Entwicklung einer „top – down“ Herstellungsroute für Nd-Fe-B Magnete

Ziel des Pioneer-Fund-Projekts ist die Validierung dieses Prozesses für eine weitere Umsetzung in eine industrielle Produktion. Das zu entwickelnde Herstellungsverfahren für Permanentmagneten bietet gegenüber dem konventionellen Sinterverfahren vielseitige Vorteile wie z.B. eine geringere Anzahl von Fertigungsschritten, eine höhere Effizienz sowie einen niedrigeren Energieverbrauch usw. Wenn die erreichten magnetischen Eigenschaften mit denen kommerzieller Sintermagnete vergleichbar sind, kann das bisherige Sinterverfahren für Permanentmagneten in einigen Bereichen durch den kontinuierlichen top-down Ansatz ersetzt werden.

Motivation

Permanentmagnetische Materialien spielen eine immer wichtiger werdende Rolle bei Technologien im Bereich der Energiegewinnung, der Mobilität, sowie in der Automatisierung und der Unterhaltungsindustrie. Die Produktion von Permanentmagneten hat im letzten Jahrzehnt einen starken Aufschwung erfahren, durch die fortschreitende Automatisierung, sowie dem Wechsel von Verbrennungsmotoren hin zu der Elektromobilität ist der Bedarf an Permanentmagneten stark angestiegen.

Abbildung 1: Vergleich der Herstellungsrouten mit deren Prozessschritten und Mikrostrukturen. Oben: Konventioneller pulvermetallurgischer Prozess; Unten: Neues top-down Verfahren mittels Umformprozess

Aufgrund ihrer hohen magnetischen Energiedichte gehören die Neodym-Eisen-Bor (Nd Fe B) Legierungen zu den wichtigsten Permanentmagnetmaterialien. Jedoch ist die Legierung permanentmagnetisch, erst wenn sie eine bestimmte Mikrostruktur (z.B. möglichst kleine Körner und magnetische Textur) aufweist. Die konventionelle Herstellung erfolgt heutzutage über eine pulvermetallurgische Route durch Sintern, welche ein aufwendiges Herstellungsverfahren und deshalb mit hohen Kosten bei der Wertschöpfung verbunden ist.

Im Teilprojekt „Neue top-down Syntheseverfahren“ des LOEWE RESPONSE Projektes an der TU Darmstadt wurde eine Umformprozessroute von den Fachgebieten PtU, PhM und FM ausgehend von gegossenen Nd-Fe-B Legierungen erarbeitet und patentiert. Das Ziel dieser Prozessroute ist eine, im Vergleich zur klassischen Pulverroute, günstige und effiziente Herstellung von Nd-Fe-B Permanentmagneten mittels eines kontinuierlichen Umformprozesses. Die bisherigen Ergebnisse haben das hohe Potential dieser Prozessroute aufgezeigt, indem eine signifikante magnetische Härtung (Steigerung der Remanenz und Koerzitivität) erreicht werden konnte.

Abbildung 2: Projekt Kick-Off 2018. Personen (v.l.n.r.): M.Sc. Corinna Müller (Projektteam), Dipl.-Ing. Thorsten Gröb (Projektteam), Prof. Dr. Oliver Gutfleisch, (Projektleitung) Dr. Stefan Riegg (Projektkoordination), M.Sc. Fansun Chi (Projektkoordination), Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche (Projektleitung), Robert Heitzmann (Innovationsmanager der TU Darmstadt, Pioneer Fund), Dr.-Ing. Enrico Bruder (Projektkoordination)

Danksagung

Das vorgestellte Forschungsprojekt wird von der TU Darmstadt sowie dem ENTEGA NATURpur Institut GmbH finanziert.