Process Development and Characterization of Anisotropic NdFeB Permanent Magnets Produced with a Modified Powder Extrusion Moulding Method

Diese Dissertation untersucht und entwickelt das Pulverextrusionsformverfahren (PEM) als neuartigen Ansatz zur Herstellung anisotroper NdFeB-Magnete, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Verwendung von Pulvern liegt, die aus Altmagneten (Eol) durch Wasserstoffbehandlung von Magnetabfällen (HPMS) gewonnen werden. Ziel dieser Arbeit war es, einen skalierbaren Produktionsansatz zu entwickeln, der die Herstellung anisotroper NdFeB-Dauermagnete unter Verwendung des PEM-Verfahrens ermöglicht. Es wurde eine umfassende Reihe von Experimenten durchgeführt, um die Extrusionsbedingungen, die Ausrichtung der magnetischen Partikel und die Parameter für das Entbinden und Sintern zu optimieren. Die Forschung war in zwei Phasen gegliedert. In der ersten Phase wurde die Machbarkeit der Herstellung isotropischer NdFeB-Magnete unter Verwendung des PEM-Verfahrens nachgewiesen. Der Schwerpunkt lag auf der Ermittlung einer geeigneten Kombination aus Maschinenkonfiguration, Rohstoffzusammensetzung und Verarbeitungsparametern, die eine hohe Dimensionsstabilität der extrudierten Stränge gewährleistet und gleichzeitig die Oxidation des empfindlichen Pulvers verhindert. In der zweiten Phase wurde das Verfahren auf anisotrope Magnete ausgeweitet, indem während des Extrudierens eine magnetische Partikelausrichtung in situ durchgeführt wurde. Mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen wurden geeignete Geometrien für Ausrichtungswerkzeuge entworfen, und Extrusionsversuche bestätigten einen hohen Ausrichtungsgrad mit Br/Js-Verhältnissen von bis zu 0,95. Der Extrusionsprozess wurde weiter optimiert, sodass durch Anpassung der Extrusionstemperatur ein Ausrichtungsgrad von 0,96 erreicht werden konnte. Darüber hinaus wurden die Entbindungs- und Sinterstrategien verfeinert, sodass gesinterte Magnete mit einem Kohlenstoffgehalt von nur 0,045 Gew.-% hergestellt werden konnten, während die Sauerstoffaufnahme vom Pulver zum gesinterten Teil in Abhängigkeit von den Verarbeitungsbedingungen typischerweise um 0,4 Gew.-% zunahm. Die Ergebnisse zeigen, dass PEM mit in situ-Ausrichtung die skalierbare Herstellung von anisotropen NdFeB-Dauermagneten mit hoher magnetischer Leistung ermöglicht. Im Vergleich zur herkömmlichen Pulvermetallurgie bietet PEM eine nahezu endkonturnahe Fertigung, macht kostspielige Nachbearbeitung überflüssig und ermöglicht einen kontinuierlichen und industriell skalierbaren Fertigungsprozess. Diese Dissertation leistet somit einen Beitrag zur Weiterentwicklung nachhaltiger Recycling- und Fertigungstechnologien für Seltenerdmagnete.