CN112385006A - 用于生产磁粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于生产磁粉的方法、以及废弃磁性材料的用于生产各向同性磁体或各向异性磁体的用途。该方法包括：提供包括废弃磁性化学成分的废弃磁性材料，分析废弃磁性材料以获得与该废弃磁性材料的废弃磁性化学成分有关的信息，将废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分以获得经调整的废弃磁性材料，以及将经调整的废弃磁性材料进行雾化以获得磁粉。

Description

用于生产磁粉的方法
技术领域
本公开的实施例涉及用于生产磁粉的方法。本公开的进一步的实施例涉及废弃磁性材料的用于生产各向同性磁体或各向异性磁体的用途。用于生产磁粉的方法具体包括以下步骤：a)提供包括废弃磁性化学成分的废弃磁性材料；b)分析废弃磁性材料以获得与该废弃磁性材料的废弃磁性化学成分有关的信息；c)将废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分以获得经调整的废弃磁性材料；以及d)将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉。
背景技术
R-T-B基稀土磁体(诸如Nd-Fe-B磁体)被称为性能最高的永磁体。它们已经被用于各种类型的电气设备中。例如，它们已经被用于电动机，诸如用于硬盘驱动器的音圈电机(VCM)或用于混合动力汽车的电机，以及许多类型的消费电子电器。R-T-B基稀土磁体通常被理解为由R-T-B成分组成。R-T-B成分通常被定义为以具有R2T14B晶格结构的晶粒的形式包括R、T和B的成分。R是至少一种稀土元素，在大多数情况下，是(多种)轻稀土元素(LRE)，但也可能包括(多种)重稀土元素(HRE)。
例如，R可以是选自由Y、Ce、La、Pr、Nd、Sm、Eu和Gd组成的组中的至少一种稀土元素。作为(多种)重稀土元素，可以适当地使用Dy和Tb中的至少一种。此外，T是一种或多种过渡金属元素，其包括Fe。此外，B是硼。
R-T-B成分也可以包括其他元素，诸如R、T和B中的任何一个的取代基，只要这些附加元素不会从根本上改变晶格结构。当用于电机和各种其他电气设备时，R-T-B基稀土磁体应该呈现足够高的热阻和矫顽力，以承受高温下的操作环境。为此，特别地，作为用于增加R-T-B基稀土磁体的矫顽力的手段，可以使用熔融合金，该熔融合金包括作为附加元素的重稀土元素HRE。特别地，作为稀土元素R被包括的轻稀土元素LRE(例如，在R2Fe14B相中)被重稀土元素HRE替代，从而改善了R2Fe14B相的磁晶各向异性(这是与矫顽力相关的物理性质)。
另一方面，存在一些原因限制轻稀土元素LRE被重稀土元素HRE替代。例如，尽管轻稀土元素LRE在R2Fe14B相中的磁矩与Fe的磁矩方向相同，但重稀土元素HRE的磁矩与Fe的磁矩具有彼此相反的方向。因此，轻稀土元素LRE被重稀土元素HRE取代的百分比越大，所得的永磁体的剩磁Br越低。此外，由于稀土元素(并且特别是重稀土元素HRE)是稀有的自然资源中的一种，因此稀土元素的使用优选地尽可能减少。
鉴于上述限制，已知的一些方法仅通过添加相对少量的重稀土元素HRE来有效地使磁体的矫顽力增加。
例如，已知将合金或化合物粉末(包括重稀土元素HRE)与主相材料合金粉末(包括轻稀土元素LRE)混合，然后压实并烧结混合物。根据该方法，重稀土元素HRE主要分布在R-T-B相的晶界附近。这导致主相的外围上的R-T-B相的磁晶各向异性得到改善。因此，改善了所有晶粒的磁晶各向异性，从而增加了矫顽力。此外，在晶粒的核心处，轻稀土元素LRE没有被重稀土元素HRE替代。因此，在那里剩磁Br的降低也可以最小化。US2004/168746A1涉及用于生产淬火R-T-B-C合金磁体的方法。
综上所述，在生产R-T-B磁体(诸如各向同性磁体和各向异性磁体)时，仍然需要减少稀土元素(特别是重稀土元素HRE)的添加。
发明内容
本公开的实施例涉及用于生产磁粉的方法。本公开的进一步的实施例涉及废弃磁性材料的用于生产各向同性磁体或各向异性磁体的用途。本公开特别旨在帮助减少R-T-B基稀土磁体生产中添加的稀土元素(特别是重稀土元素HRE)的量。因此，R-T-B基稀土磁体的生产成本和开采新原材料(如重稀土元素HRE)的需求可以被减小。这降低了稀土供应风险，并因此减小了终端用户潜在的脆弱性。
此外，本公开旨在提供通过使用废弃磁性材料生产特别包括球形磁粒的磁粉的新方法。所获得的磁粉可以被进一步处理成各向同性磁体或各向异性磁体。通过本公开的方法获得的磁粒的球形形状提供了各种益处。例如，所获得的磁粒的球形形状允许在包含球形磁粒的聚合物粘结磁体的生产中获得更好的压实度和更高的粒子负载。因此，可以获得具有高密度的包含聚合物粘结球形磁粒的磁体。此外，由于球形磁粒不具有锐边，因此可以降低聚合物粘结磁体中周围聚合物中的应力，并且可以增强这种聚合物粘结磁体以及用于生产聚合物粘结磁体的设备(例如，注塑机、挤出机或压延机)的使用寿命。
本公开的其他方面、益处和特征从权利要求、说明书和附图而变得显而易见。
根据本公开的一方面，提供了用于生产磁粉的方法。该方法包括：提供包括废弃磁性化学成分的废弃磁性材料，分析废弃磁性材料以获得与该废弃磁性材料的废弃磁性化学成分有关的信息，将废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分以获得经调整的废弃磁性材料，以及将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉。
根据本公开的另一方面，提供了废弃磁性材料的用于生产各向同性磁体或各向异性磁体的用途。生产各向同性磁体或各向异性磁体可以包括聚合物粘结、传统烧结、火花等离子体烧结、闪光火花等离子体烧结、热变形过程或增材制造以及其任何组合。
附图说明
为了能够详细地理解本公开的上述特征，可以参考实施例对上文简要总结的本公开进行更具体的描述。附图涉及本公开的实施例并且描述如下：
图1示出了根据本文所述的实施例的用于生产磁粉的方法的流程图；以及
图2示出了根据本文所述的实施例的在存在氩(A)和氦(B)的情况下通过气体雾化而产生的球形磁粒的SEM(扫描电子显微镜)图像。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的各种实施例，其中一个或多个示例在附图中示出。在以下附图的描述中，相同的参考标号指示相同的部件。通常，仅描述相对于各个实施例的差异。每个示例都是通过对本公开的解释而提供的，并不意味着对本公开的限制。此外，作为一个实施例的部分说明或描述的特征可以用于其它实施例或与其它实施例结合使用以产生进一步的实施例。本说明书旨在包括这种修改和变更。
如今，人们可以观察到针对使用永磁体的节能电气设备的需求增加。例如，日常生活离不开电动机、发电机以及来自终端用户行业(诸如电力和能源、汽车等)的消费电子电器。
本文所使用的永磁体是指不需要电通量而保持静态磁场的任何磁体。因此，磁性性质和化学成分是可以用来对市场上存在的不同永磁体进行分类的特征。
关于永磁体的磁性性质，永磁体可以被分为各向同性磁体或各向异性磁体。各向同性磁体在其制造过程后可以在任何方向上定向或磁化。各向异性磁体当在其制造过程期间暴露于磁场时，可以具有优先的磁化方向。
关于永磁体的化学成分，原则上，永磁体可以被划分为含钐钴的永磁体和R-T-B基稀土磁体。钐钴磁体和R-T-B基稀土磁体具有相似的特性，但提供不同的优点和缺点。含钐钴的永磁体在更高的温度下表现更好，但是通常易碎，这限制了磁体的尺寸并且可能导致集成到某些应用(诸如电动机)中时出现问题。R-T-B基稀土磁体由于其通常较高的热稳定性和机械稳定性，被用于小型高温应用。此外，R-T-B基稀土磁体也适用于大型应用，诸如风力涡轮机和其他发电机。然而，存在与R-T-B基稀土磁体的生产中使用的稀土元素相关联的供应和价格问题。
本公开涉及用于生产磁粉的方法。在第一步骤中，提供废弃磁性材料。该废弃磁性材料包括废弃磁性化学成分。在随后的步骤(第二步骤)中，可以通过分析废弃磁性材料来获得关于废弃磁性化学成分的信息。基于所获得的信息，然后可以在随后的步骤(第三步骤)中将废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分。此后，然后可以在进一步的步骤(第四步骤)中雾化对应的经调整的废弃磁性材料以生产磁粉。如果合适，然后可以进一步处理所获得的磁粉以生产各向同性磁体或各向异性磁体。因此，废弃磁性材料可以用于生产各向同性磁体或各向异性磁体。
在更详细地描述本公开的各种实施例之前，解释相对于本文中使用的一些术语和表达的一些方面。
在本公开中，术语“废弃磁性材料”应该被理解为示出磁场的材料，该磁场对材料的原始用途不再有用或仅部分有用。此外，术语“废弃磁性材料”涉及在制造永磁体期间由于材料损耗、加工(尾矿)和低效而被丢弃的材料。此外，术语“废弃磁性材料”涉及最终产品磁性材料，诸如来自电气设备(诸如电动机或发电机)的成品磁体或其碎片，该最终产品磁性材料示出对最终产品磁性材料的原始用途不再有用或仅部分有用的磁场。
术语“废弃磁性化学成分”是指组成废弃磁性材料的至少一种氧化状态的化学元素的特性(identities)和相对比例。组成废弃磁性材料的化学元素可能处于任何氧化状态。此外，组成废弃磁性材料的化学元素可以包括至少两种氧化状态的化学元素的组合。术语“特性”是指化学元素和/或化学元素的各种氧化状态。
类似的，术语“目标磁性化学成分”是指组成目标磁性材料的至少一种氧化状态的化学元素的特性和相对比例。组成目标磁性材料的化学元素可能处于任何氧化状态。此外，组成目标磁性材料的化学元素可以包括至少两种氧化状态的化学元素的组合。此外，术语“目标磁性化学成分”是指特定永磁体的预定义的化学成分。例如，可以在数据库或数据表中找到永磁体的这种预定义的化学成分，该数据库或数据表指示优选用于电气设备且优选存在于市场中的永磁体的至少一种化学成分。
术语“磁场”是指磁性材料周围影响区域中假想的力线，其中磁性材料可以吸引或排斥其他材料。此外，术语“磁粉”可以被理解为示出磁场的粉末。本文中使用的磁粉可以包括不同形状的磁粒。特别地，磁粉可以包括形状接近球体的磁粒。更具体地说，磁粉可以包括球形磁粒。术语“球形”应该被理解为包括弓形表面。此外，术语“球形”是指在任何方向上都具有曲率的磁粒的表面。因此，术语“球形”可以指球形、卵形、椭圆形表面。与磁粒有关的术语“球形”并不意味着所有的磁粒都是球形的，它意味着大多数磁粒，诸如90％以上、优选为95％、最优选为99％的粉末颗粒基本上是球形的。特别地，术语“球形”是指一个完全圆的几何表面。此外，本文中使用的球形磁粒的平均直径可以在1μm至500μm的范围内，通常在5μm至250μm的范围内，更通常在10μm至150μm的范围内。本公开的球形磁粒的平均直径可以通过应用根据ISO 13320:2009的激光衍射方法、根据ISO 13322-1:2014的SEM(扫描电子显微镜)图像分析方法、或者根据ISO 10070:1991的费希尔子尺寸筛(FSSS)方法来确定。优选地，本公开的球形磁粒的平均直径通过应用根据ISO 13320:2009的激光衍射方法来确定。
术语“磁通量密度”应该被理解为作用在与磁场成直角的导线上的每单位电流每单位长度的力。磁通量密度通常以韦伯每平方米[Wb/m2]计量，等效于特斯拉[T]。此外，术语“矫顽力”是指铁磁性材料或亚铁磁性材料承受外部磁场而不消磁的能力。矫顽力通常以奥斯特或安培/米为单位测量，并表示为HC。此外，术语“剩磁”应该被理解为移除外部磁场后在铁磁材料中留下的磁化。
本文使用的术语“电气设备”包括转换、产生或消耗电能的设备。例如，术语“电气设备”包括机电能量转换器，诸如低压电动机、风力涡轮发电机和伺服电机。此外，本文使用的术语“电气设备”还可以涉及旋转机器或线性机器。本文使用的术语“电气设备”可以包括转子和定子。本文使用的术语“电气设备”优选地包括被布置在转子处或转子内、和/或被布置在定子处或定子内的永磁体。永磁体可以优选地被布置为使得多个磁极从转子和/或定子径向、轴向或横向突出。
本文使用的术语“分裂”包含固体材料的任何类型的分割，包括机械、化学、热、辐射或者包括其组合的任何适当的工艺。分裂程度可以从粗分割到完全分解成细粉。
图1示出了根据权利要求1和本文所述的实施例的生产磁粉的方法的流程图。
根据图1，方法100从开始101处开始并且包括：提供包括废弃磁性化学成分的废弃磁性材料102，分析废弃磁性材料以获得与该废弃磁性材料的废弃磁性化学成分有关的信息103，将该废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分以获得经调整的废弃磁性材料104，以及雾化经调整的废弃磁性材料以获得磁粉105。方法100在结束106处结束。
根据可以与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，提供包括废弃磁性化学成分的废弃磁性材料的步骤102可以包括收集包含废弃磁性材料的至少一个电气设备的初始步骤。提供包括废弃磁性化学成分的废弃磁性材料的步骤102可以进一步包括(通常在上述初始步骤之后)拆卸包含废弃磁性材料的电气设备以及将废弃磁性材料与电气设备的其他非磁性部件分离的步骤中的至少一个步骤。因此，拆卸包含废弃磁性材料的电气设备的步骤可以包括破坏、拆开、拆除、拆分或卸下电气设备的步骤中的至少一个步骤。此外，将废弃磁性材料与电气设备的其他非磁性部件分离的步骤可以进一步包括以下步骤中的至少一个步骤：标识电气设备的包含废弃磁性材料的至少一部分、使电气设备的包含废弃磁性材料的至少一部分与电气设备的其他非磁性部件中分离、以及聚集电气设备或不同的电气设备的包含废弃磁性材料的部件。
提供包括废弃磁性化学成分的废弃磁性材料的步骤102可以进一步包括通过热、机械、电气和化学措施或处理(诸如加热和冷却过程、应用机械手段的机械处理或电脉冲处理)来制备废弃磁性材料的步骤。本文中电脉冲处理是特别优选的，并且可以包括将电气设备放置在充满液体的罐中并施加高压脉冲或selFrag过程。因此，可以移除永磁体与磁性组件之间的粘结结合，并且可以对永磁体上的涂层进行初始或完全破坏。
上述加热和冷却过程还可以包括已经与其他部件或组件(诸如支撑底盘、磁路或其他部件)分离的废弃磁性材料的涂层的消磁和/或分裂和/或层离。加热和冷却过程可以使用空气、氩气或任何其他惰性气氛进行。可以使用任何适当的技术来执行加热，这些技术例如包括电阻加热、射频加热、对流、微波加热、气体燃烧加热或其他对流加热。
针对废弃磁性材料的制备步骤的进一步机械或化学措施和处理可以包括离心转鼓、研磨、抛丸、磨料射流或浸入热化学浴中。
可以在1％至5％稀释的HCl或HNO3中对机械未涂覆的磁体进行化学处理，以进一步移除废弃磁性材料表面的任何氧化层。实现不限于这些选项，并且在一些实现中，可以使用其他试剂来移除氧化物，例如CuSO4。在该过程期间的质量损失可以被保持在0.1％至5％之间的范围内。优选地，时间、温度和浓度被选择为使得质量损失不超过10％，并且具体地不超过20％。
根据图1，本公开的用于生产磁粉的方法包括分析废弃磁性材料以获得关于废弃磁性化学成分的信息的步骤103。因此，术语“分析废弃磁性材料”是指对废弃磁性材料的至少一个样本或样本的一部分的分析方法(通常是化学分析方法)的使用或应用，以获得关于废弃磁性化学成分的信息。
此外，术语“关于废弃磁性化学成分的信息”是指与组成废弃磁性材料的至少一种化学元素的特性和/或相对比例有关的信息。特别地，术语“关于废弃磁性化学成分的信息”是指与组成废弃磁性材料的至少一种氧化状态下的至少一种化学元素的特性和/或相对比例有关的信息。组成废弃磁性材料的化学元素中的每种化学元素通常可以以任何氧化状态存在，并且通常可以包括至少两种氧化状态的组合。
因此，可以通过使用包括电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)或能量色散X射线光谱(EDX)的化学分析方法来执行分析废弃磁性材料以获得关于废弃磁性化学成分的信息的步骤103。这些化学分析方法可以提供关于废弃磁性化学成分的信息。特别地，这些化学分析方法可以提供与组成废弃磁性材料的化学元素的各种氧化状态以及相对比例中的至少一种有关的信息。更具体地说，这些化学分析方法可以提供与废弃磁性材料中过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素的氧化状态或各种氧化状态有关的信息。例如，这些化学分析方法可以提供关于Dy2+、Dy3+或Dy4+的信息。此外，这些化学分析方法可以提供与在废弃磁性材料中处于各种氧化状态中的任何氧化状态的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素的相对比例有关的信息。
ICP-MS是一种化学分析方法，其能够在无干扰的低本底同位素上的浓度低至1015分之一(百万分之一，ppq)的情况下检测金属或一些非金属。因此，废弃磁性材料的至少一个样本可以在具有电感耦合等离子体的ICP-MS设备中电离，然后可以使用质谱仪分离和量化所产生的离子。此外，能量色散X射线光谱(EDX)是一种化学分析方法，它依赖于X射线激发源与样本之间的相互作用。本文中，EDX的表征能力主要是由于这样的基本原理，即每个元素具有独特的原子结构，从而允许在其电磁发射光谱上有一组独特的峰值。
根据可以与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，分析废弃磁性材料以获得关于废弃磁性化学成分的信息的步骤103可以提供关于废弃磁性化学成分的信息。特别地，分析废弃磁性材料以获得关于废弃磁性化学成分的信息的步骤103可以提供与构成废弃磁性材料的化学元素的各种氧化状态以及相对比例中的至少一种有关的信息。更具体地说，分析废弃磁性材料以获得关于废弃磁性化学成分的信息的步骤103可以提供与废弃磁性材料中过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素的氧化状态或各种氧化状态有关的信息。此外，分析废弃磁性材料以获得关于废弃磁性化学成分的信息的步骤103可以提供与在废弃磁性材料中处于各种氧化状态中的任何氧化状态的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素的相对比例有关的信息。例如，分析废弃磁性材料以获得关于废弃磁性化学成分的信息的步骤103可以提供关于废弃磁性材料中Dy2+、Dy3+或Dy4+的相对比例的信息。
因此，本文使用的废弃磁性化学成分可以具有R-T-B成分。本文中，R-T-B成分可以被定义为包括R、T和B并且包含R2T14B晶格结构的晶粒的成分，其中R是至少一种稀土元素，该至少一种稀土元素主要选自轻稀土元素LRE的组，但也可包括重稀土元素HRE。如果包括重稀土元素，则适当地包括Dy和Tb中的至少一种。例如，R可以是选自由Y、Ce、La、Pr、Nd、Sm、Eu和Gd组成的组中的至少一种稀土元素。此外，B是硼。此外，B的一部分可以用C(碳)代替。
此外，T是一种或多种过渡金属元素，该过渡金属元素包括Fe。R-T-B成分也可以具有其他元素，诸如针对R、T和B中的任何一个的取代基，只要这些附加元素(M)不会从根本上改变晶格结构。例如，这些附加元素(M)可以选自Cu、Nb、Zr、Al、Ga、Si的组，但不限于此。此外，元素T、B、稀土元素R或附加元素M中的至少一种元素可以处于任何氧化状态。此外，元素T、B、稀土元素R或附加元素M中的至少一种元素可以是在至少两个氧化状态下的相同元素的组合。此外，术语“R2T14B晶格结构”被理解为包括化学计量比的一般公差，使得例如2.1的R量被包含在R2T14B晶格结构的含义内。根据进一步的实施例，R2T14B晶格结构是Nd2Fe14B晶格结构。
根据可以与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，废弃磁性化学成分可以包括在任何氧化状态下的稀土元素。此外，废弃磁性化学成分可以包括在至少两种氧化状态下的稀土元素的组合。特别地，废弃磁性化学成分可以包括在任何氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素。例如，废弃磁性化学成分可以包括Dy2+、Dy3+或Dy4+中的至少一种。此外，废弃磁性化学成分可以包括在至少两种氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb的组合。例如，废弃磁性材料成分可以包括Dy2+与Dy3+或Dy3+与Dy4+的组合。根据一些实施例，废弃磁性化学成分可以具有以下R-T-B成分：
a)12at％至19at％的稀土元素R，其中稀土元素R是主要选自轻稀土元素LRE(例如，Nd或Pr中的至少一种元素)的至少一种元素，但是也可以包括重稀土元素HRE。如果包括重稀土元素HRE，则适当地包括Dy和Tb中的至少一种元素；
b)5at％至8at％的B(其中一部分可以由C替换)；
c)0at％至2at％的附加元素M(该元素是选自由Al、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和Bi组成的组中的至少一种元素)；以及
d)T(其是主要由Fe组成过渡金属，并且可以包括Co)并且不可避免地含有杂质作为平衡，其中元素T、B、稀土元素R或附加元素M可以处于任何氧化状态，和/或元素T、B、稀土元素R或附加元素M中的至少一种元素可以是在至少两种氧化状态下的相同元素的组合。
根据一些实施例，废弃磁性化学成分可以具有R-T-B成分，该R-T-B成分包括或包含R：20.0至37.0wt％、B：0.5至2.0wt％以及剩余的T、附加元素M和杂质，其中元素T、B、稀土元素R或附加元素M中的至少一种元素可以处于任何氧化状态。此外，元素T、B、稀土元素R或附加元素M中的至少一种元素可以是在至少两种氧化状态下的相同元素的组合。然而，废弃磁性材料成分可以是任何其它R-T-B成分，例如在US 2013/0299050 A1中所描述的。
此外，分析废弃磁性材料以获得关于废弃磁性化学成分的信息的步骤103还可以包括将关于废弃磁性化学成分的信息与目标磁性化学成分进行比较的步骤。
通过分析废弃磁性材料以获得关于废弃磁性化学成分的信息103，可以标识构成废弃磁性材料与目标磁性材料的在至少一种氧化状态下的化学元素的特性和相对比例之间的差异。特别地，可以标识废弃磁性化学成分与目标磁性化学成分中的在至少一种氧化状态下的至少一种稀土元素R的特性和相对比例之间的差异。更具体地，可以标识在废弃磁性化学成分和目标磁性化学成分中的在各种氧化状态中的任何氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素的特性和相对比例之间的差异。例如，在废弃磁性材料和目标磁性材料中的在各种氧化状态中的任何氧化状态下的Dy的特性和相对比例之间的差异。
例如，可以在数据库或数据表中找到目标磁性化学成分，该数据库或数据表包含与通常用于电气设备且通常存在于市场中的永磁体的至少一种化学成分有关的信息。
此外，数据库可以包括这样的数据，该数据指示至少一种废弃磁性化学成分和添加到对应的废弃磁性材料中的至少一种稀土元素，以实现类似于例如用于电气设备并且存在于市场中的永磁体的磁性性质。特别地，目标磁性化学成分可以包括用于电气设备并存在于市场中的永磁体中的在至少一种氧化状态下的至少一种稀土元素R的特性和相对比例。更具体地，目标磁性化学成分可以包括用于电气设备并存在于市场中的永磁体中的在至少一种氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素的特性和相对比例。
此外，根据图1，本公开的用于生产磁粉的方法包括将废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分以获得经调整的废弃磁性材料的步骤104。
因此，将废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分以获得经调整的废弃磁性材料的步骤104可以包括以下步骤：计算废弃磁性化学成分中的至少一种化学元素与目标磁性化学成分中的至少一种化学元素之间的至少一个差量。将废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分以获得经调整的废弃磁性材料的步骤104还可以包括以下步骤中的至少一个步骤：将至少一种化学元素的差量添加到废弃磁性材料中；将化学元素中的至少一种化学元素的差量与废弃磁性材料进行混合；以及将至少一种化学元素的差量与废弃磁性材料进行熔融。
术语“差量”是指由于分析废弃磁性材料以获得关于废弃磁性化学成分的信息的步骤103而产生的差异的量。
例如，术语“差量”是指由于比较废弃磁性材料与目标磁性材料中至少一种化学元素的相对比例而产生的差异的量。此外，术语“差量”是指由于比较废弃磁性材料与目标磁性材料中的在至少一种氧化状态下的至少一种化学元素的相对比例而产生的差异的量。特别地，术语“差量”是指由于比较废弃磁性化学成分与目标磁性化学成分中的在至少一种氧化状态下的至少一种稀土元素R的相对比例而产生的差异的量。更具体地，术语“差量”是指由于比较废弃磁性化学成分与目标磁性化学成分中的在至少一种氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素的相对比例而产生的差异的量。例如，由于比较废弃磁性化学成分与目标磁性化学成分中的在至少一种氧化状态下的Dy的相对比例而产生的差异的量。
因此，本公开中的差量可以通过对至少一种化学元素的相对比例应用简单的算术运算(例如，加法、减法、除法或乘法)来计算，所得到的结果与废弃磁性材料和目标磁性材料中至少一种化学元素的相对比例的比较不同。特别地，本公开中的差量可以通过对在至少一种氧化状态下的至少一种化学元素的相对比例应用简单的算术运算(例如，加法、减法、除法或乘法)来计算，所得到的结果与废弃磁性材料和目标磁性材料中在至少一种氧化状态下的至少一种化学元素的相对比例的比较不同。
特别地，本公开中的差量可以通过对在至少一种氧化状态下的稀土元素R的相对比例应用简单的算术运算(例如，加法、减法、除法或乘法)来计算，所得到的结果与废弃磁性材料和目标磁性材料中在至少一种氧化状态下的至少一种稀土元素R的相对比例的比较不同。更具体地，本公开中的差量可以通过对在至少一种氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素的相对比例应用简单的算术运算(例如，加法、减法、除法或乘法)来计算，所得到的结果与废弃磁性材料和目标磁性材料中在至少一种氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素的相对比例的比较不同。
特别地，将至少一种化学元素的差量添加到废弃磁性材料的步骤可以包括将在至少一种氧化状态下的至少一种稀土元素R的差量添加到废弃磁性材料。更具体地，将至少一种化学元素的差量添加到废弃磁性材料的步骤可以包括：将在至少一种氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素添加到废弃磁性材料。在一些实施例中，将至少一种稀土元素R添加到废弃磁性材料可以与添加在至少一种氧化状态下的元素T、B或附加元素M中的至少一种元素结合进行。在一些其它实施例中，将在至少一种氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素添加到废弃磁性材料，可以与添加在至少一种氧化状态下的元素T、B或附加元素M中的至少一种元素结合进行。
此外，将在至少一种氧化状态下的至少一种化学元素的差量添加到废弃磁性材料，将在至少一种氧化状态下的至少一种稀土元素R的差量添加到废弃磁性材料，或者将在至少一种氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素添加到废弃磁性材料，可以得到经调整的废弃磁性材料。
此外，可以进行将化学元素中的至少一种元素的差量与废弃磁性材料混合的步骤，以将废弃磁性材料与至少一种化学元素的差量组合。此外，可以进行将化学元素中的至少一种元素的差量与废弃磁性材料混合的步骤，以将废弃磁性材料与在至少一种氧化状态下的至少一种化学元素的差量组合。特别地，可以进行将化学元素中的至少一种元素的差量与废弃磁性材料混合的步骤，以将废弃磁性材料与在至少一种氧化状态下的至少一种稀土元素R的差量组合。更具体地，可以进行将化学元素中的至少一种元素的差量与废弃磁性材料混合的步骤，以将废弃磁性材料与在至少一种氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素的差量组合。
此外，可以进行将化学元素中的至少一种元素的差量与废弃磁性材料混合的步骤，以将废弃磁性材料、在至少一种氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素、以及在至少一种氧化状态下的元素T(通常可以不是Co和Cu)、B或附加元素M中的至少一种元素组合。
此外，可以通过使用本领域的技术人员已知的任何混合设备来进行将化学元素中的至少一种元素的差量与废弃磁性材料混合的步骤。例如，可以通过使用转鼓混合器、振动混合器或静态混合器来进行将化学元素中的至少一种元素的差量与废弃磁性材料混合的步骤。
将至少一种化学元素的差量与废弃磁性材料熔融的步骤可以在本领域的技术人员已知的任何熔炉中在真空或惰性气氛下进行。例如，将至少一种化学元素的差量与废弃磁性材料熔融的步骤可以在真空或惰性气氛下的具有高频感应线圈加热或电阻加热的熔炉中进行。术语“惰性气氛”是指在熔炉中不发生化学反应的气体。特别地，在熔炉中不发生化学反应的气体可以是任何惰性气体，诸如氦或氩。
此外，将至少一种化学元素(通常可以在至少一种氧化状态下)的差量与废弃磁性材料熔融的步骤可以在800℃至1300℃之间的温度下进行、通常在900℃至1200℃之间，并且更通常在1000℃至1100℃之间。特别地，将在至少一种氧化状态下的至少一种稀土元素R的差量与废弃磁性材料熔融的步骤可以在800℃至1300℃之间的温度下进行、通常在900℃至1200℃之间，并且更通常在1000℃至1100℃之间。更特别地，将在至少一种氧化状态下的过渡元素Co和Cu中的至少一种元素和/或稀土元素La、Nb、Nd、Dy或Tb中的至少一种元素的差量与废弃磁性材料熔融的步骤可以在800℃至1300℃之间的温度下进行、通常在900℃至1200℃之间，并且更通常在1000℃至1100℃之间。
在一些示例中，将在至少一种氧化状态下的至少一种化学元素的差量添加到废弃磁性材料的步骤，以及将在至少一种氧化状态下的化学元素中的至少一种元素的差量与废弃磁性材料混合的步骤，可以在将在至少一种氧化状态下的至少一种化学元素的差量与废弃磁性材料熔融的步骤之后进行。这是这样一种情况，例如，在至少一种氧化状态下的至少一种化学元素和废弃磁性材料可以在不同的熔炉中单独熔化的情况。
此外，根据图1，本公开的用于生产磁粉的方法包括将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤105。
将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤105可以通过应用气体雾化过程、离心雾化过程、旋转电极过程、真空过程、冲击过程或任何其他适当的过程来进行。
下文将描述采用气体雾化过程的实施例。
因此，将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤105可以在将废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分以获得经调整的废弃磁性材料的步骤之后(立即)进行。特别地，将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤105可以在将至少一种化学元素的差量添加到废弃磁性材料的步骤以及将至少一种化学元素的差量与废弃磁性材料熔融的步骤之后(立即)进行。更具体地，将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤105可以在将在至少一种氧化状态下的至少一种化学元素的差量添加到废弃磁性材料的步骤以及将在至少一种氧化状态下的至少一种化学元素的差量与废弃磁性材料熔融的步骤之后(立即)进行。进一步更具体地，将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤105可以在经调整的废弃磁性材料仍处于熔融形式时进行。将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉105的步骤可以在连接到熔炉的雾化室中进行。
将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤105可以在惰性气氛下进行。特别地，将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤105可以在包括氩或氦中的至少一种的惰性气氛下进行。更具体地说，将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤105可以在包括氦的惰性气氛下进行。
根据将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤105，熔融形式下的经调整的废弃磁性材料可以通过熔融喷嘴从熔炉喷射到雾化室中。此外，熔融形式下的经调整的废弃磁性材料可以穿过包括惰性气氛的冷却气体，其中冷却气体被喷射到雾化室中。此后，在由周围的惰性气氛剥夺热量的同时，可以形成经调整的废弃磁性材料的一些小液滴。因此，磁粉可以从雾化室形成并收集。磁粉可以包括球形磁粒。
因此，球形磁粒的平均直径可以在1μm至500μm的范围内，通常在5μm至250μm范围内，更通常在10μm至150μm的范围内。本公开的球形磁粒的平均直径可以通过应用根据ISO13320:2009的激光衍射方法、根据ISO 13322-1:2014的SEM(扫描电子显微镜)图像分析方法来确定、或者通过应用根据ISO 10070:1991的费希尔子尺寸筛(FSSS)方法来确定。优选地，本公开的球形磁粒的平均直径通过应用根据ISO 13320:2009的激光衍射方法来确定。
此外，球形磁粒的磁性性质可由本领域的技术人员已知的任何技术来确定。例如，球形磁粒的磁性性质可通过转矩磁力测定、法拉第力磁力测定、脉冲场提取磁力测定，通过使用SQUID(超导量子干涉设备)磁强计或振动样本磁强计来确定。球形磁粒的磁性性质可以根据ISO 17.220.20确定。因此，球形磁粒的平均矫顽力可以在50kA/m至2500kA/m的范围内，通常在800kA/m至1750kA/m的范围内，更通常在900kA/m至1500kA/m的范围内。
将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤105可以进一步包括对磁粉执行热处理的步骤。因此，对磁粉执行热处理的步骤可以包括：在真空下或在惰性气氛下加热磁粉，其温度在200℃至800℃之间，通常在300℃至700℃之间，以及更通常在400℃至600℃之间，并且/或者其时间段在1分钟至300分钟之间，通常在5分钟至200分钟之间，以及更通常在15分钟至180分钟之间。
一旦根据本公开的方法生产出磁粉，该磁粉可以用于生产各向同性磁体或各向异性磁体。用于生产各向同性磁体或各向异性磁体的方法对于本领域的技术人员是已知的，并且可以包括聚合物粘结、传统烧结、火花等离子体烧结、闪光火花等离子体烧结、热变形过程或增材制造。各向同性磁体或各向异性磁体的生产的其他示例可以是例如热压、模具镦粗、或者挤压或定心。例如，磁粉可以与环氧树脂混合并压制成磁体形状。作为另一实例，磁粉可以在至少725℃的温度下热压并形成磁体形状。每个磁体的几何形状不受限制，并且可以根据磁体的应用和周围元件的几何形状而变化。聚合物粘结磁体的磁性性质可以根据ISO 17.220.20确定。
与传统方法相比，本公开的一些优点是，由于根据本公开的方法生产的磁粉的磁粒的球形形状，各向同性磁体或各向异性磁体的生产可以得到改善。例如，根据本公开的方法生产的磁粉的磁粒的球形形状允许在生产包含球形磁粒的聚合物粘结磁体时有更好的压实度和更高的粒子负载。因此，可以获得包含高密度球形磁粒的聚合物粘结磁体。此外，由于球形磁粒不具有锐边，因此可以降低聚合物粘结磁体中周围聚合物中的应力，并且可以延长这种聚合物粘结磁体以及用于生产聚合物粘结磁体的设备(例如，注塑机、挤出机或压延机)的使用寿命。
根据一方面，根据本公开生产的各向同性磁体或各向异性磁体可以用作电气设备中的永磁体。根据另一方面，电气设备可以包括低压电动机、风力涡轮发电机和伺服电机。根据另一方面，电气设备是电动机、发电机、电力变压器、仪表变压器、线性运动设备、磁偏置电感器和磁性致动器中的至少一种。根据一方面，电气设备是同步机器。
尽管上述内容针对本公开的实施例，但是可以在不背离其基本范围以及由以下权利要求确定的范围的情况下设计本公开的其他实施例和进一步的实施例。
示例
根据本公开的聚合物粘结磁体示例：
通过将根据本公开制备的磁粉与环氧聚合物(Epofix)根据表1和表2中指示的比例(wt％磁粉)混合来制备聚合物粘结磁体。此后，将混合物倒入金属模具中进行压缩成型。使用冲头，关闭压缩成型系统，并对混合物施加范围通常在500MPa至2000MPa的压力。之后，通过例如将聚合物粘结磁体保持在20℃至120℃之间的温度下1至24小时来执行固化处理，以增加聚合物粘结磁体的机械强度。通过这种方法生产的聚合物粘结磁体是各向同性的。
本公开中球形磁粒的平均直径是通过应用根据ISO 13320:2009的激光衍射方法来确定的。本公开中球形磁粒的密度是通过使用根据ISO 12154:2014的气体比重瓶来确定的。聚合物粘结磁体的磁性性质是根据ISO 17.220.20来确定的。
表1和表2示出了根据本公开的在包括氩(表1)和氦(表2)的惰性气氛下，使用通过将经调整的废弃磁性材料雾化而获得的磁粉制备的聚合物粘结磁体的磁性性质。针对聚合物粘结磁体的制备，除非另有说明，否则在将经调整的废弃磁性材料雾化以获得磁粉的步骤之后立即使用磁粉。
表1
Figure BDA0002843196420000191
Figure BDA0002843196420000201
*对磁粉执行热处理后(600℃，2小时)
表2
Figure BDA0002843196420000202
*对磁粉执行热处理后(600℃，2小时)
考虑到表2的矫顽力值Hc保持恒定，与聚合物粘结磁体中磁粉的wt％无关，表2的矫顽力值Hc高于1000kA/m的样本远高于那些所报告的商用磁粉样本(例如，Hc＝670kA/m至750kA/m)。
此外，图2示出了根据本公开的通过在包括氩(图2，A)和氦(图2，B)的惰性气氛下将经调整的废弃磁性材料雾化而获得的两个磁粉示例的SEM图像(SEM HV：20.00kV，WD：14.74mm，BSE检测器)。因此，通过在包括氦(图2，B)的惰性气氛下雾化经调整的废弃磁性材料而获得的磁粉的SEM图像示出的球形磁粒比在包括氩(图2，A)的惰性气氛下雾化经调整的废弃磁性材料而获得的磁粉的SEM图像中的球形磁粒更小。

Claims (15)

1.一种用于生产磁粉的方法，所述方法包括：
a)提供包括废弃磁性化学成分的废弃磁性材料；
b)分析所述废弃磁性材料以获得与所述废弃磁性材料的所述废弃磁性化学成分有关的信息；
c)将所述废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分以获得经调整的废弃磁性材料；
d)将步骤c)中获得的所述经调整的废弃磁性材料进行雾化以获得所述磁粉，
其中在步骤c)中将所述废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分以获得经调整的废弃磁性材料，进一步包括以下步骤：
c1)计算所述废弃磁性化学成分中的至少一种化学元素与所述目标磁性化学成分中的所述至少一种化学元素之间的至少一个差量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤a)中提供所述废弃磁性材料包括以下所述步骤中的至少一个步骤：
a1)拆卸包含废弃磁性材料的电气设备；以及
a2)将废弃磁性材料与电气设备的其他非磁性部件进行分离。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤c)中将所述废弃磁性化学成分调整至目标磁性化学成分以获得经调整的废弃磁性材料，进一步包括以下步骤中的至少一个步骤：
c2)将所述至少一种化学元素的所述差量添加到所述废弃磁性材料中；
c3)将所述化学元素中的所述至少一种化学元素的所述差量与所述废弃磁性材料进行混合；以及
c4)将所述至少一种化学元素的所述差量与所述废弃磁性材料进行熔融。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括对所述磁粉执行热处理的步骤e)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤e)包括：以200℃至800℃之间的温度和/或在1分钟至300分钟之间的时间段内，在真空下或在惰性气氛下加热磁粉，所述200℃至800℃之间的温度通常在300℃至700℃之间，并且更通常在400℃至600℃之间，所述1分钟至300分钟之间的时间段通常在5分钟至200分钟之间，并且更通常在15分钟至180分钟之间。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述电气设备包括低压电动机、风力涡轮发电机和伺服电机。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤d)中将所述经调整的废弃磁性材料进行雾化是在惰性气氛下进行的，所述惰性气氛包括氩和氦中的至少一种。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中所述至少一种化学元素包括稀土元素。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在步骤b)中分析所述废弃磁性材料以获得与所述废弃磁性材料的所述废弃磁性化学成分有关的信息是通过使用化学分析方法进行的，所述化学分析方法包括电感耦合等离子体质谱法或能量色散X射线光谱法。
10.根据权利要求3所述的方法，其中将所述至少一种化学元素的所述差量与所述废弃磁性材料进行熔融的所述步骤是在800℃至1300℃之间的温度下进行的，通常在900℃至1200℃之间，并且更通常在1000℃至1100℃之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述磁粉包括球形磁粒。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述球形磁粒的平均直径在1μm至500μm的范围内，通常在5μm至250μm的范围内，更通常在10μm至150μm的范围内。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述球形磁粒的平均矫顽力在50kA/m至2500kA/m的范围内，通常在800kA/m至1750kA/m的范围内，更通常在900kA/m至1500kA/m的范围内。
14.一种废弃磁性材料的用于生产各向同性磁体或各向异性磁体的用途。
15.根据权利要求14所述的用途，其中各向同性磁体和/或各向异性磁体的所述生产包括聚合物粘结、传统烧结、火花等离子体烧结、闪光火花等离子体烧结、热变形过程或增材制造。
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