Eigenschaftsbeeinflussung von nicht kornorientiertem Elektroband mittels Lanthan

Dahlmann, Christoph; Bleck, Wolfgang (Thesis advisor); Hameyer, Kay (Thesis advisor); Krupp, Ulrich (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022, 2023)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Kurzfassung

Weichmagnetisches Elektroband spielt bei der Umwandlung von elektrischer in kinetische Energie eine entscheidende Rolle. Die elektrische Energie kann dabei jedoch nicht verlustfrei in Bewegungsenergie umgewandelt werden, sodass ein Teil der eingebrachten Energie in Wärme überführt wird. Die Wärmeverluste sollten so gering wie möglich gehalten werden, um die Effizienz anzuheben und Emissionen zu verringern. Dies kann mit Hilfe gezielter Legierungsentwicklung erreicht werden. Durch die große Menge von nicht kornorientiertem (NO) Elektroband in jeglicher Art von Elektromotoren und Generatoren besteht enormes Potential, einen nennenswerten Beitrag zur Energiewende und zur Elektromobilität zu leisten. Somit nehmen die Untersuchungen des in dieser Arbeit behandelten NO-Elektrobandes einen wichtigen Platz ein. Um den Einfluss von Verunreinigungen im Gefüge des gewalzten Materials auf die magnetischen Eigenschaften von NO-Elektroband zu untersuchen, wurden vier Elektrobandlegierungen mit unterschiedlichen Lanthangehalten hergestellt. Dabeiwurde Lanthan gewählt, da es in der Lage ist, insbesondere die Verunreinigungen verursachenden Elemente Schwefel und Sauerstoff zuverlässig abzubinden und so die Eigenschaften des Werkstoffes positiv zu beeinflussen. Als Basis diente in dieser Arbeit ein industriell genutztes Legierungskonzept mit 2,9 Gew.−% Si. DasMaterial wurde an eine Enddicke von 0,5mm kaltgewalzt und unterschiedlichen Schlussglühzyklen unterzogen, um den Einfluss des Kornwachstums auf die resultierenden magnetischen Eigenschaften herauszuarbeiten. Weiterhin wurden die Einflüsse auf die Textur, Polarisation und auch die Festigkeitseigenschaften untersucht, um eine ganzheitliche Charakterisierung des Materials zu ermöglichen. Durch die Variation des Lanthangehaltes zwischen 102 bis 154 ppm und der Schlussglühparameter konnte gezeigt werden, dass Lanthan insbesondere imniedrigen Frequenzbereich durch das deutlich beschleunigte Kornwachstum einen positiven Einfluss auf die Ummagnetisierungsverluste hat. Eine Anhebung der Messfrequenz führt korngrößenbedingt zu einer starken Erhöhung der Verluste, jedoch zeigte der Vergleich ähnlicher Korngrößen der Legierungen ohne undmit Lanthan einen deutlichen Vorteil durch verringerte Exzessverluste. Untersuchungen der Textur und der Sättigungspolarisation zeigten keinen eindeutigen Einfluss durch Lanthan. Die deutlich angehobene Korngröße bei gleicher Wärmebehandlung führte jedoch zu leicht verringerten Festigkeitskennwerten. Eindirekter Einfluss des Lanthans auf die Matrixfestigkeit des Materials wurde jedoch ausgeschlossen. Als Ergebnis der Untersuchungen kann festgehalten werden, dass Lanthan prinzipiell in der Lage ist, die magnetischen Eigenschaften von NO-Elektroband positiv zu beeinflussen.

Einrichtungen

• Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
• Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde [522110]