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Vortrag

Quantitative Analyse der Auswirkung von Dy/Tb-Korngrenzendiffusion auf Gefüge und Eigenschaften von Fe-Nd-B Magneten

Donnerstag (17.09.2020)
15:50 - 16:10 Uhr

Durch den Einsatz von Fe-Nd-B-Magneten in Energiewandlermaschinen können Wirkungsgrade erzielt werden, welche mit Induktionsmaschinen nicht realisierbar sind. Die stetige Optimierung der Leistungsdichte, wie z.B. im Bereich der Elektromobilität, stellt immer höhere Anforderungen an Einsatztemperatur sowie zulässige Gegenfeldbelastung der eingesetzten Magnete. Diese Eigenschaften sind für die Motorauslegung von höchster Bedeutung, um einen Ausfall durch irreversible Magnetisierungsverluste ausschließen zu können. Eine Steigerung der Resistenz gegenüber Entmagnetisierung bei erhöhten Temperaturen ist durch das Hinzulegieren von schweren Seltenerdmetallen wie Dysprosium oder Terbium möglich. Nachteilig ist die damit einhergehende Reduzierung der remanenten Polarisation. Zudem sind diese eingesetzten schweren Seltenerdmetalle sehr kostenintensiv und hinsichtlich Rohstoffkritikalität nicht unproblematisch.

Um diese Nachteile zu umgehen, wurde das Verfahren der Korngrenzendiffusion entwickelt. Hierbei wird die Magnetoberfläche mit Dy- oder Tb-haltigen Suspensionen beschichtet und anschließend wärmebehandelt. Dieses Verfahren erlaubt das gezielte Einbringen der Seltenerdmetalle an die für die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften relevanten Bereiche an den Korngrenzen. Dadurch wird weniger Seltenerdmetall bei gleicher Wirkung benötigt. Prozessbedingt führt diese Methode zu einer inhomogenen Elementverteilung innerhalb des Magneten und resultiert in lokalen Unterschieden der Mikrostruktur sowie der magnetischen Eigenschaften. Die bei der Diffusionsbehandlung entstehende Oberflächenschicht verschlechtert jedoch die remanente Polarisation.

Für ein besseres Verständnis der Auswirkung der Korngrenzendiffusion auf das Magnetgefüge wurden Dy/Tb-behandelte Modellproben hergestellt und materialographisch untersucht. Der Einfluss der Schichtdicke sowie der Wärmebehandlung auf die Diffusionstiefe sowie die daraus resultierenden unterschiedlich ausgeprägten Diffusionsbereiche wurden quantitativ charakterisiert und verglichen. Ergänzend wurden die magnetischen Eigenschaften der Proben bestimmt und mit den quantitativ ermittelten Gefügeeigenschaften korreliert. Hierdurch konnten neue Erkenntnisse zu den ablaufenden Diffusionsmechanismen schwerer Seltenerdmetalle innerhalb Fe-Nd-B-basierter Magnete, der sich ausbildenden Oberflächenschicht sowie deren Auswirkung auf die magnetischen Eigenschaften gewonnen werden.

 

Sprecher/Referent:
Ulrich Pflanz
Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dominic Hohs
    Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
  • Prof. Dr. Dagmar Goll
    Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
  • Prof. Dr. Frank Mücklich
    Universität des Saarlands
  • Prof. Dr. Gerhard Schneider
    Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft