On the use of HDDR powder from Nd­-Fe­-B End­-of­-Life magnets as raw material for laser powder bed fusion

Abstract

A reciclagem de ímãs de Nd-Fe-B torna-se cada vez mais crucial devido à abundância de ímãs em fim de vida, principalmente provenientes de motores elétricos e geradores eólicos. Esses ímãs possuem um valor agregado significativo devido à sua composição de elementos de terras raras, que estão em alta demanda para diversas aplicações tecnológicas. A reciclagem de ímãs de Nd-Fe-B apresenta uma estratégia essencial para enfrentar as limitações de recursos e os desafios de sustentabilidade ambiental. Métodos envolvendo hidrogênio, como a Decrepitação por Hidrogênio (HD), têm sido estudados para a reciclagem desses ímãs, transformando-os em pó para posterior reutilização. Embora estudos anteriores tenham explorado o reprocessamento deste pó em novos ímãs sinterizados, este método pode apresentar certas desvantagens em relação à qualidade final dos ímãs. O uso de pó reciclado como matéria-prima para a Manufatura Aditiva (MA) para produzir ímãs compósitos não foi extensivamente considerado. A Fusão em Leito de Pó a Laser (FLPL) fornece métodos de produção sustentáveis com mínimo desperdício durante o processamento. No entanto, preparar material reciclado para FLPL apresenta desafios devido às suas baixas propriedades magnéticas após o processamento HD. Portanto, é necessário um desenvolvimento adicional do pó reciclado para otimizar suas propriedades magnéticas. Este estudo explora o uso do processamento por hidrogênio para preparar pós reciclados adequados para FLPL. Este processo inclui HD para transformar o ímã em fim de vida em pó, e Hidrogenação, Desproporção, Dessorção e Recombinação (HDDR) para aumentar os valores de coercividade e remanência, tornando-o assim uma matéria-prima adequada para FLPL. Apesar da pesquisa existente sobre esses processos, seus papéis específicos na preparação de matéria-prima reciclada para FLPL não foram completamente descritos. Além disso, este estudo explora as características do pó HDDR reciclado para a produção de ímãs compósitos via MA. Pó HDDR reciclado com valores de coercividade de até 850 kA/m foi produzido com sucesso e utilizado na composição da carga de impressão para FLPL. A microestrutura e as propriedades magnéticas dos ímãs compósitos impressos foram analisadas e comparadas com trabalhos anteriores na literatura. As descobertas deste estudo têm implicações para a produção de ímãs compósitos de Nd-Fe-B reciclados usando FLPL. A utilização de pós de terras raras processados por HDDR como matéria-prima para MA tem o potencial de reduzir a dependência de componentes de terras raras caros e fornecer uma abordagem mais ecologicamente correta para a produção de ímãs de alto desempenho.

Abstract: The recycling of Nd-Fe-B magnets has garnered increasing attention due to the substantial volume of End-of-Life magnets, particularly from electric motors and wind generators. These magnets are highly valued for their rare earth element content, which is in significant demand for various technological applications. Recycling Nd-Fe-B magnets is a vital strategy for addressing resource scarcity and environmental sustainability challenges. Hydrogen-based methods, such as Hydrogen Decrepitation (HD), have been investigated for recycling these magnets by transforming them into powder suitable for reuse. Previous studies have examined reprocessing this powder into new, fully dense magnets. However, this approach can present certain drawbacks concerning the quality of the final magnets. The use of recycled powder as raw material for Additive Manufacturing (AM) to produce bonded magnets has not been extensively explored. Laser Powder Bed Fusion (LPBF) offers sustainable production methods with minimal waste during processing. Nonetheless, preparing recycled raw material for LPBF presents challenges due to its diminished magnetic properties following HD processing. Therefore, further development of the recycled powder is necessary to optimize its magnetic properties. This study investigates the use of hydrogen processing to prepare suitable recycled powders for LPBF. The process includes HD to transform the bulk End-of-Life magnet into powder, followed by Hydrogenation, Disproportionation, Desorption, Recombination (HDDR) to enhance coercivity and remanence values, thereby making it a suitable raw material for LPBF. Despite existing research on these processes, their specific roles in preparing recycled raw material for LPBF have not been thoroughly described. Additionally, this study examines the characteristics of recycled HDDR powder for producing bonded magnets through AM. Recycled HDDR powder with coercivity values up to 850 kA/m was successfully produced and incorporated into the feedstock composition for LPBF. The microstructure and magnetic properties of the printed bonded magnets are analyzed and compared with previous works in the literature. The findings of this study have significant implications for the production of recycled Nd-Fe-B bonded magnets using LPBF. Utilizing HDDR-processed rare earth powders as feedstock has the potential to reduce dependency on costly rare earth components and provide a more environmentally friendly approach to producing high-performance magnets.