Development of anisotropic Nd-Fe-B powders from sintered magnets by Hydrogen Decrepitation/Desorption process
Développement de poudres anisotropes Nd-Fe-B à partir d'aimants frittés par procédé de décrépitation à l'hydrogène et désorption
Résumé
The purpose of this thesis was to study the Hydrogen Decrepitation (HD) process as a way to recycle waste scraps of Nd-Fe-B sintered magnets into highly coercitive and anisotropic powders, for the industry of bonded magnets. The process consists in a first hydrogenation, the bulk material being reduced into powder, as a result of the large volume expansion of the lattice. Then Hydrogen Desorption and annealing treatments are requested to restore the initial characteristics of the precursor (coercivity and anisotropy). Starting with sintered (NdDy)2-(FeCoNbCu)14-B magnets as a precursor, the different steps of the HD process have been studied. Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Hydrogenation Kinetics measurements were used to investigate the hydrogen absorption and desorption characteristics. Thermal-magnetization measurement was used to investigate the effect of the residual hydrogen content on magnetic properties of the anisotropic (NdDy)-(FeCoNbCu)-B powders. The thesis focuses on the effect of the applied experimental conditions such as hydrogen decrepitation temperature, twice hydrogen decrepitation cycle, hydrogen desorption temperature, magnetic field during hydrogen desorption, annealing temperature etc... on magnetic properties of (NdDy)-(FeCoNbCu)-B powders. Among these factors, hydrogen absorption temperature, hydrogen desorption temperature and annealing temperature play important roles on the magnetic properties. Twice hydrogen decrepitation improves the size distribution of the powders. Hydrogen desorption under magnetic field reduces the residual hydrogen content of the anisotropic powders, resulting in raising their remanence (Br). After optimization of the successive steps of the process, anisotropic powders with good properties have been achieved : Br = 10.29 kGs (1.029 T), Hcj = 14.3 kOe (1138 kA/m), (BH)max = 21.67 MGOe (172.5 kJ/m3). It corresponds respectively to 93%, 46% and 74% of the magnetic properties of the precursor sintered (NdDy)-(FeCoNbCu)-B permanent magnets.
L'objectif de la thèse était d'étudier le procédé de Décrepitation à l'Hydrogène (HD) en tant que moyen de recycler les rebus d'aimants frittés Nd-Fe-B en poudres fortement coercitives et anisotropes, pour l'industrie d'aimants liés. Le procédé consiste à appliquer une première hydruration, afin de réduire le matériau massif en poudre, grâce à l'expansion du volume de la maille. Des traitements de désorption de l'hydrogène et de recuit sont ensuite nécessaires pour rétablir les caractéristiques initiales du précurseur (coercivité et anisotropie). Les différentes étapes du procédé HD ont été étudiées à partir d'aimants frittés (NdDy)2(FeCoNbCu)14B utilisés comme précurseurs. Les caractéristiques d'absorption et de désorption de l'hydrogène ont été étudiées par Calorimétrie Différentielles (DSC) et par des mesures de cinétique d'hydruration. Des mesures magnétothermiques ont permis d'analyser l'effet de la présence d'hydrogène résiduel sur les propriétés magnétiques des poudres (NdDy)-(FeCoNbCu)-B. La thèse se focalise sur l'impact des conditions expérimentales appliquées, telles que la température de décrepitation, l'application d'un double cycle de décrépitation, la température de désorption, l'application d'un champ magnétique pendant la désorption de l'hydrogène, la température de recuit, etc... sur les propriétés magnétiques des poudres (NdDy)-(FeCoNbCu)-B. Parmi ces facteurs, les températures d'absorption et de désorption, et la température de recuit jouent un rôle prépondérant sur les propriétés magnétiques. La double décrépitation améliore la distribution de taille des poudres. La désorption de l'hydrogène sous le champ magnétique réduit le contenu d'hydrogène résiduel des poudres anisotropes, et conduit ainsi à une augmentation de la rémanence (Br). Après l'optimisation des étapes successives du procédé, des poudres anisotropes présentant des propriétés satisfaisantes ont été obtenues : Br = 10.29 kGs (1.029 T), Hcj = 14.3 kOe (1138 kA/m), (BH)Max = 21.67 MGOe (172.5 kJ/m3). Les propriétés magnétiques initiales des aimants frittés (NdDy)-(FeCoNbCu)-B ont été restaurées respectivement à 93 %, 46 % et 74 %.
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