DE102019116748A1

DE102019116748A1 - Trennung von mangan-bismut-pulvern

Info

Publication number: DE102019116748A1
Application number: DE102019116748.5A
Authority: DE
Inventors: Wanfeng LI; Feng Liang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2019-12-24
Also published as: CN110634668A; US20190392969A1; US11043319B2

Abstract

Diese Offenbarung stellt eine Trennung von Mangan-Bismut-Pulver bereit. Ein Verfahren zum Erhöhen des Volumenverhältnisses von magnetischen Partikeln in einer MnBi-Legierung beinhaltet das Absetzen eines MnBi-Pulvers, das magnetische Partikel und nicht magnetische Partikel enthält, auf einer geneigten Fläche mit einem darauf wirkenden Magnetfeld. Das Verfahren beinhaltet ferner das Sammeln von fallenden nicht magnetischen Partikeln, während getrennte magnetische Partikel magnetisch auf der geneigten Fläche zurückgehalten werden.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Niedrigtemperaturphasen(LTP- low temperature phase)-Mangan-Bismut(MnBi)-Dauermagneten und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
MnBi-Legierungen haben sich aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften, wie etwa der hohen Koerzitivkraft, die mit der Temperatur zunimmt, und somit eine höhere Stabilität bei der Entmagnetisierung von Magnetfeldern bei hohen Temperaturen bereitstellt, als geeigneter Ersatz für Seltenerd-Dauermagnete erwiesen. Dies ist besonders bei Antriebsmotoren wichtig, die normalerweise bei hohen Temperaturen betrieben werden. Das Erhalten einer magnetischen MnBi-Legierung mit hoher Reinheit und hoher Ausbeute des LTP bleibt schwierig, teilweise aufgrund der peritektischen Reaktion zwischen Mangan (Mn) und Bismut (Bi) und aufgrund der niedrigen Phasenumwandlungstemperatur, die erforderlich ist, um MnBi-LTP zu nukleieren und wachsen zu lassen.
KURZDARSTELLUNG
In mindestens einem Ansatz beinhaltet ein Verfahren das Schmelzen von Mn und Bi zu einer homogenen MnBi-Legierung und das Glühen der MnBi-Legierung, um eine Grundlegierung zu bilden. Das Verfahren kann ferner das Zerkleinern und das Mahlen der Grundlegierung zu Pulver beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Leiten des Pulvers auf eine geneigte Fläche, die ein darauf wirkendes Magnetfeld aufweist, derart beinhalten, dass MnBi-LTP-Partikel in dem Pulver auf der Fläche bleiben und nicht magnetische Bi-Partikel in dem Pulver von der Fläche fallen, um die MnBi-Partikel und die nicht magnetischen Bi-Partikel zu trennen.
In mindestens einem Ansatz beinhaltet das Verfahren das Absetzen von MnBi-Legierungspulver, das magnetische MnBi-Partikel der Niedrigtemperaturphase (LTP) und nicht magnetische Bi-Partikel enthält, auf einer geneigten Fläche, die ein Magnetfeld mit einer derart darauf wirkenden anfänglichen Stärke aufweist, dass einige der magnetischen MnBi-LTP-Partikel auf der geneigten Fläche gehalten werden und die nicht magnetischen Bi-Partikel von der geneigten Fläche fallen. Das Verfahren kann ferner das Bilden eines Magneten aus den MnBi-LTP-Partikeln, die auf der geneigten Fläche gehalten werden, beinhalten.
In mindestens einem Ansatz ist ein Magnet bereitgestellt. Der Magnet kann durch ein Verfahren gebildet werden, das das Schmelzen von Mn und Bi zu einer homogenen MnBi-Legierung und das Glühen der MnBi-Legierung, um eine Grundlegierung zu bilden, beinhaltet. Das Verfahren kann ferner das Zerkleinern und das Mahlen der Grundlegierung zu Pulver, das magnetische MnBi-Partikel der Niedrigtemperaturphase (LTP) und nicht magnetische Bi-Partikel beinhaltet, beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Absetzen des Pulvers auf einer geneigten Fläche mit einem darauf wirkenden Magnetfeld beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Sammeln fallender der nicht magnetischen Bi-Partikel an einem unteren Abschnitt der geneigten Fläche beinhalten, während getrennte der magnetischen MnBi-LTP-Partikel auf der geneigten Fläche magnetisch zurückgehalten werden. Das Verfahren kann ferner das Bilden eines Magneten aus den getrennten der magnetischen MnBi-LTP-Partikel beinhalten.
In mindestens einem Ansatz ist ein Verfahren zum Erhöhen des Volumenverhältnisses von magnetischen Partikeln in einer MnBi-Legierung bereitgestellt. Das Verfahren kann ferner das Absetzen eines MnBi-Legierungspulvers, das magnetische MnBi-LTP-Partikel und nicht magnetische Bismut-Partikel enthält, auf einer geneigten Fläche mit einem darauf wirkenden Magnetfeld beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Sammeln von fallenden nicht magnetischen Partikeln beinhalten, während getrennte magnetische MnBi-LTP-Partikel magnetisch auf der geneigten Fläche gehalten werden.
In mindestens einem Ansatz ist eine MnBi-Legierung mit einem erhöhten Volumenverhältnis von magnetischen Partikeln bereitgestellt. Die MnBi-Legierung kann durch ein Verfahren gebildet werden, das das Absetzen eines MnBi-Legierungspulvers, das magnetische MnBi-LTP-Partikel und nicht magnetische Bismut-Partikel enthält, auf einer geneigten Fläche mit einem darauf wirkenden Magnetfeld beinhaltet. Das Verfahren kann ferner das Sammeln von fallenden nicht magnetischen Partikeln beinhalten, während getrennte magnetische MnBi-LTP-Partikel auf der geneigten Fläche gehalten werden.
Figurenliste

Die 1 bildet ein SEM-Rückstreuelektronenbild einer in einem Lichtbogen geschmolzenen und geglühten MnBi-Legierung ab;
Die 2 ist eine schematische Darstellung einer ersten Baugruppe zum Trennen von Pulvern einer MnBi-Legierung.
Die 3 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Baugruppe zum Trennen von Pulvern einer MnBi-Legierung.
Die 4 ist ein Diagramm, das Röntgenbeugungsmuster von MnBi-Pulvern nach dem Glühen und vor dem Trennen zeigt.
Die 5 ist ein Diagramm, das Röntgenbeugungsmuster von MnBi-Pulvern nach dem Trennen zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier nach Bedarf offenbart; dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind alle numerischen Mengen in dieser Beschreibung, die Abmessungen oder Materialeigenschaften angeben, beim Beschreiben des breitesten Umfangs der vorliegenden Offenbarung als durch das Wort „etwa“ modifiziert zu verstehen.
Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen dieser Abkürzung in dieser Schrift und gilt in entsprechender Anwendung für normale grammatikalische Variationen der ursprünglich definierten Abkürzung. Sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges angegeben ist, wird die Messung einer Eigenschaft durch dieselbe Technik bestimmt, die vorher oder später für dieselbe Eigenschaft angegeben wurde.
Es wird ausführlich auf Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Erfindung, die den Erfindern bekannt sind, Bezug genommen. Es versteht sich jedoch, dass es sich bei den offenbarten Ausführungsformen lediglich um Beispiele für die vorliegende Erfindung handelt, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann. Dementsprechend sind hier offenbarte konkrete Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um einen Fachmann auf dem Gebiet die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien als für einen gegebenen Zweck in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet impliziert, dass Gemische aus beliebigen zwei oder mehreren der Glieder der Gruppe oder Klasse geeignet sind. Die Beschreibung von Bestandteilen mit chemischen Fachbegriffen bezieht sich auf die Bestandteile zum Zeitpunkt der Zugabe zu einer beliebigen in der Beschreibung spezifizierten Kombination und schließt nicht zwingend chemische Interaktionen zwischen Bestandteilen des Gemisches aus, sobald sie gemischt sind. Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen dieser Abkürzung in dieser Schrift und gilt in entsprechender Anwendung für normale grammatikalische Variationen der ursprünglich definierten Abkürzung. Sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges angegeben ist, wird die Messung einer Eigenschaft durch dieselbe Technik bestimmt, die vorher oder später für dieselbe Eigenschaft angegeben wurde.
Ein Dauermagnet ist eine Art von Material, das sein eigenes dauerhaftes Magnetfeld erzeugt. Dauermagneten werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet. Zum Beispiel wurde bei Anwendungen der Ökoenergie, wie etwa Elektrofahrzeugen oder Windturbinen, üblicherweise ein Neodym-Eisen-Bor (Nd-Fe-B) Magnet verwendet. Für derartige Anwendungen müssen die Dauermagneten dazu in der Lage sein, Magnetismus bei hohen Temperaturen zu bewahren. Materialien für Dauermagneten sind häufig in elektrischen Maschinen für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich industrieller Lüfter, Gebläse und Pumpen, Maschinenwerkzeuge, Haushaltsgeräte, Elektrowerkzeuge, Elektrofahrzeuge und Festplattenlaufwerke verwendet worden. Für die meisten Anwendungen, insbesondere für High-End-Anwendungen, beispielsweise in Elektrofahrzeugen, werden hochleistungsfähige Seltenerd-Dauermagnetmaterialien benötigt.
Typischerweise wurden zur Herstellung solcher Dauermagnete Seltenerdelemente verwendet, die in der Lage sind, ein hohes anisotropes Feld zu erzeugen und somit eine wesentliche Komponente für Dauermagnete mit hoher Koerzitivkraft sind. Zusätzlich wurden schwere Seltenerdmetalle verwendet, um die Koerzitivkraft zu erhöhen, um Dauermagneten für den Betrieb bei hohen Temperaturen zu stabilisieren. Seltenerdmaterialien sind teuer, insbesondere schwere Seltenerdmaterialien sind viel teurer als leichte Seltenerdmaterialien, und die Versorgung mit diesen Materialien ist gefährdet. Es wurden viele Anstrengungen unternommen, um nach seltenerdfreien Dauermagnetmaterialien zu suchen.
Unter den verschiedenen Arten der seltenerdfreien Dauermagneten kann ein MnBi-Magnet eines der vielversprechendsten Materialien für Anwendungen von Dauermagneten bei hohen Temperaturen sein. Die Niedrigtemperaturphase (LTP) der MnBi-Legierung weist eine hohe magnetische kristalline Anisotropie von 1,6 × 10⁶ Jm^-3 auf. Die ferromagnetische LTP der MnBi-Legierung weist ein einzigartiges Merkmal auf, im Besonderen weist die Koerzitivkraft der LTP der MnBi-Legierung einen großen positiven Temperaturkoeffizienten auf, was bedeutet, dass die Koerzitivkraft eines Magneten, der aus der MnBi-LTP hergestellt wird, mit steigender Temperatur zunimmt. Durch dieses einzigartige Merkmal ist der MnBi-Magnet ein ausgezeichneter Kandidat für Anwendungen bei hohen Temperaturen, um Dauermagneten auf der Basis von schweren Seltenerden, die für Anwendungen bei hohen Temperaturen üblicherweise sogar noch mehr teurere schwere Seltenerdelemente enthalten, zu ersetzen oder um zumindest die Abhängigkeit von den schweren Seltenerdelementen zu verringern.
Dennoch ist die Sättigungsmagnetisierung der MnBi-Legierung bei ungefähr 0,9 T bei 300 K relativ gering. Die MnBi-Legierung setzt sich normalerweise aus anderen Phasen, wie etwa nicht magnetischem Mn und Bi, zusammen, welche Phasen darstellen, die nicht zu der magnetischen Eigenschaft beitragen. Der MnBi-Magnet kann entweder direkt als ein Dauermagnet oder für austauschgekoppelte Nanoverbundmagnete verwendet werden. Eine Voraussetzung für all diese Anwendungen ist, dass der Magnet eine MnBi-LTP mit hoher Reinheit aufweist. Es war jedoch problematisch ein hohes Volumenverhältnis der MnBi-LTP in der MnBi-Legierung zu erzielen.
MnBi-LTP wird typischerweise aus MnBi-Legierungen hergestellt, aber der Phasenübergang von der einzelnen Mn-Phase und Bi-Phase zu MnBi-LTP erfolgt unterhalb von 360 °C, was für die Atome sehr gering ist, um die Energiebarrieren für den Phasenübergang zu überwinden. Aufgrund der Atome mit niedriger Temperatur und niedriger Energie ist der Phasenübergang typischerweise extrem langsam, was zu komplizierten und teuren Ansätzen zur Herstellung des Magneten führt. Diese Ansätze umfassen Verfahren wie Schmelzspinnen, Kugelmahlen und Lichtbogenschmelzen, gefolgt von Glühen. Die Verwendung solcher Prozesse ist in der Regel sehr kostspielig, so dass es schwierig ist, sie auf die Massenproduktion auszuweiten.
Herkömmliche metallurgische Verfahren, wie etwa das Lichtbogenschmelzen und das Sintern können wirtschaftlich machbar sein, die durch diese Verfahren hergestellte MnBi-Legierung enthält jedoch ein relativ hohes Volumen von nicht magnetischen Mn- und Bi-Phasen, da die Reaktion zwischen Mn und Bi peritektisch ist, sodass eine feste Phase und eine flüssige Phase bei einer bestimmten Temperatur eine zweite feste Phase bilden. Während der Verfestigung verfestigt sich Mn zuerst in großen Körnern aus der MnBi-Flüssigkeit. Es wird eine Wärmebehandlung oder ein Glühen bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt, um die MnBi-LTP zu erhalten. Dennoch ist das Volumenverhältnis des MnBi-LTP durch das Wesen der peritektischen Reaktion und durch die niedrige Reaktionstemperatur begrenzt. Die Reaktion zwischen Mn und Bi verläuft langsam und reines MnBi-LTP ist auch nach einer Vielzahl von Wärmebehandlungen nicht zu erreichen und die komplizierten Langzeit-Wärmebehandlungen erhöhen die Kosten signifikant.
Gemäß einem oder mehreren Ansätzen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines MnBi-LTP-Magneten das Mischen und Sintern von Pulvern der einzelnen Komponenten Mn und Bi. Sobald die Pulver homogen gemischt werden, wird die Effizienz der Verarbeitung möglicherweise weniger durch das Volumen der Legierung beeinflusst, wodurch sich das Verfahren leichter auf die Massenproduktion ausweiten lässt. Pulver aus Mn und Bi können unter Verwendung eines Mischers, einer Kyromühle oder einer Niedrigenergie-Kugelmühle gemischt werden. Das Mn-Pulver und das Bi-Pulver können mit einem Atomverhältnis zwischen etwa 0,8: 1 bis 1: 0,8 gemischt werden. In einem Ansatz werden das Mn- und Bi-Pulver mit einem Atomverhältnis von etwa 1: 1 gemischt. Das gemischte Pulver kann dann zu Presslingen wie Grünlingen gepresst werden. Die Presslinge können dann in einer Inertgasatmosphäre wie etwa Argon, Stickstoff oder Helium gesintert werden. Die Atmosphäre kann auch ein Gemisch dieser Inertgase oder ein Gemisch von Inertgasen mit Wasserstoff sein, da Wasserstoff die Oxidbildung verhindern kann.
Nach dem Glühprozess enthält die MnBi-Legierung typischerweise Mn, Bi und MnBi-LTP. Selbst nach einem Pulverisierungsprozess kann jedes Partikel noch ein Gemisch aus ferromagnetischem MnBi-LTP und Bismut enthalten. Eine beispielhafte durch Lichtbogenschmelzen und Glühen hergestellte MnBi-Legierung ist in 1 abgebildet. Das abgebildete Verbundmaterial der MnBi-Legierung zeigt die MnBi-LTP in dunkelgrauer Farbe und die nicht-magnetische nicht umgesetzte metallische Bi-Phase in hellgrauer Farbe.
Die Trennung von MnBi-LTP hat sich als schwierig erwiesen, da die Komponentenphasen in dem Gemisch oft klebrig sind. Unter all diesen Phasen jedoch ist nur MnBi-LTP magnetisch. Daher kann, wie hierin beschrieben, eine magnetische Trennung für solch ein Gemisch möglich sein.
In einem oder mehreren Ansätzen wird ein Verfahren zum Erhöhen des Volumenverhältnisses von magnetischen Partikeln in einer Legierung offenbart. In einem Beispiel wird ein Verfahren zum Erhöhen des Volumenverhältnisses von magnetischen Partikeln in einer MnBi-Legierung offenbart. Ein Vorteil des hier beschriebenen Prozesses liegt in der Fähigkeit, eine MnBi-Legierung zu verwenden, die durch Verfahren wie Lichtbogenschmelzen und Glühen hergestellt wurde, und das MnBi-LTP eines solchen Legierungspulvers zu erhöhen, so dass das Legierungspulver für die Dauermagnetanwendungen geeignet wird.
Die MnBi-Legierungen können durch das Lichtbogenschmelzen eines Gemisches von Mn und Bi mit einem Molverhältnis von ungefähr 1:1 hergestellt werden, obwohl eine nach anderen Verfahren hergestellte MnBi-Legierung ebenfalls geeignet sein kann. Es werden unterschiedliche Verhältnisse von Mn:Bi in Betracht gezogen. Zum Beispiel kann die MnBi-Legierung ein Verhältnis von Mn:Bi von ungefähr 0,5:1; 1:1; 1:1,5; 1:2; 1:2,5; 1:3; 1:4; 1:5; 1:6; 1:7; 1:8; 1:9; 1:10 oder 10:1; 9:1; 8:1; 7:1; 6:1; 5:1; 4:1; 3:1; 2,5:1; 2:1; 1,5:1; 1:1; 1:0,5 oder dergleichen aufweisen.
Die MnBi-Legierung kann dann bei Temperaturen zwischen etwa 200 °C bis 700 °C, 260 °C und 500 °C oder 300 °C und 400 °C geglüht werden; zum Beispiel bei ungefähr 360 °C. Die MnBi-Legierung kann zum Beispiel 2-12 Stunden geglüht werden. Die MnBi-Legierung kann zum Beispiel 1 bis 40 Stunden geglüht werden; zum Beispiel und insbesondere etwa 2 bis 12 Stunden.
Die geglühte Legierung kann zu einem Pulver zerkleinert und/oder gemahlen werden. Das Zerkleinern zu Pulver kann mechanisch oder manuell durchgeführt werden (z.B. Kugelmahlen oder Kyromahlen mit niedriger Energie) Die geglühte Legierung kann zu einem Barren geformt werden. Die Partikelgröße des Pulvers kann ungefähr 1 µm bis ungefähr 500 µm, 100 µm bis 500 µm, 100 µm bis 400 µm oder 200 µm bis 300 µm entsprechen.
In mindestens einem Ansatz kann das Verfahren einen Siebvorgang beinhalten. Das MnBi-Legierungspulver kann zum Beispiel vor der Trennung im Magnetfeld gesiebt werden. Das Sieben des MnBi-Legierungspulvers kann relativ große Partikel ausschließen. Das Sieben kann besonders nützlich sein, wenn mechanisches Mahlen während der Pulverherstellung durchgeführt wurde. Da Bismut relativ biegsam ist, können bismutreiche Partikel flache Schichten bilden. Die bismutreichen Partikel können durch Sieben abgetrennt werden.
Nun ist unter Bezugnahme auf die 2 eine Baugruppe 10 zum Trennen von MnBi-Partikeln von MnBi-Legierungen gezeigt. Die Baugruppe 10 beinhaltet einen Tank 12 einschließlich einer Düse 14. Der Tank 10 kann dazu angepasst sein, MnBi-Legierungspulver, die mit 20 angegeben sind, aufzunehmen. Der Tank 12 kann ein beweglicher Tank sein. Ein beweglicher Tank 12 kann eine bessere Kontrolle über die Pulverausbreitung bereitstellen. In einem Ansatz kann der Tank 12 eine Abmessung (z. B. eine Länge) aufweisen, die einer Oberfläche entsprechen kann, die unter dem Tank 12 angeordnet ist. Die Düse 14 kann eine Öffnung definieren, die zum Beispiel eine runde Öffnung sein kann. In noch anderen Ansätzen kann die Düse 14 eine nicht kreisförmige Öffnung, wie etwa einen Schlitz, definieren. Der Schlitz kann ein geneigter Schlitz sein und einen Neigungswinkel aufweisen, der einem Neigungswinkel einer geneigten Fläche entspricht, die unterhalb der Düse 14 angeordnet ist. In mindestens einem Ansatz kann ein Ventil bereitgestellt sein; zum Beispiel an oder unter (z. B. vertikal unterhalb) der Düse 14. Auf diese Weise kann die Pulverströmung von dem Tank 12 zu einer darunterliegenden Fläche gesteuert werden.
Eine oder mehrere geneigten Flächen 30 können unterhalb der Düse (14) (z. B. unterhalb bezogen auf die Schwerkraft) angeordnet sein. Auf diese Weise können MnBi-Legierungspulver 20, die aus dem Tank 12 (z. B. durch die Düse 14) freigesetzt werden, auf der geneigten Oberfläche 30 abgesetzt werden. Eine hierin verwendete geneigte Fläche 30 kann sich in einem schrägen Winkel θ (hierin als Neigungswinkel bezeichnet) in Bezug auf eine Ebene 32, die orthogonal zu einer vertikalen Achse 34 angeordnet ist, erstrecken. Die vertikale Achse 34 kann einer Fallachse (z. B. Schwerkraft-Fallachse) entsprechen und kann auch einer Zentralachse des Tanks 12 und/oder der Düse 14 entsprechen.
Auf diese Weise kann die geneigte Oberfläche 30 einen Neigungswinkel in einem Bereich von ungefähr 15 Grad bis ungefähr 75 Grad, ungefähr 15 Grad bis ungefähr 45 Grad und beispielsweise ungefähr 30 Grad aufweisen. „Ungefähr“, wie hierin verwendet, können +/-5 Grad entsprechen. Der Neigungswinkel kann einstellbar sein. Der Winkel kann zum Beispiel bevor, während oder nachdem das MnBi-Legierungspulver auf der geneigten Fläche 30 abgesetzt wird, angepasst werden.
Der Neigungswinkel kann als eine Funktion des Magnetfeldgradienten ausgewählt sein und kann in einem relativ großen Bereich variieren. Falls zum Beispiel das Magnetfeld relativ schwach ist, kann der Winkel innerhalb eines ersten Bereichs (z. B. ungefähr 15 Grad bis ungefähr 25 Grad) ausgewählt werden. Falls das Magnetfeld relativ stark ist, kann der Winkel innerhalb eines zweiten Bereichs, der einen oder mehrere Werte größer als der erste Bereich (z. B. ungefähr 55 Grad bis ungefähr 75 Grad) aufweisen kann, ausgewählt werden.
In mindestens einem Ansatz kann die geneigte Fläche 30 eine planare Fläche sein und kann eine glatte Fläche sein. Die geneigte Fläche 30 kann zum Beispiel eine geschliffene Oberfläche aufweisen. Die geneigte Fläche 30 kann aus einem nicht ferromagnetischen Metall, Keramik oder einer oder mehreren Kunststoffschichten hergestellt sein. Die geneigte Fläche 30 kann vibriert oder beschallt werden. Auf diese Weise können auf der geneigten Oberfläche 30 abgesetzte Partikel von einem oberen Abschnitt 30a der geneigten Fläche 30 (z. B. angrenzend zu der Düse 14) zu einem unteren Abschnitt 30b der geneigten Fläche 30 (z. B. gegenüber der Düse 14), wie es zum Beispiel durch die Schwerkraft und die Bewegung der geneigten Oberfläche 30 unterstützt wird, geleitet werden. Darüber hinaus kann Vibration oder Beschallung der geneigten Flächen 30 verhindern, dass Pulver aufgrund einer magnetostatischen Wechselwirkung lange Ketten entlang der Feldrichtung bilden, was verhindern kann, dass Pulver strömen.
Wie in 2 dargestellt, kann die Baugruppe 10 zwei planare geneigte Fläche 30 beinhalten. Die zwei geneigten Flächen können ein umgekehrtes V oder eine umgekehrte V-förmige Struktur definieren. Die umgekehrte V-Struktur kann eine Spitze definieren und in mindestens einem Ansatz kann das MnBi-Legierungspulver in der Nähe der Spitze abgesetzt werden.
Unter vorübergehender Bezugnahme auf die 3 kann die geneigte Fläche eine konische geneigte Fläche 30'sein, die eine Spitze 36 aufweist, die an einem oberen Abschnitt 30'a unterhalb der Düse 14 des Tanks 12 gegenüber eines unteren Abschnitts 30'b angeordnet ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 2 können ein oder mehrere Magneten 40 unterhalb der geneigten Fläche 30 angeordnet sein. Die Magneten 40 können derart vertikal unterhalb der geneigten Fläche 30 angeordnet sein, dass sich die geneigte Fläche 30 zwischen den Magneten 40 und der Düse 14 erstreckt.
Die Magneten 40 können Dauermagnete (z. B. Anordnungen aus Dauermagneten), Elektromagnete, andere Magneten oder jede beliebige geeignete Kombination davon sein. Der Magnet 40 kann ein einzelner Magnet (z. B. ein einzelner Dauermagnet) sein oder kann eine Anordnung aus Magneten sein. Eine Anordnung aus Magneten kann einen periodischen Feldgradienten bilden. Der Magnet 40 kann an einer unteren Fläche der geneigten Fläche 30 angebracht sein oder kann von der unteren Fläche der geneigten Fläche 30 beabstandet sein. Wenn der Magnet zum Beispiel ein Dauermagnet 40 oder eine Dauermagnetanordnung ist, kann der Abstand zwischen der geneigten Fläche und dem Magneten 40 angepasst werden. Darüber hinaus können mehrere Magnete verwendet werden, um unterschiedliche Magnetfelder (z. B. gleichzeitig) bereitzustellen. Ein erster Magnet kann zum Beispiel ein relativ schwächeres Magnetfeld an dem oberen Abschnitt 30a der geneigten Oberfläche 30 bereitstellen, und ein zweiter Magnet kann ein relativ stärkeres Magnetfeld an dem unteren Abschnitt 30b der geneigten Oberfläche 30 bereitstellen. Es versteht sich, dass auf diese Weise Pulver, die von dem ersten Magneten gegen die geneigte Oberfläche 30 gefangen werden, eine höhere Reinheit von hochmagnetischem Gehalt im Vergleich zu Pulvern haben können, die von dem zweiten Magneten gefangen werden.
In mindestens einem Ansatz kann eine Abmessung eines Magneten 40 einer Abmessung der geneigten Fläche 30 entsprechen. Ein Magnet 40 kann sich zum Beispiel entlang einer gesamten Länge (oder im Wesentlichen gesamten Länge) der geneigten Oberfläche 30 erstrecken (z. B. wie durch eine Achse definiert, die sich innerhalb der xy-Ebene von 2 erstreckt). In einem noch weiteren Beispiel kann sich ein Magnet 40 entlang einer gesamten Breite (oder im Wesentlichen gesamten Breite) der geneigten Oberfläche 30 erstrecken (z. B. wie durch eine ausgedehnte Orthogonale zu der xy-Ebene von 2 definiert). Ferner kann ein Magnet 40 eine Breite aufweisen, die größer als eine Breite der geneigten Fläche 30 ist.
Die Magneten 40 erzeugen ein Magnetfeld an der geneigten Fläche 30. Auf diese Weise können die Magneten 40 dazu in der Lage sein, mindestens einen Abschnitt der MnBi-Legierungspulver 20 gegen die geneigte Fläche 30 zu halten (z.B. magnetisch zu halten). Wenn zum Beispiel die MnBi-Legierungspulver 20 aus der Düse 14 freigesetzt werden und auf die geneigte Fläche 30 fallen, kann der von dem Magneten 40 erzeugte Magnetfeldgradient die MnBi-Legierungspulver 20 daran hindern, nach unten zu strömen, falls das Pulver ferromagnetisch ist und die Kraft, die auf den ferromagnetischen Abschnitten wirkt, die folgende ist: $F = \frac{1}{2} μ_{0} χ V \nabla^{2} H$
Hier ist µ₀ die Vakuumpermeabilität, ist χ die magnetische Anfälligkeit des ferromagnetischen Materials, ist V das Volumen der Pulver und ist H das Magnetfeld. Der Magnetfeldgradient kann, zum Beispiel durch Bewegen der Position der Magneten 40, angepasst werden
Es hat sich herausgestellt, dass die Konkurrenz zwischen der Schwerkraft und auf den Pulvern wirkenden Magnetkräften bestimmt, ob das Pulver die geneigte Fläche (30) hinunter strömt oder auf ihr verbleibt. Bei Pulvern mit hohem Bi-Gehalt, die in der 2 mit 22 angegeben sind, ist die auf die Pulver wirkende Magnetkraft aufgrund der nicht magnetischen Bi-Phase geringer als bei Pulvern gleicher Größe, die nur MnBi-LTP enthalten. Auf diese Weise neigen Bi-Pulver mit hohem Gehalt dazu, die geneigte Oberfläche 30 hinunter zu strömen, während Pulver mit hohem MnBi-LTP-Gehalt, die in der 2 mit 24 bezeichnet sind, mit höherer Wahrscheinlichkeit magnetisch gegen die geneigte Oberfläche 30 gehalten werden. Auf diese Weise können Pulver, die ein unterschiedliches Volumenverhältnis von MnBi-LTP enthalten, von der anfänglichen Sammlung von MnBi-Legierungspulvern getrennt werden.
Die Baugruppe 10 kann einen oder mehrere Behälter 42 beinhalten. Es können zum Beispiel ein oder mehrere Behälter 42 für jede individuelle geneigte Fläche bereitgestellt sein. In dem in der 2 gezeigten Ansatz sind zwei Behälter 42 bereitgestellt. In dem in der 3 gezeigten Ansatz ist ein einzelner ringförmiger Behälter 42' bereitgestellt. Der ringförmige Behälter 42'kann sich um einen gesamten Umfang der geneigten Fläche 30'erstrecken.
Die Behälter 42 können unterhalb (z. B. unterhalb bezogen auf die Schwerkraft) der geneigten Flächen 30 angeordnet sein. Die Behälter 42 können zum Beispiel unterhalb unterer Abschnitte 30b der geneigten Flächen 30 angeordnet sein. Auf diese Weise kann Pulver, das von den unteren Abschnitten 30b der geneigten Oberflächen 30 fällt, in den Behältern 42 gesammelt werden. Zumindest teilweise aufgrund der geringen magnetischen Natur der Pulver mit hohem Bi-Gehalt 22 können die in den Behältern 42 gesammelten Pulver hauptsächlich Pulver 22 mit hohem Bi-Gehalt sein, wenn das Magnetfeld auf die geneigte Oberfläche 30 wirkt.
Die Behälter 42 können derart bewegt (z. B. gekippt) werden, dass, sobald die Trennung erfolgt ist, die in den Behältern 42 gesammelten nicht magnetischen Partikel 22 entnommen werden können. Die Pulver mit niedriger MnBi-LTP-Reinheit können einfach zur Herstellung von MnBi-Legierungen wiederverwendet werden. Sobald die Pulver mit niedriger MnBi-LTP-Reinheit aus den Behältern 42 entfernt wurden, können die Behälter 42 wiederverwendet werden, um die MnBi-LTP-Pulver 24 zu sammeln, die durch das Magnetfeld gefangen werden. Zu diesem Zweck kann das Magnetfeld abgeschaltet oder derart wegbewegt werden, dass die MnBi-LTP-Pulver 24 die geneigte Oberfläche 30 frei hinunter zu den Behältern 42 zum Sammeln strömen können. In einem noch anderen Ansatz können andere Behälter als jene verwendet werden, die zum Sammeln der Pulver mit niedriger MnBi-LTP-Reinheit verwendet werden, um die MnBi-LTP-Pulver 24 zu sammeln.
Ein wünschenswertes Volumenverhältnis der MnBi-LTP in dem Pulver, das durch den hierin beschriebenen Prozess erreicht werden kann, kann bis zu etwa 99 Vol.-% entsprechen. Das Volumenverhältnis der MnBi-LTP in dem Pulver, das durch den hierin beschriebenen Prozess erreicht werden kann, kann mindestens ungefähr 90; 91; 92; 93; 94; 95; 95,5; 96; 96,5; 97; 97,5; 98; 98,5; 99 Vol.-% entsprechen.
In einem letzten Ansatz kann der hier beschriebene Trennprozess in der Luft oder in einer Schutzatmosphäre durchgeführt werden. Nach jedem Trennschritt können in den Behältern 42 gesammelte Pulver in den Tank 12 zurückgeführt werden, um durch einen nachfolgenden Trennschritt weiter getrennt zu werden. In dem zweiten Trennschritt kann das Magnetfeld unter der geneigten Oberfläche 30 eingestellt (z. B. verringert) werden. Der Prozess kann einmal oder mehrmals wiederholt werden. Der Prozess kann demnach 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 15 Zyklen oder länger andauern.
Somit kann in mindestens einem Ansatz die anfängliche Magnetkraft derart reduziert werden, dass die magnetischen MnBi-Pulver entlang der geneigten Fläche 30 fallen. Die magnetischen MnBi-LTP-Pulver können dann gesammelt werden. Das Verfahren kann ferner das Anpassen einer Magnetkraft des Magnetfelds an eine nachfolgende Magnetkraft, die eine kleinere Größe als die anfängliche Magnetkraft aufweist, beinhalten. Das Verfahren kann ferner das erneute Absetzen der magnetischen LTP-MnBi-Partikel auf der geneigten Fläche 30 beinhalten.
BEISPIEL
Ein MnBi-Pulver mit einem Atomverhältnis von Mn:Bi von 1:1 wurde in einem Lichtbogen geschmolzen und anschließend geglüht. Die 4 zeigt ein Röntgenbeugungsmuster des MnBi-Pulvers vor der Trennung, wobei die jeweils stärksten Peaks von Bi und MnBi-LTP getrennt bezeichnet sind. Die relative Intensität zwischen diesen beiden Peaks spiegelt ihr Volumenverhältnis wider.
Um die MnBi-Legierungspulver zu trennen, wurde ein magnetischer Feldgradient durch einen Ferritmagneten erzeugt. Die Pulver wurden auf eine geneigte Kunststoffschicht gelegt, die beschallt wurde. Nicht magnetische Pulver sind von der Schicht gefallen und wurden gesammelt. Der Ferritmagnet wurde dann entfernt und die auf der Schicht verbliebenen Pulver (d. h. die magnetischen Pulver) wurden getrennt gesammelt. Wie in der 5 ersichtlich, enthielten die nicht magnetischen Pulver fast keine MnBi-LTP-Phase, während sich das MnBi-LTP-Phasenvolumenverhältnis in den magnetischen Pulvern im Vergleich zu den anfänglichen Pulvern stark erhöht hat.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Attributen können unter anderem Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. gehören. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Schmelzen von Mn und Bi zu einer homogenen MnBi-Legierung; Glühen der MnBi-Legierung, um eine Grundlegierung zu bilden; Zerkleinern der Grundlegierung zu Pulver; und Leiten des Pulvers auf eine geneigte Fläche, die ein darauf wirkendes Magnetfeld aufweist, derart, dass MnBi-Partikel in dem Pulver auf der Fläche bleiben und nicht magnetische Bi-Partikel in dem Pulver von der Fläche fallen, um die MnBi-Partikel und die nicht magnetischen Bi-Partikel zu trennen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch Vibrieren der geneigten Fläche während des Leitens gekennzeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch Anpassen eines Neigungswinkels der geneigten Fläche während des Leitens gekennzeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch Anpassen einer Stärke des Magnetfelds der geneigten Fläche während des Leitens gekennzeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Leiten das Leiten des Pulvers auf eine Spitze der geneigten Fläche.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Magnetfeld unter Verwendung eines oder mehrerer Magneten, die unterhalb der geneigten Fläche angeordnet sind, an die geneigte Fläche angewandt.
Gemäß einer Ausführungsform ist/sind der eine oder die mehreren Magneten eine Vielzahl von Dauermagneten, die dazu angepasst ist, zu der geneigten Fläche hin und von ihr weg bewegt zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet/beinhalten der eine oder die mehreren Magneten einen Elektromagneten, wobei die MnBi-Partikel magnetisch gehalten werden, wenn dem Elektromagneten ein elektrischer Strom bereitgestellt wird, und wobei die MnBi-Partikel nicht magnetisch gehalten werden, wenn der elektrische Strom reduziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Leiten das Fallenlassen des Pulvers aus einer Düse, die vertikal über mindestens einem Abschnitt der geneigten Fläche angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die geneigte Fläche eine Vielzahl von angrenzenden planaren geneigten Flächen, die einen stumpfen Winkel dazwischen bilden.
Gemäß einer Ausführungsform definieren die planaren geneigten Flächen ein umgekehrtes V, das eine Spitze definiert, wobei das Pulver in die Nähe der Spitze geleitet wird.
Gemäß einer Ausführungsform werden die nicht magnetischen Bi-Partikel in einem oder mehreren Behältern gesammelt, die unterhalb von Bodenabschnitten der planaren geneigten Flächen vertikal angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die geneigte Fläche eine konische geneigte Fläche, wobei die nicht magnetischen Bi-Partikel in einem ringförmigen Behälter gesammelt werden, der unterhalb eines Bodenabschnitts der planaren geneigten Flächen vertikal angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die geneigte Fläche einen Neigungswinkel in einem Bereich von ungefähr 15 Grad bis ungefähr 75 Grad auf.
Gemäß einer Ausführungsform liegt der Neigungswinkel in einem Bereich von ungefähr 15 Grad bis ungefähr 45 Grad.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Absetzen von MnBi-Legierungspulver, das magnetische MnBi-Partikel der Niedrigtemperaturphase (LTP) und nicht magnetische Bi-Partikel enthält, auf einer geneigten Fläche, die ein Magnetfeld mit einer derart darauf wirkenden anfänglichen Stärke aufweist, dass einige der magnetischen LTP-MnBi-Partikel auf der geneigten Fläche gehalten werden und die nicht magnetischen Bi-Partikel von der geneigten Fläche fallen; und Bilden eines Magneten aus den LTP-MnBi-Partikeln, die auf der geneigten Fläche gehalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform, ist die vorstehende Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: Reduzieren des Magnetfelds, um die MnBi-LTP-Partikel freizusetzen, die auf der geneigten Fläche gehalten werden; Sammeln der magnetischen MnBi-LTP-Partikel, die von der geneigten Fläche freigesetzt wurden; Erhöhen des Magnetfelds auf eine sekundäre Stärke, die kleiner als die anfängliche Stärke ist; und Absetzen der gesammelten magnetischen MnBi-LTP-Partikel auf der geneigten Fläche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein durch ein Verfahren gebildeter Magnet Folgendes: Schmelzen von Mn und Bi zu einer homogenen MnBi-Legierung; Glühen der MnBi-Legierung, um eine Grundlegierung zu bilden; Zerkleinern und Mahlen der Grundlegierung zu Pulver, das magnetische MnBi-Partikel der Niedrigtemperaturphase (LTP) und nicht magnetische Bi-Partikel beinhaltet; Absetzen des Pulvers auf einer geneigten Fläche mit einem darauf wirkenden Magnetfeld; Sammeln fallender der nicht magnetischen Bi-Partikel an einem unteren Abschnitt der geneigten Fläche während getrennte der magnetischen MnBi-LTP-Partikel magnetisch auf der geneigten Fläche gehalten werden; und Bilden einen Magneten aus den getrennten der magnetischen MnBi-LTP-Partikel.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Größe der MnBi-LTP-Partikel und der nicht magnetischen Bi-Partikel zwischen etwa 100 µm und 500 µm entsprechen.

Claims

Verfahren, Folgendes umfassend: Schmelzen von Mn und Bi zu einer homogenen MnBi-Legierung; Glühen der MnBi-Legierung, um eine Grundlegierung zu bilden; Zerkleinern der Grundlegierung zu Pulver; und Leiten des Pulvers auf eine geneigte Fläche, die ein darauf wirkendes Magnetfeld aufweist, derart, dass MnBi-Partikel in dem Pulver auf der Fläche bleiben und nicht magnetische Bi-Partikel in dem Pulver von der Fläche fallen, um die MnBi-Partikel und die nicht magnetischen Bi-Partikel zu trennen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner das Vibrieren der geneigten Fläche während des Leitens umfassend.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner das Anpassen eines Neigungswinkels der geneigten Fläche während des Leitens umfassend.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner das Anpassen einer Stärke des Magnetfelds während des Leitens umfassend.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leiten das Leiten des Pulvers auf eine Spitze der geneigten Fläche beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeld unter Verwendung eines oder mehrerer Magneten, die unterhalb der geneigten Fläche angeordnet sind, an die geneigte Fläche angewandt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der eine oder die mehreren Magneten eine Vielzahl von Dauermagneten sind, die dazu angepasst sind, zu der geneigten Fläche hin und von ihr weg bewegt zu werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der eine oder die mehreren Magneten einen Elektromagneten beinhalten, wobei die MnBi-Partikel magnetisch gehalten werden, wenn dem Elektromagneten ein elektrischer Strom bereitgestellt wird, und wobei die MnBi-Partikel nicht magnetisch gehalten werden, wenn der elektrische Strom reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leiten das Fallenlassen des Pulvers aus einer Düse beinhaltet, die vertikal über mindestens einem Abschnitt der geneigten Fläche angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geneigte Fläche eine Vielzahl von angrenzenden planaren geneigten Flächen ist, die einen stumpfen Winkel dazwischen bilden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die planaren geneigten Flächen ein umgekehrtes V definieren, das eine Spitze definiert, und wobei das Pulver in die Nähe der Spitze geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die nicht magnetischen Bi-Partikel in einem oder mehreren Behältern gesammelt werden, die unterhalb von Bodenabschnitten der planaren geneigten Flächen vertikal angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geneigte Fläche eine konische geneigte Fläche ist und wobei die nicht magnetischen Bi-Partikel in einem ringförmigen Behälter gesammelt werden, der unterhalb eines Bodenabschnitts der planaren geneigten Flächen vertikal angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geneigte Fläche einen Neigungswinkel in einem Bereich von ungefähr 15 Grad bis ungefähr 75 Grad aufweist.
Verfahren, Folgendes umfassend: Absetzen von MnBi-Legierungspulver, das magnetische MnBi-Partikel der Niedrigtemperaturphase (LTP) und nicht magnetische Bi-Partikel enthält, auf einer geneigten Fläche, die ein Magnetfeld mit einer derart darauf wirkenden anfänglichen Stärke aufweist, dass einige der magnetischen LTP-MnBi-Partikel auf der geneigten Fläche gehalten werden und die nicht magnetischen Bi-Partikel von der geneigten Fläche fallen; und Bilden eines Magneten aus den LTP-MnBi-Partikeln, die auf der geneigten Fläche gehalten werden.