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Investigations on ThMn12-type and Mn-Al compounds as permanent magnet candidates

Maccari, Fernando (2022):
Investigations on ThMn12-type and Mn-Al compounds as permanent magnet candidates. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00021140,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Investigations on ThMn12-type and Mn-Al compounds as permanent magnet candidates
Language: English
Abstract:

Permanent magnets (PM) are key components on the emerging and growing technologies related to renewable energies and electromobility, besides the vast use in data storage, sensors, robotics and automatization and many other consumer technologies. The combination of this scenario highlights the observed increase in the high-performance magnets demand that will grow in the following years. However, even though these key components are considered the main solution of such developments, they are also in the center of concerns and uncertainty. The rare earth (RE) elements used to obtain the high magnetic properties are very sensitive to market and price fluctuations, besides the risks regarding supply because of geopolitical or sustainable development issues. In this context, finding suitable compounds that show promising magnetic properties, while overcoming these issues, is of a great importance. In this dissertation, two types of prospective materials for permanent magnetic applications were investigated: the RE-lean ThMn12-type and the RE-free Mn-Al compounds. A correlation between microstructure and extrinsic magnetic properties was investigated to understand the discrepancy in relation to the intrinsic properties. With this aim, multi scale characterization techniques, allied with different types of simulations, were used to give a better understanding of the overall aspects of phase formation, phase stability and to build the knowledge on the relation structure-processing-microstructure-magnetic properties. Through this evaluation and identification of microstructural weak links, insights about the coercivity mechanism could be drawn, which can be used to further create strategies to develop the permanent magnet candidates investigated in this work. The unfolding of such study is important to improve and create alternative magnets that can possibly reduce the dependency on critical raw materials, enabling possibilities for a more sustainable development of different technologies and applications.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Permanentmagnete (PM) sind Schlüsselkomponenten für die aufstrebenden und wachsenden Technologien im Bereich der erneuerbaren Energien und der Elektromobilität sowie für die breite Anwendung in der Datenspeicherung, der Sensorik, der Robotik und Automatisierung und vielen anderen Verbrauchertechnologien. Dies erklärt die steigende Nachfrage nach Hochleistungsmagneten, welche in den kommenden Jahren weiter zunehmen wird. Obwohl die Wichtigkeit dieser Schlüsselkomponenten unbestritten ist, stehen sie auch im Mittelpunkt von Bedenken und Unsicherheit. Die Elemente der Seltenen Erden (SE), die zur Erzielung der hohen magnetischen Eigenschaften verwendet werden, zeigen starke Markt- und Preisschwankungen, zudem sind diese verbunden mit Risiken hinsichtlich der Verfügbarkeit aufgrund von geopolitischen Entwicklungen und nachhaltiger Gewinnung. In diesem Zusammenhang ist es von großer Bedeutung, geeignete Verbindungen zu finden, die vielversprechende magnetische Eigenschaften aufweisen und gleichzeitig diese Probleme überwinden. In dieser Dissertation wurden zwei Arten von potenziellen Materialien für permanentmagnetische Anwendungen untersucht: der RE-arme ThMn12-Typ und die RE-freien Mn-Al-Verbindungen. Es wurde eine Korrelation zwischen der Mikrostruktur und den extrinsischen magnetischen Eigenschaften untersucht, um die Diskrepanz in Bezug auf die intrinsischen Eigenschaften zu verstehen. Zu diesem Zweck wurden Charakterisierungstechniken auf verschiedenen Längenskalen in Verbindung mit verschiedenen Arten von Simulationen eingesetzt, um ein besseres Verständnis der Gesamtaspekte der Phasenbildung und der Phasenstabilität zu erlangen und das Wissen über die Beziehung Struktur-Verarbeitung-Mikrostruktur-Magnetismus zu erweitern. Durch diese Bewertung und Identifizierung mikrostruktureller Schwachstellen konnten Erkenntnisse über den Mechanismus der Koerzitivfeldstärke gewonnen werden, die für weitere Strategien zur Entwicklung der in dieser Arbeit untersuchten Permanentmagnetkandidaten genutzt werden können. Die Entfaltung einer solchen Studie ist wichtig, um alternative Magnete zu verbessern und herzustellen, die möglicherweise die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen verringern können, was Möglichkeiten für eine nachhaltigere Entwicklung verschiedener Technologien und Anwendungen eröffnet.

German
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xxiii, 146 Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Functional Materials
Date Deposited: 19 Apr 2022 13:41
Last Modified: 08 Aug 2022 07:46
DOI: 10.26083/tuprints-00021140
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-211407
Referees: Gutfleisch, Prof. Dr. Oliver ; Durst, Prof. Dr. Karsten
Date of oral examination: 11 March 2022
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/21140
PPN: 494282681
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