磁铁再生以产生磁性性能改善或恢复的Nd-Fe-B磁铁的制作方法
【专利说明】磁铁再生以产生磁性性能改善或恢复的Nd-Fe-B磁铁
【背景技术】
[0001 ]本发明涉及从废弃磁性材料制造钕-铁-硼(Nd-Fe-B)烧结磁铁。
[0002] 稀土永久磁铁(REPM)的全球市场正与REPM应用的范围一起成长。REPM展现出高磁 性的性能特性，且在许多工业中被用来发展高科技、高效率的应用，所述工业包含电子、能 源、交通、航空、国防、医疗装置、以及信息及通信技术。
[0003] 例如，使用Nd-Fe-B永久磁铁的应用包含:起动马达、防锁制动系统(ABS )、燃料栗、 风扇、扬声器、麦克风、电话铃、开关、继电器、硬盘驱动器(HDD)、步进马达、伺服马达、磁共 振成像(MRI)、风车发电机、机器人、传感器、磁分离器、导引系统、卫星、巡航导弹等等。
[0004] Nd-Fe-B型烧结磁铁具有非常精细调整的元素成分，所述成分除了 Nd之外还包含 如〇7、!13、63、(：〇、(：11、41等元素及其它少量的过渡金属元素添加。
【发明内容】
[0005] -般来说，本说明书中描述的标的物的一种创新方面可体现于方法中，所述方法 包含以下动作:通过循环加热及冷却来自废弃磁铁组合件的磁性材料将所述磁性材料消 磁、粉碎附着于所述磁性材料的粘着剂、分裂所述磁性材料的涂层，及使所述磁性材料接受 以下项中的至少一者: a)机械处理或b)化学处理，以去除所述涂层并制备无杂质的磁性材 料;粉碎消磁的磁性材料以形成粉末;及将所述粉末与a)稀土材料R及b)元素添加剂A混合 以产生均匀粉末，其中所述稀土材料R可包含以下项中的至少一者:a)Nd或b)Pr，且所述元 素添加剂A可包含以下项中的至少一者 :3)制、13)?广(3)07、(1)(：〇、6)(：11及〇?6。此方面的其它 实施例包含对应计算机系统、设备及记录在一或多个计算机存储装置上的计算机程序，所 述计算机系统、设备及计算机程序各自经配置以执行所述方法的动作。一或多个计算机的 系统可经配置以凭借具有安装在系统上的软件、固件、硬件或其组合来执行特定操作或动 作，所述系统在操作时使所述系统执行所述动作。一或多个计算机程序可经配置以凭借包 含指令来执行特定操作或动作，所述指令在由数据处理设备执行时使所述设备执行所述动 作。
[0006] 前述及其它实施例可各自选用地包含以下单独的或组合的特征中一或多者。所述 方法可包含同时执行所述粉碎及所述混合。粉碎所述消磁的磁性材料可包含将所述消磁的 磁性材料粉碎到介于lMi到4mi之间的平均颗粒大小。粉碎所述消磁的磁性材料可包含从所 述消磁的磁性材料去除所述消磁的磁性材料中颗粒分数大小大于平均颗粒大小的颗粒，以 在所述消磁的磁性材料中获得低氧浓度。从所述消磁的磁性材料去除所述消磁的磁性材料 中所述颗粒大小分数大于所述平均颗粒大小的颗粒以在所述消磁的磁性材料中获得低氧 浓度可包含筛分。
[0007] 在一些实施方案中，所述方法包含将所述均匀粉末与选自所述稀土材料R或所述 元素添加剂A的另一元素混合。所述方法可包含使所述磁性材料接受以下中的至少一者:a) 机械处理或b)化学处理，以去除所述涂层并制备无杂质的磁性材料。所述方法可包含通过 以下项从一个或多个磁铁组合件取得所述磁性材料:将废弃磁铁部分与所述磁铁组合件中 包含的非磁铁部分分离;及从所述非磁铁部分提取所述废弃磁铁部分。粉碎所述消磁的磁 性材料以形成所述粉末可包含碎所述消磁的磁性材料以形成具有介于约1微米到约2毫米 之间的平均颗粒大小的所述粉末。所述方法可包含进一步将所述粉末粉碎成介于约1微米 到约4微米之间的平均颗粒大小;及均匀化所述粉末。均匀化所述粉末可包含均匀化可包含 介于约1微米到约2毫米之间的平均颗粒大小的所述粉末，且将所述粉末与a)所述稀土材料 R及b)所述元素添加剂A混合以产生所述均匀粉末可包含将具有介于约1微米到约4微米之 间的平均颗粒大小的所述粉末与a)所述稀土材料R及b)所述元素添加剂A混合以产生所述 均匀粉末。将所述粉末与a)所述稀土材料R及b)所述元素添加剂A混合以产生所述均匀粉末 可包含将具有介于约1微米到约2毫米之间的平均颗粒大小的所述粉末与a)所述稀土材料R 及b)所述元素添加剂A混合以产生所述均匀粉末，且均匀化所述粉末可包含均匀化可包含 介于约1微米到约4微米之间的平均颗粒大小的所述粉末。
[0008] 在一些实施方案中，所述方法包含与粉碎所述消磁的磁性材料以形成所述粉末分 开而粉碎所述稀土材料R及所述元素添加剂A，其中将所述粉末与a)所述稀土材料R及b)所 述元素添加剂A混合以产生所述均匀粉末可包含将所述粉末与a)所述粉碎的稀土材料R及 b)所述粉碎的元素添加剂A混合以产生所述均匀粉末。
[0009] 在一些实施方案中，所述方法可包含烧结及磁化所述均匀粉末以形成再生Nd-Fe-B磁性产物，所述再生Nd-Fe-B磁性产物的剩磁及矫顽磁力至少与来自所述废弃磁铁组合件 的废弃磁铁部分相同。烧结及磁化所述均匀粉末以形成再生Nd-Fe-B磁性产物可包含压实 所述均匀粉末以形成生坯;在约1 〇〇〇 °C到约1100 °C之间烧结所述生坯;及在低于15 °C的惰 性氛围中磁化所述烧结的生坯以形成所述再生Nd-Fe-B磁性产物。所述方法可包含在磁化 所述烧结的生坯之前在约490 °C到约950 °C之间热处理所述烧结的生坯。所述方法可包含在 低于15°C下将所述生坯暴露于惰性磁场。所述再生Nd-Fe-B磁性产物中的Co的原子百分比 可小于或等于3 %。所述再生Nd-Fe-B磁性产物中的Cu的原子百分比可小于或等于0.3 %。所 述再生Nd-Fe-B磁性产物中的Fe及Co的组合原子百分比可小于或等于77 %。所述再生Nd-Fe-B磁性产物中的Nd、Pr及Dy的组合原子百分比可大于或等于来自所述废弃磁铁组合件的 废弃磁铁部分中的Nd、Pr及Dy的组合原子百分比。所述再生Nd-Fe-B磁性产物中的Nd、Dy及 Pr的组合原子百分比可小于或等于18at. %。所述方法可包含在压实所述均匀粉末以形成 生坯之前将润滑剂添加到所述粉末。所述再生Nd-Fe-B磁性产物的所述矫顽磁力可比来自 所述废弃磁铁组合件的废弃磁铁部分的所述矫顽磁力大约〇%到约20%之间。
[0010] 在一些实施方案中，所述方法可包含烧结及磁化所述均匀粉末以形成再生Nd-Fe-B磁性产物，所述再生Nd-Fe-B磁性产物具有最终剩磁及最终矫顽磁力，其中所述最终剩磁 为来自所述废弃磁铁组合件的废弃磁铁部分的另一剩磁的约97%，且所述最终矫顽磁力比 所述废弃磁铁部分的另一矫顽磁力大至少30%。所述方法可包含烧结及磁化所述均匀粉末 以形成再生Nd-Fe-B磁性产物，所述再生Nd-Fe-B磁性产物具有最终剩磁及最终矫顽磁力， 其中所述最终剩磁为来自所述废弃磁铁组合件的废弃磁铁部分的另一剩磁的约95%，且所 述最终矫顽磁力比所述废弃磁铁部分的另一矫顽磁力大至少80%。所述方法可包含烧结及 磁化所述均匀粉末以形成再生Nd-Fe-B磁性产物，所述再生Nd-Fe-B磁性产物具有最终剩磁 及最终矫顽磁力，其中所述最终剩磁为比来自所述废弃磁铁组合件的废弃磁铁部分的另一 剩磁大约5%，且所述最终矫顽磁力至少与所述废弃磁铁部分的另一矫顽磁力相同。
[0011] 在一些实施方案中，所述方法可包含烧结及磁化所述均匀粉末以形成再生Nd-Fe- B磁性产物，所述再生Nd-Fe-B磁性产物具有基本上SWaRbA。的成分，其中W可包含来自所述 废弃磁铁组合件的Nd-Fe-B材料，且下标a、b及c表示对应成分或元素的原子百分比。将所述 粉末与a)所述稀土材料R及b)所述元素添加剂A混合以产生所述均匀粉末可包含将所述稀 土材料R及所述元素添加剂A均匀地分布于所述消磁的磁性材料内，且烧结及磁化所述均匀 粉末以形成再生Nd-Fe-B磁性产物可包含形成具有所述稀土材料R的浓度及所述元素添加 剂A的浓度的所述再生Nd-Fe-B磁性产物，平均上所述稀土材料R的浓度和所述元素添加剂A 的浓度围绕所述再生Nd-Fe-B磁性产物内的初级Nd2Fei4B相增加。形成所述再生Nd-Fe-B磁 性产物可包含平均上在延伸遍布所述再生Nd-Fe-B磁性产物的多个晶粒边界区域恢复、修 改及改善晶粒边界相的浓度及元素成分。81 <a<99.9、0.1 19、3-81*a(C〇Hc(C〇H 3-99.9*a(Co)、0.3-81*a(CuH c(CuH〇.3-99.9*a(Cu)、77-81*(a(Fe)+a(Co)H c(FeH 77-99.9*(a(Fe)+a(Co))、a(Nd)+b(Nd)+c(Nd)+a(Pr)+b(Pr)+c(Pr)>0、a(Nd)+b(Nd)+c(Nd) +a(Pr)+b(Pr)+c(P;r)+a(Dy)+b(Dy)+c(Dy)<18、a(Co)+b(Co)+c(Co)< 3、a(Cu)+b(Cu)+c (Cu)< 0.3、a(Fe)+b(Fe)+c(Fe)+a(Co)+b(Co)+c(Co)< 77,且b(Nd)+c(Nd)+b(Pr)+c(Pr)+b (Dy)+c(Dy) 20。所述再生Nd-Fe-B磁性产物可满足恥[0.1-19&^%*8(則）3]?1[0.1-19at ? %*s(Pr)，y]Dy[0 ? l_19%*s(Dy)，z]Co[0，d]Cu[0，e]Fe[0，f]，其中[m，n]意指从最小 值m到最大值n的范围；s(t)是元素 t在起始成分中的原子百分比；f(t)是元素 t在最终成分 中的原子百分比；x=18-[81，99.9]at.%*(s(Nd)+s(Pr)+s(Dy));y = 18-[81，99.9]at.%* (s(Nd)+s(Pr)+s(Dy))；z = 18-[81,99.9]at.%*(s(Nd)+s(Pr)+s(Dy))；d = 3-[81,99.9] &1%*8((：〇);6 = 0.3-[81，99.9]&1%*8(〇1);且€ = 77-[81，99.9]&1%*(8(卩6)+8((：〇))。
[0012] 在一些实施方案中，通过循环加热及冷却来自所述废弃磁铁组合件的所述磁性材 料将所述磁性材料消磁可包含将来自所述废弃磁铁组合件的废弃磁铁部分消磁，以粉碎将 包含所述磁性材料的废弃磁铁部分粘着于非磁铁部分的所述粘着剂且分裂至少一个涂层， 所述涂层是选自：所述废弃磁铁部分的电解质黑色环氧树脂、Ni、Ni-Cu、Ni-Ni、Ni-Cu-NiS Zn涂层。所述循环加热及冷却可包含将所述磁性材料加热到所述稀土材料R的居里温度，且 在达到所述稀土材料R的居里温度之后，以至少l〇〇°C/秒的速率冷却所述磁性材料。混合所 述粉末可包含将所述粉末与办、阳、0 7、〇)、(：11或?6中的至少三种元素混合。所述元素添加剂 A可包含纯Nd。所述元素添加剂A可包含纯Pr。所述方法可包含在粉碎所述消磁的磁性材料 之前将润滑剂添加到所述粉末。
[0013] 一般来说，本说明书中描述的标的物的一种创新方面可体现于再生Nd-Fe-B烧结 磁铁中，所述再生Nd-Fe-B烧结磁铁可包含1他六。的成分，其中废弃材料W可包含来自废弃 Nd-Fe-B烧结磁铁的材料，稀土材料R可包含以下中的至少一者:a )Nd或b )Pr，且元素添加剂 A可包含以下中的至少一者:3)阳、13)?1'、〇)〇7、(1)&3、6)(]11及；〇?6，且下标3、13及〇指示对应成 分或元素的原子百分比并具有满足81< &<99.9、0.1<1^19、3-81相（(：〇)<(3((：〇)<3-99 ? 9*a(Co)、0? 3_81*a(CuH c(CuH 0.3-99.9*a(Cu)、77_81*(a(Fe)+a(Co) H c(FeH 77-99.9*(a(Fe)+a(Co))、a(Nd)+b(Nd)+c(Nd)+a(Pr)+b(Pr)+c(Pr)>0、a(Nd)+b(Nd)+c(Nd) +a(Pr)+b(Pr)+c(P;r)+a(Dy)+b(Dy)+c(Dy)<18、a(Co)+b(Co)+c(Co)< 3、a(Cu)+b(Cu)+c (Cu)< 0.3、a(Fe)+b(Fe)+c(Fe)+a(Co)+b(Co)+c(Co)< 77,且b(Nd)+c(Nd)+b(Pr)+c(Pr)+b (Dy)+c(Dy)2 0 的值。
[0014] 一般来说，本说明书中描述的标的物的一种创新方面可体现于再生Nd-Fe-B烧结 磁铁，所述再生Nd-Fe-B烧结磁铁可包的成分，其中废弃材料W可包含来自废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的材料，稀土材料R可包含以下中的至少一者:a)Nd或b)Pr，且元素添加剂A可 包含以下中的至少一者:&)制、13)?1'、(3)〇7、(1)(]〇、6)(]11及；〇?6，且下标3、13及(3指示对应成分 或元素的原子百分比并具有满足Nd[0. l_19at. %*s(Nd)，x]Pr[0. l_19at. %*s(Pr)，y]Dy [0. l-19%*s(Dy)，z]Co[0，d]Cu[0，e]Fe[0，f ]的值，其中[m，n]意指从最小值m到最大值n的 范围；s(t)是元素 t在起始成分中的原子百分比；f(t)是元素 t在最终成分中的原子百分比； x=18-[81，99.9]at.%*(s(Nd)+s(Pr)+s(Dy));y = 18-[81，99.9]at.%*(s(Nd)+s(Pr)+s (Dy));z = 18-[81，99.9]at.%*(s(Nd)+s(Pr)+s(Dy));d = 3-[81，99.9]at.%*s(Co);e = 0.3-[81，99.9]&1%*8(〇1);且€ = 77-[81，99.9]&1%*(8(卩6)+8((：〇))。
[0015] 前述及其它实施例可各自选用地包含单独的或组合的以下特征之一或多者。所述 稀土材料R及所述元素添加剂A可均匀地遍布于所述再生Nd-Fe-B烧结磁铁中，使得所述稀 土材料R的浓度及所述元素添加剂A的浓度平均上在废弃材料W的混合物中围绕所述再生 Nd-Fe-B磁性产物内的初级Nd2Fei4B相增加。所述废弃材料W的第一原子百分比可包含约 99.9at. %与约Slat. %之间，且所述稀土材料R及所述元素添加剂A的组合的第二原子百分 比可包含约〇. lat. %与约19at. %之间。所述再生Nd-Fe-B烧结磁铁可包含小于5微米的平 均粒度。所述再生Nd-Fe-B烧结磁铁可包含小于2.5微米的平均粒度。所述再生Nd-Fe-B烧结 磁铁可包含介于约7.56g/cm 3到约7.6g/cm3之间的密度。
[0016]在一些实施方案中，所述再生Nd-Fe-B烧结磁铁可包含小于或等于3%的Co的原子 百分比。所述再生Nd-Fe-B烧结磁铁可包含小于或等于0.3%的Cu的原子百分比。所述再生 Nd-Fe-B烧结磁铁可包含小于或等于77%的Fe及Co的组合原子百分比。所述再生Nd-Fe-B烧 结磁铁可包含小于或等于18 %的Nd、Dy及Pr的组合原子百分比。所述元素添加剂A可包含纯 Nd。所述元素添加剂A可包含纯Pr。
[0017] -般来说，本说明书中描述的标的物的一种创新方面可体现于用于从寿命终止产 物取得废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的系统，所述系统包含界定凹部的定位机构，所述凹部相对于 所述定位机构接收及定位所述寿命终止产物，所述寿命终止产物包含所述废弃Nd-Fe-B烧 结磁铁;分离站，当所述定位机构移动相应寿命终止产物通过所述分离站时，所述分离站实 质上将所述寿命终止产物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的部分与所述寿命终止产物的 其余部分分离;及输送站，当所述定位机构将相应寿命终止产物移动到所述输送站时，所述 输送站从所述定位机构接收所述寿命终止产物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的部分。
[0018] 前述及其它实施例可各自选用地包含单独的或组合的以下特征中一或多者。所述 系统可包含装载站及在所述装载站将所述寿命终止产物装载到所述定位机构上的装载装 置。所述装载装置可在所述定位机构上定向所述寿命终止产物，以定位所述寿命终止产物 中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的部分以用于在所述分离站从所述寿命终止产物的其余 部分分离。所述装载装置可包含机器人。所述装载装置可包含给料器。所述输送站可包含收 回箱，所述收回箱从所述定位机构接收所述寿命终止产物中的至少一些的所述寿命终止产 物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的部分。
[0019] 在一些实施方案中，所述输送站包含完成从所述寿命终止产物的其余部分去除所 述寿命终止产物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的部分的工具。所述工具可包含偏转表 面。所述工具可包含磨料切割机。
[0020] 在一些实施方案中，所述输送站包含收回箱，当所述工具完成从所述寿命终止产 物的其余部分去除所述寿命终止产物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的部分时，所述收 回箱接收所述寿命终止产物中的至少一些的所述寿命终止产物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧 结磁铁的部分。所述输送站可包含输送带，当所述工具完成从所述寿命终止产物的其余部 分去除所述寿命终止产物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的部分时，所述输送带接收所 述寿命终止产物中的至少一些的所述寿命终止产物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的部 分。所述输送站可包含滑道，当所述工具完成从所述寿命终止产物的其余部分去除所述寿 命终止产物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的部分时，所述滑道接收所述寿命终止产物 中的至少一些的所述寿命终止产物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的部分。
[0021] 在一些实施方案中，所述系统包含支撑所述定位机构的基座及所述基座中在所述 输送站的孔隙，以允许所述寿命终止产物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结磁铁的部分落入所 述收回箱。所述系统可包含丢弃站，所述丢弃站从所述定位机构去除所述寿命终止产物中 的至少一些的所述寿命终止产物的其余部分。所述丢弃站可包含丢弃箱。所述定位机构可 围绕中心轴旋转，以在所述分离站与所述输送站之间移动所述寿命终止产物。所述系统可 包含支撑所述定位机构的基台。所述系统可包含轴承，所述轴承位于支撑所述定位机构的 基台上并减少所述基台与所述定位机构之间的摩擦。
[0022] 在一些实施方案中，所述分离站可包含等离子体切割器、喷水器、刀片切割器、带 锯及剪刀中的一者。所述定位机构可包含转台，所述转台界定多个凹部，其中的每一者在装 载站处接收寿命终止产物中的一者。所述系统可包含过滤排气孔以从所述系统去除废弃颗 粒。所述系统可包含惯性分离器以从所述系统去除废弃颗粒。所述系统可包含排气孔以从 所述系统排出污染物。所述系统可包含加热器，所述加热器从所述输送站接收所述寿命终 止产物中含有所述废弃Nd-Fe-B烧结