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Powermagnete

FVA 631 III | IGF-Nr. 19838 N

Optimierung und Weiterentwicklung von Nd-Fe-B Sintermagneten für elektrische Antriebe

Hochleistungs-Magnetwerkstoffe sind ein wichtiger Schlüssel zur hocheffizienten Elektrifizierung des Antriebsstrangs. Ziel des Projektvorhabens war die Optimierung und Weiterentwicklung von Nd-Fe-B Sintermagneten hinsichtlich ihrer erfolgreichen Anwendung in elektrischen Antrieben durch Bündelung der Forschungskompetenzen der auf dem Gebiet arbeitenden relevanten deutschen Forschungseinrichtungen. Die Forschungsschwerpunkte lagen auf dem Verständnis der Sinterbehandlung und Korngrenzenbeschaffenheit, sowie auf der Materialprozessierung und dem Legierungsdesign von heißumgeformten Magneten.

Die am Institut für Materialforschung der Hochschule Aalen durchgeführten Arbeiten haben zu einem besseren Verständnis der mikrostrukturellen Ursachen für makroskopische magnetische Eigenschaften von Magneten beigetragen. Im Zuge dessen wurde ein Forschungssinterlabor erfolgreich aufgebaut und kontinuierlich optimiert. Hierdurch war es möglich, die zur Erreichung der Projektziele notwendigen Proben herzustellen und mit der vorhandenen Analysentechnik auf Mikrostruktur und magnetische Eigenschaften zu untersuchen.

Auf Basis dieser Ergebnisse konnten Rückschlüsse auf Mechanismen der Ausbildung der Sinterstruktur gezogen und Möglichkeiten zur zukünftigen Steigerung der Ressourceneffizienz aufgezeigt werden. Am Institut für Nanotechnologie des KIT wurden die Rolle der Korngrenzen und das Benetzungsverhalten in Abhängigkeit der Anlasstemperaturen mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie sowie Lorentz-Elektronenmikroskopie systematisch untersucht. Der Anteil der Korngrenzen (KGs) benetzt von dicken bzw. dünnen KG-Schichten sowie der „trockenen“ KGs wurden in Abhängigkeit der Anlasstemperaturen gemessen. Die Rolle der Nd2O3 KG-Schichten wurde im Vergleich mit konventionellen KG-Schichten der Nd-reichen Phase bestimmt. Der Fachbereich Materialwissenschaften der technischen Universität Darmstadt erreichte eine systematische Optimierung von Ausgangslegierungen für die Heißkompaktierung von Nd-Fe-B basierten Magneten. Nach der Rascherstarrung weisen die Pulver teil-kristalline Bereiche auf, die während der Konsolidierung zu nano-skaligen, hartmagnetischen Körnern wachsen und zu einer maximierten Koerzivität der Magnete führen. Die Legierungen wurden gezielt mit Kobalt und Cer substituiert, da hierdurch die Temperaturstabilität erhöht wurde. Die magnetischen und mikrostrukturellen Eigenschaften der Magnete wurden charakterisiert.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 19838 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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