Einfluss der zyklischen Verformung auf das Phasenumwandlungsverhalten in Heusler Legierungen für magnetokalorische Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234141871

Kühlsysteme, die auf dem magnetokalorischen Effekt basieren, sind von großem Interesse, da diese ein hohes Energieeinsparpotential bieten. Bisher kam diese Technologie jedoch nur für Nischenanwendung in Betracht, da die bisher verwendeten Werkstoffe schlecht verfügbar waren. In den letzten Jahren wurden neue Materialien entdeckt, die keine Seltenen Erden enthalten und gleichzeitig große magnetokalorische Effekte zeigen. Ein vielversprechendes System ist Ni45Co5Mn36.7In13.3 bei dem die Umwandlungstemperaturen für den martensitischen Übergang mit 4 K/T eine sehr starke Abhängigkeit vom magnetischen Feld zeigen. Zudem kann die Phasenumwandlung auch durch mechanische Spannungen beeinflusst werden, da dieses Material pseudoelastisches Verhalten zeigt. Damit kann in diesem System die Wärmeabgabe und -aufnahme sowohl durch überlagerte Spannungen als auch durch magnetische Felder gezielt beeinflusst werden. Es ist allerdings bekannt, dass zyklisch mechanische Beanspruchung zu deutlichen Änderungen in der Mikrostruktur führen kann. Letztlich kann dies den Verlust der funktionalen Eigenschaften des Werkstoffes zur Folge haben.Das Projekt verfolgt daher zwei Ziele. Am Institut für Magnetismus in Kiev soll das Legierungssystem NiCoMnIn gezielt weiterentwickelt werden, um im Hinblick auf die Anwendung große magnetokalorische Effekte bereits bei schwächeren Magnetfeldern als bisher üblich zu erreichen. Die Legierungen sollen im hier beantragten Teil des Projektes zyklisch beansprucht werden, um die Mechanismen aufzuklären, die zur funktionalen Ermüdung führen. Um dieses grundlegende Verständnis entwickeln zu können, sollen neben den Verformungsexperimenten detaillierte mikrostrukturelle Untersuchungen mit elektronenmikroskopischen Verfahren eingesetzt werden. Als Maß für den Grad an funktionaler Schädigung wird sowohl die Veränderung des zyklischen Spannung-Dehnung-Verhaltens als auch der magnetischen Permeabilität erfasst.Die gezielte Überlagerung von mechanischer Spannung und magnetischen Feldern soll es letztlich ermöglichen, den Temperaturbereich, in dem die Werkstoffe zu magnetischen Kühlung genutzt werden können, zu erweitern. Gleichzeitig wird das im Projekt erarbeitete grundlegende Verständnis der Schädigungsmechanismen einen wesentlichen Beitrag zur gezielten Entwicklung neuer Werkstoffe für effektive magnetische Kühlsysteme liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Ukraine
• Beteiligte Person: Professor Volodymyr Kokorin