Direktes Mikrostrukturdesign von Ni-(Co)-Mn-Sn-Heusler-Legierungen mit magnetischem Formgedächtniseffekt für multikalorische Anwendungen ermöglicht durch additive Fertigung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Niendorf; Dr. Franziska Scheibel
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527201505

Im vorliegen Projekt werden die mikrostrukturellen und magnetischen Eigenschaften von Ni(Co)-Mn-Sn-Heusler- Formgedächtnislegierungen (FGL) für die multikalorische Festkörperkühlung unter Verwendung des Pulverauftragsschweißens (Directed Energy Deposition (DED)-Prozess) spezifisch maßgeschneidert. Hinsichtlich des Gefüges wird eine bambusähnliche Mikrostruktur angestrebt, um gezielt die mechanische und zyklische Stabilität zu verbessern. Eine Dotierung von Ni-Mn-Sn mit Co- und Fe- Elementarpulvern wird vorgenommen um die magnetischen Eigenschaften gezielt zu beeinflussen und die zyklische Stabilität zu verbessern. In dieser Hinsicht ermöglicht das DED-Verfahren ein präzises im Prozess Legieren kleiner Mengen elementarer Pulver, d.h. Co und Fe. Eine neue DED-Anlage, verfügbar am Standort Kassel, ermöglicht die Hochdurchsatz-Charakterisierung von Materialien, die direkt im Prozess mit kleinen Mengen an Fe-Pulvern (erster Schritt) und Co-Pulvern (zweiter Schritt) legiert werden. Die DED-Anlage ist mit einer weitergehenden Instrumentierung für Hochdurchsatzanalysen wie Röntgentomographie und -beugung ausgestattet, um Daten direkt während der Verarbeitung zu sammeln, was eine effiziente Identifikation von Prozessparametern erlaubt. Um eine gute mechanische und zyklische Stabilität der verarbeiteten chemischen Zusammensetzungen zu erzielen, müssen Porosität, das Auftreten von Heißrissen und andere Defekte minimiert werden. Wärmebehandlungen nach dem Prozess werden zur Homogenisierung und gezielten Beeinflussung der magnetischen Ordnung verwendet. Neben den mechanischen (pseudoelastischer (PE) und Formgedächtniseffekt (SME)) und magnetischen Eigenschaften sowie den damit verbundenen kalorischen Effekten, die im Hinblick auf maximale Leistungsfähigkeit der Legierung umfassend charakterisiert werden, wird die DED-prozessierte Legierung in einem Multi-Stimuli Prüfstand untersucht, um letztendlich die zyklische multikalorische Performanz zu bewerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen