche Metalle sind nicht magnetisch?

Nur wenige Metalle im Periodensystem haben Magnetismus. Die meisten anderen gewöhnlichen Metalle sind nicht magnetisch. Schauen wir uns einige von ihnen an.

Weiter im Text stellen wir die Liste der nichtmagnetischen Metalle vor. 

 

Aluminium

Die kristalline Struktur von Aluminium, ähnlich wie Lithium und Magnesium, macht es unmagnetisch. Alle drei Materialien sind beliebte Beispiele für paramagnetische Metalle.

Obwohl bei Aluminium verschiedene Arten von Korrosion auftreten können, ist es für seine Beständigkeit gegenüber korrosiven Umgebungen bekannt. Dies macht es zusammen mit seinem geringen Gewicht zu einem nützlichen Metall in vielen Branchen.

 

Gold

Gold ist wie die meisten anderen Metalle ein diamagnetisches Metall. In seiner reinen Form ist Gold nicht magnetisch und zeigt wie alle diamagnetischen Metalle nur eine schwache Abstoßung gegenüber Magneten.

 

Silber

Silber ist ein weiteres nichtmagnetisches Metall. Diese Eigenschaft ermöglicht die Identifizierung von gefälschtem Silber. Wenn “Silbermünzen” oder Schmuck Magnete anziehen, ist das etwas anderes.

 

Kupfer

Ist Kupfer magnetisch?

Kupfer selbst ist nicht magnetisch, aber es interagiert in gewissem Maße mit Magneten. Diese Eigenschaft hilft bei der Stromerzeugung in Kraftwerken.

 

Fazit

Bei einem ausreichend großen Magnetfeld interagieren alle Metallarten mit dem Magneten. Dies liegt daran, dass in Metallen Wirbelströme erzeugt werden, wenn sie einem sich bewegenden Magnetfeld ausgesetzt sind.

Mit diesem Prinzip können Metalldetektoren nicht magnetische Metalle wie Gold, Silber erkennen. Für die meisten praktischen Zwecke ist diese Interaktion jedoch nicht ausreichend und schränkt die möglichen Anwendungsfälle ein.

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