Ressourcenschonende Dauermagnete mit hohem Ce-Gehalt für nachhaltige Energiewandler

• Antragstellerin: Professorin Dr. Dagmar Goll
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554685675

Zwischen schwachen, kostengünstigen, nachhaltigen Hartferritmagneten und den starken, teuren, weniger nachhaltigen FeNdB-Seltenerdmagneten besteht eine große Lücke (Gap). Auf Laborskala gelang kürzlich der experimentelle Nachweis, dass FeNdB-Sintermagnete, in denen 50-75 % der Menge des typischerweise erforderlichen Nd/Neodym durch die besser verfügbaren und kostengünstigeren Elemente Ce/Cer und La/Lanthan substituiert sind, die Leistungsanforderung für den Einsatz in einem Elektromotor erfüllen. So wurden für Sintermagnete Fe70.9-(CexNd1-x)18.8-B5.8-M4.5 (at%; M = Co, Ti, Al, Ga, Cu; x = 0.5) bei Raumtemperatur ein Koerzitivfeld von µ0Hc = 1.29 T, eine Remanenz von Jr = 1.02 T und ein max. Energieprodukt von (BH)max = 176.5 kJ/m3 erreicht (x = 0.75: µ0Hc = 0.72 T, Jr = 0.80 T, (BH)max = 114.5 kJ/m3). Sie besitzen somit Potenzial für Gap-Magnete, die die Lücke zwischen Hartferriten und FeNdB-Magneten schließen können. Die zusätzliche Verwendung von La erlaubt dabei gezieltes Einstellen der magnetischen Kenngrößen und Verbesserung ihrer Temperaturstabilität. Ziel des Vorhabens AMACE ist die Realisierung von leistungsstarken Magnet-Prototypen mit hohen Ce-Substitutionsgraden (ausgehend von den Labormagneten Ce50%/75%) und anwendungsrelevanten Eigenschaften unter anwendungsnahen Bedingungen (inhaltliches Ziel) sowie die Prüfung von Upscaling- und Recyclingfähigkeit samt möglicher Verwertungsoptionen (strategisches Ziel). Dabei gilt es insbesondere, bestehende Erkenntnisse für FeNdB auf Ce-haltige Sintermagnete zu übertragen und Verbesserungspotenzial über Zusammensetzung und Prozessanpassung sowie Alterungsverhalten zu erforschen und bewerten. Diese für eine mögliche Kommerzialisierung hoch Ce-haltiger Sintermagnete essentiellen Fragen, insbesondere auch im Hinblick auf aktuelle und zukünftige Nachhaltigkeitsanforderungen seitens des Gesetzgebers, wurden in den Vorarbeiten nicht adressiert. Den hierfür durchzuführenden Arbeiten liegt folgende übergeordnete Hypothese zugrunde: Hoch Ce-haltige FeNdB-Sintermagnete erfordern im Vergleich zu Magneten mit keinem oder wenig Ce aufgrund spezifischer Unterschiede hinsichtlich auftretender Phasen, deren Anteile und Zusammensetzungen sowie ihrem thermodynamischen Verhalten speziell darauf angepasste Legierungs- und Prozesstechnik. Durch deren systematische und wissensbasierte Optimierung lassen sich die bisher erreichten Eigenschaften weiter verbessern und größere Mengen bzw. Sintermagnete reproduzierbar herstellen. AMACE ist ein Erkenntnistransferprojekt im Rahmen von DFG Transfer HAW/FH PLUS. Das Arbeitsprogramm sieht die gemeinsame Bearbeitung des Projektinhalts zusammen mit zwei Anwendungspartnern (gewerbliche Unternehmen Siemens AG und GKN Powder Metallurgy GmbH) vor, um wissenschaftliche Erkenntnisse und Ergebnisse der Grundlagenforschung in die Anwendung zu bringen und neue Impulse für die wissenschaftliche Grundlagenforschung zu liefern. Die Ergebnisse von AMACE liegen im vorwettbewerblichen Bereich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: GKN Powder Metallurgy Engineering GmbH; Siemens AG ; Standort Erlangen