Untersuchung der Phasenbildung in Nd-Fe-B-Schmelzen mit Synchrotron-Strahlung

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Nd-Fe-B-Legierungen werden zur Entwicklung neuartiger, extrem starker Dauermagnete verwendet. Die hartmagnetischen Eigenschaften dieser Materialien basieren auf der intermetallischen Verbindung Nd2Fe14B1 (phi-Phase), die unter Gleichgewichtsbedingungen durch peritektische Umwandlung von properitektischem gamma-Fe entsteht. Wegen der in der Regel unvollständigen peritektischen Umwandlung wird in der industriellen Fertigung das Ausgangsmaterial des Legierungsrohlings wärmebehandelt, um das Material von der unerwünschten, weichmagnetischen Fe-Phase zu befreien und dadurch den Anteil der phi-Phase zu erhöhen. Solche zeitintensiven Behandlungsstufen können eingespart werden, wenn es gelingt, durch Unterkühlen der Schmelze die Primärerstarrung der stabilen gamma-Phase zu unterdrücken und die phi-Phase direkt zu kristallisieren, um den Umweg über eine peritektische Reaktion zu vermeiden. Das ternäre Nd-Fe-B-System besitzt eine Vielfältigkeit von kristallographischen Phasen. In diesem Vorhaben soll die Phasenbildung in Nd-Fe-B-Schmelzen während der Estarrung durch energiedispersive Röntgen-Beugung mit Synchrotronstrahlung untersucht werden, um die Kristallisations-Sequenzen in-situ zu beobachten. Dazu wird die elektromagnetische Levitationstechnik zum behälterfreien Prozessieren von Schmelzen mit den Einrichtungen am European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble kombiniert. Das Ziel ist die Bestimmung der kritischen Parameter (Unterkühlung, Zusammensetzung der Schmelze, Kühlbedingungen) zur Erstarrung der unterschiedlichen Phasen, die experimentelle Bestimmung von Phasen-Selektions-Diagrammen für das technisch wichtige ternäre System Nd-Fe-B und die Analyse der Phasenselektion im Rahmen von Modellen zur Kristallkeimbildung und zum dendritischen Wachstum. Die theoretische Analyse soll zur generellen Beschreibung der Phasenbildung als Funktion von Konzentration und Unterkühlung für Nd-Fe-B-Legierungen führen.