Einstellung anisotroper Kornstrukturen in additiv durch Laserschmelzen gefertigten CoSm-Magneten

• Antragstellerin: Professorin Dr. Dagmar Goll
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516736439

(CoCuFeZr)17Sm2 ist aktuell der am vielversprechendste Dauermagnetwerkstoff für die additive Fertigung im Laserpulverbett-Verfahren (L-PBF). Aufgrund seiner Erstarrungs-prozesse und Phasengleichgewichte bilden sich magnetisch vorteilhafte Gefüge, welche auch die Herstellung anisotroper Magnete mittels L-PBF erlauben. Die Dauermagneteigenschaften resultieren aus Ausscheidungsstrukturen, welche beim Glühen entstehen, ohne dass pulvermetallurgische Prozesse oder Rascherstarren benötigt werden. Bislang erreicht wurde bei L-PBF von (CoCuFeZr)17Sm2 ein Koerzitivfeld von µ0Hc = 2.8 T, eine Remanenz von Jr = 0.8 T und ein maximales Energieprodukt von (BH)max = 109 kJ/m3 bei Raumtemperatur. Die additiv gefertigten Magnete mit partieller Textur weisen eine 24 % höhere Remanenz als vergleichbare isotrope Sintermagnete auf. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines materialphysikalischen Verständnisses zur Entstehung kristallographisch gerichteter Kornstrukturen in additiv gefertigten CoSm-Magneten. Damit soll ermöglicht werden, gezielt anisotrope CoSm-Magnete mittels L-PBF zu fertigen, die zu anisotropen CoSm-Sintermagneten vergleichbare magnetische Eigenschaften (µ0Hc, Jr, (BH)max) aufweisen. Hierfür wird Wissen zum Werkstoff CoSm mit Wissen zu an anderen Werkstoffen erzielten Einflüssen des L-PBF Prozesses auf die Texturausbildung kombiniert. Gemäß wissenschaftlicher Literatur ist dabei die Ausnutzung (1) gezielter Temperaturgradienten im Schmelzbad und (2) Epitaxie über die Verwendung einer anisotropen Bauplattform (Substrat) sowie die (3) Erstarrung im gerichteten Magnetfeld besonders vielversprechend. Weiter lässt auch die Legierungszusammensetzung einen signifikanten Einfluss auf das Erstarrungsverhalten und die Texturausbildung erwarten. Mit Methoden der dreidimensionalen Gefügecharakterisierung sowie die Charakterisierung der magnetischen Eigenschaften soll die Texturentstehung und die dafür maßgeblichen Einflüsse qualitativ und quantitativ erfasst und bewertet werden. Dazu wird die Erstarrungstextur durch Licht- und Rasterelektronenmikroskopie sowie durch Elektronenrückstreubeugung lokal aufgelöst analysiert und der Erstarrungsprozess darauf aufbauend rekonstruiert. Ergänzend wird die magnetische Hysterese in den drei Raumrichtungen der Proben gemessen, um Aussagen zur globalen magnetischen Anisotropie zu erhalten. Auf Basis des erarbeiteten grundlegenden Verständnisses sollen gezielt jene Stellschrauben identifiziert werden, mit welchen stark texturierte CoSm-Magnete mittels L-PBF erzeugt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen