Dauermagnete sind ein wichtiger Baustein unserer modernen Gesellschaft. Anwendungsgebiete umfassen den umweltfreundlichen Verkehr, Wasser- und Windkraft. Ein vielversprechendes magnetisches Material ist MnAl-C. Obwohl es keine ferromagnetischen Elemente wie Eisen, Nickel oder Kobalt enthält, ist die sogenannte tau Phase auch bei hohen Temperaturen ferromagnetisch und zeigt all jene Eigenschaften, die Voraussetzungen für einen hochleistungsfähigen Permanentmagnet sind. Tau-MnAl-C enthält keine kritischen Elemente, weshalb ihre längerfristige Anwendung umweltfreundlich ist - in starkem Gegensatz zu seltenerdhaltigen Magneten wie z.B. Nd-Fe-B. Des Weiteren hat tau-MnAl-C eine niedrige Dichte, die für Anwendungen in Transport und Luftfahrt von Vorteil ist.
In diesem Projekt wird ein neuartiger Ansatz benutzt, der hochmoderne Charakterisierung mit hochmoderner Computersimulation kombiniert, um quantitative Aussagen zum Einfluss von Grenzflächen auf Ummagnetisierungsprozesse in tau-MnAl-C zu erhalten.

Aktuell

Am 20.09 2018 fand ein Projektmeeting in Krems statt. Teilnehmende Personen waren Dr. Thomas G. Woodcock und Panpan Zhao vom IFW Dresden, und Dr. Markus Gusenbauer, Dr. Thomas Schrefl und Harald Özelt von der Donau-Universität Krems. Der Austausch von bisherigen Forschungsergebnissen war äußerst aufschlussreich um die nächsten Projektziele zu definieren. Es wurde ein Arbeitsplan erstellt für 3 gemeinsame Publikationen, die im nächsten Projektjahr umgesetzt werden sollen.

 

Am 3. und 4. Mai 2017 fand die FWF Roadshow am Campus Krems statt. Die Informationsveranstaltung des FWF wurde mit High Level Gesprächen der zugehörigen Institutionen am Campus gestartet. Einer Präsentation des FWF und Beratungsgesprächen in Kleingruppen folgten Posterpräsentation und Speed Talks FWF-geförderter Wissenschafter/innen. Dr. Markus Gusenbauer referierte über das Projekt „The Effect of Interfaces on Magnetisation Reversal in MnAl-C“.

MNALC Poster
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Markus Gusenbauer

Am 15. 02. 2018 hat das erste Kick-off-Meeting in Dresden stattgefunden. Teilnehmende Personen waren Dr. Thomas G. Woodcock und Panpan Zhao vom IFW Dresden, und Dr. Markus Gusenbauer und Dr. Thomas Schrefl von der Donau-Universität Krems. Der Tag wurde äußerst produktiv genutzt mit Statusberichten von den jeweiligen Projektpartnern, Laborbesichtigung im Institut für Metallische Werkstoffe, Brainstorming zum Erreichen der Projektziele und eine detaillierte Arbeitsaufteilung für die kommenden Projektmonate.

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Ein Beitrag wurde eingereicht bei der Joint European Magnetic Symposia (JEMS) 2018 Konferenz, die vom 03. – 07. September 2018 in Mainz stattfinden wird (https://jems2018.org).

Automated micromagnetic simulations from native EBSD data
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Markus Gusenbauer

„Automated micromagnetic simulations from native EBSD data

Micromagnetic simulations require a detailed knowledge of the crystallographic structure of the material. In permanent magnets with reduced or no rare-earth elements typically crystallographic  eatures play an important role for the energy density product. In MnAl compounds twinning and antiphase boundaries are known to effect nucleation and pinning fields. Micromagnetic simulations can help to improve the understanding of these effects on the hysteresis properties.

In preliminary studies artificial microstructures have been used for the simulations. Here we take native Electron Backscatter Diffraction (EBSD) data of MnAl microstructures to automatically create high quality finite element meshes with adaptive mesh size. A fast micromagnetic solver, minimizing the Gibbs’ free energy, is applied subsequently and computes the hysteresis properties of the microscopic data.

The automated meshing and micromagnetic simulation routine is controlled via a Python script. Dream3D extracts EBSD data and converts them to a pixelated bitmap. Using image manipulation tools, the bitmap is automatically smoothed, corrected and upscaled. Iso2Mesh creates a 3D finite element mesh. An additional airbox, which is required for the stray field computation, is prepared with the Salome tool. The computed coercive fields are in the range of 0.36 T/μ0 to 0.53 T/μ0 depending on the density of defects.”

Poster Modellierung final
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Markus Gusenbauer

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Unsere Projektpartner in Dresden haben einen Beitrag eingereicht beim Materials Science and Engineering Congress - MSE 2018, der vom 26. – 28. September in Darmstadt stattfinden wird (http://www.mse-congress.de/).

 “The Interaction of Twin Boundaries with Magnetic Domain Walls in MnAl-C Studied by Combined EBSD and Micromagnetic Modelling Techniques

The microstructure of MnAl-C is characterized by the presence of three different twin-like defects (pseudo twins, order twins, and true twins). Combined EBSD characterization and micromagnetic modelling has shown that the twin boundaries interact with magnetic domain walls and thus influence the magnetic properties of the material. This interaction is of great interest as the measured magnetic properties of MnAl-C are currently insufficient for the application of the material as a permanent magnet. Until now, only the twin boundary misorientation has been considered; however, a further two macroscopic degrees of freedom, giving the crystallographic orientation of the boundary plane, are required for a full description of the boundary. Various EBSD-based methods to obtain these two parameters for large numbers of boundaries are being explored in order to make the connection between the magnetic properties and the distribution of the twin boundary plane normal for the first time. Based on the results of microstructural characterization, finite element micromagnetic models are applied to investigate the interaction of domain walls and twin-like defect boundary. Through the simulation, the critical nucleation and depinning fields across these three crystallographically different twin-like defect boundaries are calculated, as well as the macroscopic magnetization profile.”

 

 

 

@ Details:

Projektpartner:

Thomas G. Woodcock,

IFW Dresden, Institute for Metallic Materials

http://www.ifw-dresden.de/institutes/imw/research/magnetic-materials/

 

Auftraggeber:

FWF, Project: I 3288-N36

 

Details

Projektzeitraum 01.10.2017 - 30.09.2020
Fördergeber FWF
Förderprogramm DACH
Department

Department für Integrierte Sensorsysteme

Zentrum für Modellierung und Simulation

Projekt­verantwortung (Donau-Universität Krems) Dipl.-Ing.(FH) Dr. Markus Leopold Gusenbauer

Publikationen

Gusenbauer, M.; Fischbacher, J.; Kovacs, A.; Oezelt, H.; Bance, S.; Zhao, P.; Woodcock, T.G.; Schrefl, T. (2019). Automated meshing of electron backscatter diffraction data and application to finite element micromagnetics. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volume 486: 165256

Vorträge

Micromagnetic characterization of MnAl-C using trained neural networks

JEMS2019, Uppsala, Schweden, 29.08.2019

Automated micromagnetic simulations from Electron Backscatter Diffraction data

JEMS 2018, 05.09.2018

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