Weichmagnetische Werkstoffe

Pulvermetallurgische Fertigungskonzepte bieten vielfältige Möglichkeiten der Herstellung von weichmagnetischen Komponenten weit über die klassischen Fertigungstechnologien hinaus. So sind weichmagnetische Komponenten mit besonderem Eigenschaftsprofil in anderen Geometrien herstellbar. Im Fokus stehen Verlustreduzierung, Erhöhung der magnetischen Leistungsfähigkeit sowie die Erweiterung der geometrischen Komplexität/Formvielfalt.

Unterschiedliche pulvermetallurgische Fertigungskonzepte werden verfolgt, um die anwendungsspezifischen Charakteristika zu adressieren. Allen gemein ist die endkonturnahe Herstellung durch pulvermetallurgische Fertigung und das breitere Werkstoff-Portfolio. 

• Nanokristalline Komponenten: Mit pulvermetallurgischen Fertigungsmethoden lassen sich amorphe Bänder, aufgewickelt oder in Form von Flakes, zu nanokristallinen Komponenten verarbeiten. Die magnetischen Eigenschaften sind in einem weiten Bereich einstellen. Zusätzlich lassen sich aufgrund der hohen Aufheizraten beim feldunterstützten Sintern (FAST/SPS) sogenannte „high B“ Legierungen verarbeiten, um nanokristalline Weichmagnete mit höherer Leistungsdichte herzustellen.

• Pulververbundwerkstoffe: Die Herstellung von isotropen Pulververbundwerkstoffen mit hohen Permeabilitäten (µ_max > 200) erfolgt über klassisches Pressen von isolierten weichmagnetischen Pulvern. Die Beschichtung der Pulver erfolgt mittels Sol-Gel-Methode. Für die Einstellung optimaler Eigenschaften ist eine Wärmebehandlung notwendig. Es stehen verschiedenste Öfen für die Realisierung des jeweiligen Temperaturprofils in gewünschter Atmosphäre zur Verfügung.

• Magnetische Charakterisierung: Die Charakterisierung erfolgt durch Messung von B-H-Kurven an Streifen oder Ringproben im Gleich- oder Wechselfeld. Insbesondere die magnetische Leistungsfähigkeit sowie die frequenzabhängigen Verluste werden so ermittelt. Dafür wird ein Hysteresegraph (f < 20 kHz) oder ein LCR-Meter (f > 20kHz) eingesetzt.
• Mechanische Charakterisierung: Die mechanische Festigkeit wird mittels Zug-/ Druckprüfung oder Härtemessung bewertet.
• Strukturelle Charakterisierung: Schliffe der Komponenten werden am Licht- bzw. Rasterelektronenmikroskop untersucht, um die funktionellen Eigenschaften mit dem Gefüge zu korrelieren. Eng verknüpft sind die Eigenschaften der eingesetzten Pulver. Daher wird zuvor eine umfassende Pulvercharakterisierung in unserem akkreditierten Labor durchgeführt. Diese beinhaltet Partikelgrößenverteilung, Morphologie und Verunreinigungsgehalte.

Die Arbeitsgruppe »Weichmagnetische Werkstoffe« von Dr. Inge Lindemann erforscht die pulvermetallurgische Fertigung anwendungsrelevanter Werkstoffkonzepte für die Herstellung verlustoptimierter weichmagnetischer Komponenten. In der Abteilung »Pulvermetallurgie« verfügt die Gruppe über umfassendes Know-how und neueste Technologien der Pulverprozessierung, die auch die generative Fertigung berücksichtigt. Die Anwendungsfelder reichen von modernen Energiewandlern in elektrischen Maschinen und Leistungselektronik.

Das Projekt „WeiMag – Gezielte Eigenschaftsverbesserung durch innovative Pulvertechnologien“ wird intern über das Fraunhofer Attract Programm gefördert.