CN110523995B - 用于制造生产稀土磁铁的原材料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造粉末状的且生产稀土磁铁的材料的方法和设备。首先，提供至少一种磁的或可磁化的原料，并且借助传统的粉碎方法粉碎成粉末状的中间产品，中间产品包括具有角部和棱边的粉粒。然后使尖锐棱边的粉粒倒圆。包括经倒圆的粉粒的经优化的粉末状产品用于生产稀土磁铁。

Description

用于制造生产稀土磁铁的原材料的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于制造生产稀土磁铁的原材料的方法以及用于制造生产稀土磁铁的原材料的设备。
背景技术
永久磁铁或永磁体由可磁化的材料，例如铁、钴或镍构成，其包括静磁场，不同于电磁场的是无需电流。永久磁铁可通过使磁场作用到铁磁材料上而产生。
稀土磁铁理解为一组永磁体，其主要由铁金属（铁、钴、稀有镍）和稀土金属（尤其钕、钐、镨、镝、铽、钆）构成。稀土磁铁的特征在于，其具有高的剩磁磁通量密度以及高的磁能密度。
永磁体由结晶粉末制成。在存在强磁场的情况下将磁粉压入模具中。对此，晶体以其优选的磁化轴线指向磁场方向。然后烧结压制品。在烧结过程中，粉末的粉碎成分通过加热彼此连接或压实，但是没有或至少不是所有原材料都熔化。对此，压制品通常在提高的压力下如此被加热，使得温度保持低于主要部件的熔化温度，从而保持工件的构型（形状）。
为了制造生产永磁体、尤其Nd-Fe-B（钕-铁-硼）磁铁所需的材料，在现有技术中已知，将包括稀土金属的合金研磨成粉末状的中间产品，例如呈粗粉或细粉形式的中间产品。为了制造粉末状的中间产品通常来说传统的粉碎技术、例如蒸汽喷射研磨机等是合适的。
因为稀土金属的存在是有限的并且特别是其提取非常昂贵，为了制造生产稀土磁铁的材料，除了包括稀土金属的合金以外旧磁铁也越来越重要，旧磁铁被再利用和/或再循环以制造生产稀土磁铁的材料。旧磁铁例如是应用在马达中或旧电器中等的磁铁并且不再被需要或其不能和/或不再能完全满足其期望的性能和/或其期望的功率强度。就此在使用旧磁铁时也称为回收材料。
但是问题是，在借助传统方法例如在流化床喷射研磨机或类似的研磨设备中精细研磨这种稀土磁粉时形成具有尖锐的角部和棱边的粉粒。出于各种原因，这些尖锐的角部和棱边是非常不希望的，特别是因为使用这种尖锐棱边的粉末制成的磁铁表现出比理论上预期更差的磁体值或更低的磁能密度，因为在计算时以存在经倒圆的粉粒、即没有角部和棱边的粉粒为前提条件时。
发明内容
本发明的目的是提供用于制造生产稀土磁铁的原材料的方法，通过该方法以简单的方式至少尽可能地降低和/或减少在粉末状的中间产品中存在的尖锐的粉粒角部和棱边，由此提供经优化的用于制造更好的稀土磁铁的原材料。同时应使用于制造生产稀土磁铁的粉末状的原材料的方法本身得到优化。此外提出一种用于制造生产稀土磁铁的原材料的设备，借助该设备可以简单的方式实施用于制造生产稀土磁铁的原材料的方法并且通过该设备可提供经优化的用于制造稀土磁铁的原材料。
上述目的通过根据本发明的用于制造粉末状的且生产稀土磁铁的原材料的方法和用于制造粉末状的且生产稀土磁铁的原材料的设备实现。
在第一步骤中，提供至少一种磁的或可磁化的原料。对此例如可为包括稀土金属的合金。可替代地或额外地可使用磁的回收材料，例如应用在马达和/或旧电器中并且在此处不再有其他利用价值的旧磁铁。优选地，至少一种磁的或可磁化的原料或回收材料为包含Nd-Fe-B（钕-铁-硼）的合金或Nd-Fe-B（钕-铁-硼）磁铁。
在下一步骤中，使提供的磁的或可磁化的原料粉碎，其中，由至少一种磁的或可磁化的原料形成粉末状的中间产品。该粉末状的中间产品包括粉粒，粉粒具有角部和棱边。角部和棱边使得由粉末状的中间材料制成的磁铁具有的经测得的磁值或测得的磁能量密度值明显低于计算得出的、理论上预期的磁值。
对此以如下方式粉碎磁的或可磁化的原料，即，粉末状的中间产品的由此形成的粉粒具有的粒度在约2µm至10µm之间、优选在3µm至5µm之间。
尤其借助粉碎机构、例如借助传统已知的粉碎技术进行粉碎。用于制造粒度约100µm至300µm的粗粉的第一粗粉碎例如可通过使用机械粉碎设备和/或通过使用氢技术来实现。为了精研磨或为了制造粒度约0.1µm至20µm的细粉使用用于精研磨的研磨设备，例如流化床喷射研磨机或类似的研磨设备，其尤其在保护气体下运行。使用的保护气体通常是氮气或氩气。
在根据本发明的后一步骤中，使粉末状的中间产品的粉粒倒圆，即，在后一步骤中削圆和/或减小和/或进一步磨掉粉粒的角部和棱边。对此产生的经倒圆的粉粒在此优选具有与粉末状的中间产品的有棱边的粉粒基本相同的大小，即，粒度在约2µm至10µm之间、优选在3µm至5µm之间。
为此，该设备包括磨削装置，磨削装置用于使粉末状的中间产品的有角的、尖锐棱边的粉粒倒圆。磨削装置包括填充有粉末状的中间产品的容纳空间。中间产品此时在容纳空间中飞旋，从而粉粒彼此摩擦，由此减少并且尤其磨掉角部和棱边。优选地，在使用保护气体的情况下将粉末填充到磨削装置中并且在磨削装置之内处理粉末状的中间产品。粉末状的中间产品尤其在磨削装置中加工限定的时间，例如在30分钟和两个小时之间、优选约一个小时。优选对于磨削过程，以粉末状的中间产品填充磨削装置的容纳空间的50%至99%，尤其应是粉末状的中间产品填充容纳空间的至少80%。优选地，在磨削装置的容纳空间之内的剩余空间由使用的保护气体填充。
作为磨削装置，例如可如此改型传统的研磨装置，使得粉末状的中间产品一方面在改型的研磨装置之内猛烈飞旋，使得粉粒彼此摩擦。另一方面在磨削过程中不允许继续研磨粉末状的中间产品，这会导致新的尖锐的断边。该谨慎的磨削过程例如通过以下方式实现，即，磨削装置/经改型的碾磨装置以低的气压、尤其以0.25bar和1.00bar之间的气压运行。对此，气压尤其必须如此调节，使得粉末状的中间产品的粉粒虽然在磨削装置/改型的研磨装置中可最大程度地自由运动，但是其中，粉粒的能量对于继续研磨并不足够。在粉粒在磨削装置/改型的研磨装置中运动时，在各个粉粒之间产生摩擦效果。该摩擦效果使得粉末状的中间产品的尖锐的角部和棱边明显被削圆，由此产生经优化的具有经倒圆的粉粒的粉末状产品。
经优化的粉末状产品可用作生产第一稀土磁铁的第一原材料。使用第一原材料制造的第一稀土磁铁比由上述粉末状的中间产品制成的磁铁具有明显更好的磁值或更高的磁能量密度。
可替代地设置成，经优化的粉末状产品在另一方法步骤中经受分类过程，以便将粉粒在磨削装置之内摩擦时掉落的细磨粒从经优化的粉末状产品中除去。对此形成仅包括被倒圆的尺寸在约2µm至10µm之间、优选在3µm至5µm之间的粉粒的部分。如果该部分用作生产第二稀土磁铁的第二原材料，此时可制造具有进一步改进的磁值或更高的磁能量密度的产品。
作为用于使经优化的粉末状产品分类成包括细磨粒的精细部分和包括由磁的或可磁化的原料制成的期望的经倒圆的粉粒的粗糙部分的分离机构例如可使用动态的分离器或快速旋转的分离器。
实践数据显示出，使用经倒圆的粉粒制成的第一稀土磁铁以及尤其使用经分类的经倒圆的粉粒制成的第二稀土磁铁具有更好的磁性能并且显示出尤其更接近理论计算出的值的磁值或磁能量密度。
此处应着重提及的是，关于根据本发明的装置所述的所有方案和变型方式可同样涉及根据本发明的方法的部分方案。因此在此在说明书中或在针对根据本发明的装置的权利要求限定中提及特定的方案和/或关系和/或作用时，这同样适用于根据本发明的方法。相反同样有效，从而关于根据本发明的方法所述的所有方案和变型方式可同样涉及根据本发明的装置的部分方案。因此在此在说明书中或在针对根据本发明的方法的权利要求限定中提及特定的方案和/或关系和/或作用时，这同样适用于根据本发明的装置。
附图说明
下面应根据附图详细阐述本发明的实施例及其优点。各个元件彼此在附图中的尺寸比例不是始终与真实尺寸比例一致，因为相比于其他元件，一些形状被简化地示出并且为了更好地加以说明另一些形状被放大地示出。
图1示出了传统制造的稀土磁粉的电子扫描显微镜照片，
图2示例性地示出了传统制造的稀土磁粉的单个颗粒，
图3示出了经优化的用于制造稀土磁铁的原材料的电子扫描显微镜照片，
图4示例性地示出了优化的原材料的单个颗粒，
图5示出了经优化的用于基于至少一种磁的或可磁化的原料制造稀土磁铁的稀土磁粉的各个制造工艺步骤，
图6示意性地示出了用于制造粉末状的且生产稀土磁铁的原材料的设备。
对本发明的相同元件或作用相同的元件分别使用相同的附图标记。此外为了清楚起见，在各个附图中仅示出用于说明相应附图所必需的附图标记。所示出的实施方式仅是例如能够实现根据本发明的装置或根据本发明的方法的示例并且这些示例不是封闭性的限制。
具体实施方式
图1示出了传统制造的稀土磁粉的电子扫描显微镜照片并且图2示例性地示出了这种传统制造的稀土磁粉1的单个颗粒2。例如通过碾磨相应的原料制造稀土磁粉1。磁的或可磁化的原料可为包括铁磁金属、例如铁、镍、钴的合金，尤其由钕、铁和硼构成的合金（NdFeB），或为旧磁铁或由稀土合金和旧磁铁构成的混合物。对此，磁的或可磁化的原料例如在流化床喷射碾磨机或类似的研磨设备中被碾磨，使得产生精细的稀土磁粉1，在稀土磁粉中粉粒2的平均粒度（d50值）在2µm至10µm之间、优选在3µm至5µm之间。
如在图1和图2中清楚看出地，稀土磁粉1包含具有尖锐角部3和棱边4的粉粒2。如果传统制造的稀土磁粉1此时用于制造磁铁，则生成磁铁5（参见图5），磁铁的磁值或磁能量密度明显低于理论计算的值。
图3示出了经优化的用于制造稀土磁铁20的第二原材料AM2的电子扫描显微镜照片，对此也参见图5的附图说明，以及图4示例性地示出了经优化的第二原材料AM2的单个颗粒12、12a、12b。
经优化的第二原材料AM2尤其由如在文中借助图5在下面详细描述的方法来制造。经优化的第二原材料AM2尤其包含粉粒12，该粉粒相比于稀土磁粉1的粉粒2仅具有明显更少数量的经削圆的角部13和经削圆的棱边14，尤其经弄圆和/或削圆的粉粒12a或倒圆的粉粒12b。
图5示出了用于基于至少一种磁的或可磁化的原料M制造稀土磁铁19、20的经优化的原材料AM1、AM2、尤其优化的稀土磁粉10或通过附加的分类进一步优化的稀土磁粉的各个制造方法步骤。图6示意性地示出了粉末状的并且用于制造稀土磁铁20而设置的原材料AM2的制造设备25。
在第一方法步骤中提供至少一种磁的或可磁化的原料M。至少一种磁的或可磁化的原料M优选是稀土合金和/或旧磁铁、尤其Nd-Fe-B合金和/或Nd-Fe-B旧磁铁。
在下一方法步骤中，粉碎提供的至少一种磁的或可磁化的原料M，其中，由至少一种磁的或可磁化的原料M生成粉末状的中间产品ZP，尤其根据图1和图2的具有包括角部3和棱边4的粉粒2的稀土磁粉1。
借助粉碎机构30、例如借助传统已知的粉碎技术进行粉碎。用于制造粒度大约为100µm至300µm的粗粉的第一粗粉碎例如可通过使用机械的粉碎设备，如碾磨机31和/或通过使用氢技术实现。为了精磨或为了制造粒度约为0.1µm至20µm的精细粉末使用用于细磨的研磨设备，例如流化床喷射碾磨机32或类似的研磨设备，其尤其在保护气体S下运行。使用的保护气体一般是氮气或氩气。如此制造的稀土磁粉1例如用于制造传统的稀土磁铁5。在后一方法步骤中此时在保护气体S下将稀土磁粉1填入磨削装置40中并且之后在磨削装置40中在保护气体S下运动限定的时间。对此，稀土磁粉1的粉粒2在磨削装置40之内飞旋。优选地，对于该方法步骤的限定的时间在0.5小时和3小时之间、尤其约一个小时。
对此，磨削装置40的容纳空间没有完全充满稀土磁粉1。优选地，如此填充容纳空间，使得稀土磁粉1填充碾磨腔的50%和99%之间。尤其如此填充容纳空间，使得稀土磁粉1填充容纳空间的至少80%。碾磨空间的其余20%填充保护气体S。
在磨削装置40中稀土磁粉1猛烈飞旋，由此粉粒2的角部3和棱边4通过粉粒2的相互摩擦而相互彼此磨削。由此生成根据图3和图4的经优化的具有倒圆的粉粒12的稀土磁粉10。在磨削装置40中尤其没有进一步碾磨稀土磁粉1，从而不可生成新的尖锐角部3和断边4。
磨削装置40优选借助低的气压运行，例如借助0.25bar和1.00bar之间的低压运行。对此气压必须相应如此调节，使得中间产品ZP或稀土磁粉1可在磨削装置40中飞旋，从而粉粒2彼此摩擦，由此磨掉角部3和棱边4并且形成根据图3和图4的经倒圆的粉粒12。但是对此，粉粒2和12的能量对于进一步碾磨是不足的。优选地，传统制造的稀土磁粉1在磨削装置40中处理如此长时间，直至尽可能仅存在根据图4的倒圆的粉粒12b。
通过倒圆生成经优化的稀土磁粉10，稀土磁粉此时就可用作制造经优化的第一稀土磁铁19的第一原材料AM1。但是除了经倒圆的粉粒12，参见图3和图4，经优化的稀土磁粉10还包含细磨粒F，细磨粒尤其表示稀土磁粉1的粉粒2的角部3和棱边4的磨损部。在可选的方法步骤中除去细磨粒F，从而制造进一步经优化的用于制造进一步优化的第二稀土磁铁20的第二原材料AM2。优选地，通过以下方式除去细磨粒F，即，随后在分离机构50、例如快速旋转的动态分离器51中对经优化的第一稀土磁粉10进行分类，使得用于制造经进一步优化的第二稀土磁铁20的第二原材料AM2仅包括经倒圆的粉粒12。
根据经验可证实，经优化的第一稀土磁铁19以及尤其经进一步优化的第二稀土磁铁20的磁值或磁能量密度高于由传统制造的稀土磁粉1制成的稀土磁铁5的磁值或磁能量密度。尤其由经优化的第二原材料AM2构成的第二稀土磁铁20具有的磁值或磁能量密度的值明显接近理论计算出的最佳值。
实施方式、示例和前述段落的变型方案、权利要求或下面的描述和附图及其不同的视图或相应的个别特征可彼此独立地或任意结合地应用。与一种实施方式结合描述的特征可用于所有的实施方式，除非该特征不相容。
在关于附图通常提及“示意性的”视图时，这并不是指，附图说明及其描述对本发明的公开内容不重要。技术人员可完全明白，从示意性和抽象示出的附图中可足够获取使其简单理解本发明的信息，而没有以任意的方式由于例如由粉粒或所示其他元件的绘出的以及可能未精确规定的尺寸比例而影响技术人员的理解。因此这些附图使得，技术人员作为读者可基于根据本发明的方法的具体提及的实现方案和根据本发明的装置的具体提及的功能推导出对于在权利要求以及说明书概括部分中一般性和/或抽象说明的发明思想。
本发明在参考优选的实施方式的情况下进行描述。本领域技术人员可想到，对本发明进行变型或改变，对此没有离开下面权利要求的保护范围。可将其中一个示例的其中一部分的构件或特征与另一示例的特征或构件结合使用。
附图标记列表
1稀土磁粉
2粉粒
3角部
4棱边/断边
5传统的稀土磁铁
10经优化的稀土磁粉
12粉粒
12a经弄圆的和/或经削圆的粉粒
12b经倒圆的粉粒
13经削圆的角部
14经削圆的棱边
19经优选的稀土磁铁
20进一步优化的稀土磁铁
25设备
30粉碎机构
31碾磨机
32流化床喷射碾磨机
40磨削装置
50分离机构
51分离器
AM1、AM2原材料
F细磨粒
M磁的或可磁化的原料
S保护气体
ZP中间产品

Claims (11)

1.一种用于制造粉末状的且生产稀土磁铁的原材料（AM1、AM2）的方法，所述方法包括以下步骤：
- 提供至少一种磁的或能磁化的原料（M）；
- 在第一方法步骤中使提供的至少一种磁的或能磁化的原料（M）粉碎，其中，由所述至少一种磁的或能磁化的原料（M）生成粉末状的中间产品（ZP），其中，所述粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）具有角部（3）和/或棱边（4）；
- 在所述第一方法步骤之后的第二方法步骤中使所述粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）倒圆从而形成具有经倒圆的粉粒（12）的粉末状产品（10）；
- 其中，为了使粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）倒圆，减小和/或磨掉粉粒的角部和棱边，其中，在该过程中产生的、粉末状产品（10）的经倒圆的粉粒（12）具有与粉末状的中间产品（ZP）的有棱边的粉粒（2）相同的大小；
- 其中，磨削过程借助磨削装置（40）进行，在所述磨削装置（40）中所述粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）进行运动，使得所述粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）彼此摩擦；
- 其中，在0.25bar和1.00bar之间的气压下使所述粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）倒圆；
- 使用经优化的粉末状产品（10）作为用于生产第一稀土磁铁（19）的第一原材料（AM1）；或
- 对经优化的粉末状产品（10）进行分类，其中，除去在倒圆时产生的细磨粒（F）并且使用在分类后包括经倒圆的粉粒（12）的部分作为用于生产第二稀土磁铁（20）的第二原材料（AM2）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，磨削过程在使用保护气体（S）的情况下进行。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述磨削装置（40）包括容纳空间，将所述粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）填充到所述容纳空间中并且使其运动，使得所述粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）彼此摩擦，其中，以粉末状的中间产品（ZP）填充所述容纳空间的50%至99%。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述粉末状的中间产品（ZP）填充所述容纳空间的至少80%。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在所述容纳空间之内的剩余空间由保护气体（S）填充。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相比于借助传统使用的粉碎材料制成的稀土磁铁（5），使用经优化的粉末状产品（10）制造的第一稀土磁铁（19）具有提高的磁值或更高的磁能量密度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相比于使用粉末状的中间产品（ZP）制成的稀土磁铁（5），使用经优化的粉末状产品（10）制造的第一稀土磁铁（19）具有提高的磁值或更高的磁能量密度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相比于借助传统使用的粉碎材料制成的稀土磁铁（5），使用分类之后包括经倒圆的粉粒（12）的部分制造的第二稀土磁铁（20）具有提高的磁值或更高的磁能量密度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相比于使用粉末状的中间产品（ZP）制成的稀土磁铁（5），使用分类之后包括经倒圆的粉粒（12）的部分制造的第二稀土磁铁（20）具有提高的磁值或更高的磁能量密度。
10.一种使得用于制造粉末状的且生产稀土磁铁的原材料（AM1、AM2）的设备（25）工作的方法，所述设备（25）包括：
- 用于通过粉碎提供的磁的或能磁化的原料（M）制造粉末状的中间产品（ZP）的至少一个粉碎机构（30），其中，所述粉末状的中间产品（ZP）具有包括角部（3）和/或棱边（4）的粉粒（2）；以及
- 磨削装置（40），所述磨削装置用于使所述粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）倒圆，其中，可生成呈经优化的粉末状产品（10）的形式的具有经倒圆的粉粒（12）的用于生产第一稀土磁铁（20）的第一原材料（AM1），其中，在使粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）倒圆时，减小和/或磨掉粉粒的角部和棱边，
- 其中，磨削过程借助磨削装置（40）进行，在所述磨削装置中所述粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）进行运动，使得所述粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）彼此摩擦，
- 其中，在0.25bar和1.00bar之间的气压下使所述粉末状的中间产品（ZP）的粉粒（2）倒圆，
- 其中，经优化的粉末状产品（10）的、经倒圆的粉粒（12）的大小与粉末状的中间产品（ZP）的、有棱边的粉粒（2）的大小相同。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括分离机构（50），所述分离机构用于将经优化的粉末状产品（10）分类成细粉部分和粗粉部分，其中，所述粗粉部分包括在磨削装置（40）中构造的经倒圆的粉粒（12），由此能生成进一步优化的用于生产第二稀土磁铁（20）的第二原材料（AM2）。
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