Additive Fertigung texturierter FePrCuB Permanentmagnete

F. Trauter*, R. Löffler, T. Groß, G. Schneider, D. Goll

Hochschule Aalen, Institut für Materialforschung, Aalen

*felix.trauter@hs-aalen.de


Die additive Fertigung auf Basis des Laser-Powderbed-Fusion Verfahrens (L-PBF) verspricht eine Vielzahl neuer Möglichkeiten für Funktionswerkstoffe: maßgeschneiderte Materialeigenschaften, neue Bauteil- und Topologiestrukturen sowie einzelne Bauteile mit komplexer Geometrie und Funktionsintegration. Auch für Permanentmagnete als wichtige Schlüsselwerkstoffe für die Elektrifizierung sind neue Freiheitsgrade bei der Entwicklung und Gestaltung von Produkten zu erwarten. Die additive Fertigung mittels L-PBF stellt jedoch eine Herausforderung dar, insbesondere für die derzeit stärksten Dauermagnete auf der Basis von Seltenerdmetallen (SE) wie Fe-Nd-B. Kürzlich wurde gezeigt, dass sich aufgrund der schnellen Erstarrung im L-PBF Prozess eine nanokristalline Mikrostruktur mit hartmagnetischen Eigenschaften im Bulk entwickelt [1].

Eine alternative Strategie besteht darin, Magnetwerkstoffe für die SLM-Verarbeitung zu wählen, die aufgrund ihres Erstarrungsprozesses und ihrer Phasengleichgewichte magnetisch vorteilhafte Mikrostrukturen bilden, wie z. B. FePrCuB. Dadurch können aus dem Gusszustand permanent-magnetische Eigenschaften erzielt werden, ohne dass eine anschließende pulvermetallurgische Verarbeitung oder ein schnelles Abschrecken erforderlich ist. Dauermagnete auf der Basis von FePrCuB wurden im Labormaßstab durch L-PBF und Book-mold casting (Referenz) realisiert [2]. Eine zweistufige Wärmebehandlung der gegossenen/additiv gefertigten FePrCuB-Proben führt zu hartmagnetischen Eigenschaften. Dies führte zu einer Koerzitivfeldstärke von 0,67 T, einer Remanenz von 0,67 T und einer maximalen Energiedichte von 69,8 kJ/m³ für die additiv gefertigten Proben.

Während die gegossenen FePrCuB-Magnete eine Textur mit Vorzugsrichtung in der Ebene quer zur Erstarrungsrichtung aufweisen, zeichnen sich die additiv gefertigten Magnete durch eine ausgeprägte, überwiegend gerichtete Mikrostruktur aus, die aus dem AM-Prozess stammt und entlang der Laserscanrichtung vorliegt. Aufgrund des höheren Texturierungsgrades weist der L-PBF-Magnet eine um 26 % höhere Remanenz im Vergleich zu einem identisch wärmebehandelten BMC-Magneten gleicher Zusammensetzung auf.

Referenzen

[1] D. Goll; F. Trauter; T. Bernthaler; J. Schanz; H. Riegel; G. Schneider Micromachines, 2021, 5, 538.

[2] D. Goll; F. Trauter; R. Loeffler; T. Gross; G. Schneider Micromachines, 2021, 9, 1056.