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Legierung

Elektromobilität: Hartmagnetische Werkstoffe für elektrische Antriebe

KIT, HTW Aalen, TU Darmstadt

Ansprechpartner: Dr. Brigitte Baretzky
Email: brigitte.baretzky@kit.edu    
Telefon: 0721/608-28900


Elektromobilität: Hartmagnetische Werkstoffe für elektrische Antriebe

Nd-Fe-B-Legierung
Abb. 1. Nach SPD (High Pressure Torsion, 5 GPa, 5 Umdrehungen) enthält das Gefüge der Nd-Fe-B Legierung kristalline Nd2Fe14B-Nanoteilchen in einer amorphen Matrix.
Fe(Nd,Pr)B Sintermagnet
Abb. 2. Modellexperiment zur Vergröberung der Gefügestruktur des quasiternären Fe(Nd,Pr)B Sintermagneten. Lichtmikroskopaufnahmen (a) des Sinterzustands (1130°C, 5 h), (b) nach anschließender Wärmebehandlung (600°C, 2 h).

Im Rahmen des Aufrufes „Leittechnologie für Morgen“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) wird das Verbundprojekt E-Antrieb.NET gefördert. In einem dazugehörigen Teilprojekt „Powermagnete“ beschäftigen wir uns zusammen mit weiteren Partnern wie der Hochschule Aalen und der Technischen Universität Darmstadt mit der Entwicklung und Weiterentwicklung von hardmagnetischen Werkstoffen hinsichtlich ihrer Anwendung in elektrischen Antrieben. Über ein Konsortium sind außerdem zahlreiche mittelständische und große Unternehmen an dem Projekt beteiligt. Im Folgenden sollen einige Ergebnisse aus dem Teilprojekt Powermagnete vorgestellt werden, mehr Informationen zu dem gesamten Projekt E-Antrieb.NET sind unter folgendem Link  zu finden:
mehr Informationen.

 

Das Institut für Nanotechnologie (KIT) fokussiert sich in der ersten Phase des Teilprojektes "PowerMagnete" auf die Optimierung und Weiterentwicklung hartmagnetischer Werkstoffe hinsichtlich ihrer Anwendung in elektrischen Antrieben. Hierfür wird ein umfassenden Verständnisses über den Einfluss des Gefüges auf die magnetischen Eigenschaften von NdFeB-Sintermagneten erarbeitet und die Entwicklung neuer Herstellungsverfahren vorangetrieben.

Die Methode der intensiven plastischen Verformung (SPD) öffnet den Weg, eine prinzipiell neue Technologie für die Herstellung permanenter Magnete auf NdFeB-Basis zu entwickeln (Abb. 1). Die gesinterten Proben verlieren zwar durch SPD zunächst ihre ursprüngliche Textur, aber mit zunehmendem Verformungsgrad bildet sich eine ausgeprägte neue Textur. Ferner wurde bei den Proben die pseudounvollständige Benetzung der Korngrenzen durch die Schmelze entdeckt. Dabei bilden sich auch bei Kontaktwinkeln θ>0 im thermischen Gleichgewicht zwischen den Körnern 2-3 nm dünne Korngrenzen-Schichten, die für eine magnetische Korntrennung ausreichend sein sollten.


Die Hochschule Aalen (AG: Dr. Goll, Verständnis der FeNdB Korngrenzenphasen) hat sich im Rahmen des Projekts die Untersuchung der Rolle der Korngrenzenphasen in NdFeB-Sintermagneten vorgenommen. Über Modellversuche an NdFeB-Sintermagneten und Korngrenzenphasen-Modellproben ist erstmals der Beweis geglückt, dass in Sinterproben die gleichen Prozesse ablaufen müssen wie in reinen Schmelzproben (Abb. 2). Die erzielten Ergebnisse geben Aufschluss über die Rolle der Korngrenzenphasen auf die Magneteigenschaften und die Unmagnetisierungsprozesse.


Die Technische Universität Darmstadt (AG: Prof. O. Gutfleisch, Dr. S. Sawatzki, Neue ultrafeine Magnetpulver) beschäftigt sich mit dem sogenannten „hydrogenation disproportionation desorption recombination“ Prozeß (HDDR). Der HDDR Prozess erlaubt die Herstellung texturierter nanokristalliner NdFeB Magnete durch Variation der Prozessparameter Wasserstoffpartialdruck und Temperatur. Durch eine zielgerichtete Auswahl der HDDR-Parameter konnte eine hohe remanente Magnetisierung realisiert werden. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, dass korngrenzenmodifizierte nanokristalline Materialien mit erhöhtem Koerzitivfeld vielversprechende Kandidaten sind, um den wachsenden Anforderungen an die Temperaturstabilität von Hochleistungspermanentmagneten perspektivisch gerecht zu werden.


Hauptziel der zweiten Phase des Projektes ist die Optimierung hartmagnetischer Werkstoffe hinsichtlich ihrer Anwendung in elektrischen Antrieben auf der Basis eines tiefgehenden Verständnisses der Mikrostruktur und durch die Entwicklung neuer Herstellungsverfahren. Die Entwicklung der nächsten Generation Magnetmaterial wird auf die Optimierung der Korngrenzen gebündelt, um am Ende mit Demonstrator-Magneten die Anforderungen in einer spezifizierten E-Maschine zu erreichen. Die Forschungsschwerpunkte liegen auf dem besseren Korngrenzen-Phasenverständnis mittels Modellsinterproben (Hochschule Aalen), der Optimierung der Korngrenzenbenetzung (Institut für Nanotechnologie, KIT Karlsruhe) und der Modifikation der Korngrenzen mittels Heisspressen/stauchen von beschichteten Magnetpulvern (TU Darmstadt).