Grain Boundary Engineering in Sintered Nd-Fe-B Permanent Magnets for Efficient Utilization of Heavy Rare Earth Elements

Im ersten Teil der Doktorarbeit wurde die Diffusion von Seltenerd-Elementen in kommerziellen Nd-Fe-B basierten Permanentmagneten untersucht. Eine starke Temperaturabhängigkeit der Diffusionsweite und der daraus resultierenden Veränderungen der magnetischen Eigenschaften konnte festgestellt werden. Der Anstieg der Koerzitivfeldstärke von ≈+350 kA/m für Dy als Diffusionsquelle ist maximal bei der optimalen Glühtemperatur von 900 °C. Nach einer sechsstündigen Glühbehandlung bei dieser Temperatur wurde mit einer Hall Sonde eine Diffusionsweite von Dy von etwa 4 mm beobachtet. Dies entspricht auch ungefähr der maximalen Dicke, die ein korngrenzenmodifizierter Magnet in Diffusionsrichtung haben darf, wenn homogene magnetische Eigenschaften erreicht werden müssen. Die Gefügeveränderung in den diffusionsbehandelten Magneten wurden mit Elektronenmikroskopie und energie- bzw. wellenlängendispersiver Röntgenspektroskopie untersucht. Es wurde gezeigt, dass die Diffusion von Dy über die Korngrenzen des Nd-Fe-B Magneten geschieht. Das partielle Aufschmelzen der Außenbereiche der Körner führt hierbei zur Bildung sogenannter (Nd,Dy)-Fe-B Schalen. Diese Schalen sind in direkter Oberflächennähe des Magneten einige µm breit, werden mit zunehmender Diffusionsweite aber schmaler, bis sie nach etwa 0.5 mm nur noch einige nm breit sind. In einer Eindringtiefe von 1.5 mm wurde mit Transmissionselektronenmikroskopie eine Dy Konzentration von etwa 1 at.% in den Schalen nachgewiesen. Die Untersuchung der Diffusionsgeschwindigkeiten von Dy und anderen seltenen Erden (Tb, Ce, Gd) in Nd-Fe-B Magneten zeigt, dass Tb signifikant schneller und Ce etwas langsamer diffundiert als Dy. Dies wurde mit Unterschieden in den jeweiligen Phasendiagrammen erklärt. Das Einbringen von Gd in die Korngrenzenbereiche hat eine schädliche Wirkung auf die Koerzitivfeldstärke. Die nanoskalige Tb Elementverteilung um eine Korngrenze wurde mittels hochaufgelöster Rastertransmissionselektronenmikroskopie dargestellt. Der zweite Teil der Arbeit untersucht eine experimentelle Herstellungsmethode für gesinterte (Nd,Dy) Fe B Magneten, die dadurch gekennzeichnet ist, dass vor dem Sintern ein Dy - freies Basispulver (BP) und ein Dy - reiches Anisotropiepulver (AP) miteinander gemischt werden. Das Gefüge der späteren Magnete zeigt eine ausgeprägte Kern - Schalen Struktur, ähnlich dem Gefüge in den Randbereichen korngrenzendiffundierter Magnete. Vorteilhaft an deuen Technik ist, dass Proben beliebiger Größe hergestellt werden können, ohne die geometrischen Beschränkungen des Korngrenzen-diffusionsprozesses. Eine Neuerung gegenüber bestehender Literatur ist, dass das AP hauptsächlich aus (Nd,Dy) Fe B φ - Phase besteht, anstelle von elementarem Dy oder binären Dy - reichen Verbindungen. Die Hauptvorteile dieser Herangehensweise sind, das keine unerwünschten Zweitelemente in den Magneten eingebracht werden und eine starke Erniedrigung der Sintertemperatur erreicht wird. Von den untersuchten AP Verbindungen wurden hierbei die besten magnetischen Eigenschaften mit thermisch homogenisiertem (Nd0.725Dy0.275)15Fe79B6 erzielt. Allerdings ist die Koerzitivfeldstärke trotzdem geringfügig kleiner als die eines aus einem Pulver hergestellten Vergleichsmagneten. Ein mögliche Erklärung ist, dass ein Teil des AP beim Sintern nicht aufschmilzt und so das in den Partikeln enthaltene Dy nicht auf die Korngrenzen wirken kann. Zur Verbesserung des Prozesses wird die Verwendung von komplexeren Mahltechniken als das in dieser Arbeit zur Verfügung stehende Planetenkugelmahlen vorgeschlagen

Grain Boundary Engineering in Sintered Nd-Fe-B Permanent Magnets for Efficient Utilization of Heavy Rare Earth Elements

Im ersten Teil der Doktorarbeit wurde die Diffusion von Seltenerd-Elementen in kommerziellen Nd-Fe-B basierten Permanentmagneten untersucht. Eine starke Temperaturabhängigkeit der Diffusionsweite und der daraus resultierenden Veränderungen der magnetischen Eigenschaften konnte festgestellt werden. Der Anstieg der Koerzitivfeldstärke von ≈+350 kA/m für Dy als Diffusionsquelle ist maximal bei der optimalen Glühtemperatur von 900 °C. Nach einer sechsstündigen Glühbehandlung bei dieser Temperatur wurde mit einer Hall Sonde eine Diffusionsweite von Dy von etwa 4 mm beobachtet. Dies entspricht auch ungefähr der maximalen Dicke, die ein korngrenzenmodifizierter Magnet in Diffusionsrichtung haben darf, wenn homogene magnetische Eigenschaften erreicht werden müssen. Die Gefügeveränderung in den diffusionsbehandelten Magneten wurden mit Elektronenmikroskopie und energie- bzw. wellenlängendispersiver Röntgenspektroskopie untersucht. Es wurde gezeigt, dass die Diffusion von Dy über die Korngrenzen des Nd-Fe-B Magneten geschieht. Das partielle Aufschmelzen der Außenbereiche der Körner führt hierbei zur Bildung sogenannter (Nd,Dy)-Fe-B Schalen. Diese Schalen sind in direkter Oberflächennähe des Magneten einige µm breit, werden mit zunehmender Diffusionsweite aber schmaler, bis sie nach etwa 0.5 mm nur noch einige nm breit sind. In einer Eindringtiefe von 1.5 mm wurde mit Transmissionselektronenmikroskopie eine Dy Konzentration von etwa 1 at.% in den Schalen nachgewiesen. Die Untersuchung der Diffusionsgeschwindigkeiten von Dy und anderen seltenen Erden (Tb, Ce, Gd) in Nd-Fe-B Magneten zeigt, dass Tb signifikant schneller und Ce etwas langsamer diffundiert als Dy. Dies wurde mit Unterschieden in den jeweiligen Phasendiagrammen erklärt. Das Einbringen von Gd in die Korngrenzenbereiche hat eine schädliche Wirkung auf die Koerzitivfeldstärke. Die nanoskalige Tb Elementverteilung um eine Korngrenze wurde mittels hochaufgelöster Rastertransmissionselektronenmikroskopie dargestellt. Der zweite Teil der Arbeit untersucht eine experimentelle Herstellungsmethode für gesinterte (Nd,Dy) Fe B Magneten, die dadurch gekennzeichnet ist, dass vor dem Sintern ein Dy - freies Basispulver (BP) und ein Dy - reiches Anisotropiepulver (AP) miteinander gemischt werden. Das Gefüge der späteren Magnete zeigt eine ausgeprägte Kern - Schalen Struktur, ähnlich dem Gefüge in den Randbereichen korngrenzendiffundierter Magnete. Vorteilhaft an deuen Technik ist, dass Proben beliebiger Größe hergestellt werden können, ohne die geometrischen Beschränkungen des Korngrenzen-diffusionsprozesses. Eine Neuerung gegenüber bestehender Literatur ist, dass das AP hauptsächlich aus (Nd,Dy) Fe B φ - Phase besteht, anstelle von elementarem Dy oder binären Dy - reichen Verbindungen. Die Hauptvorteile dieser Herangehensweise sind, das keine unerwünschten Zweitelemente in den Magneten eingebracht werden und eine starke Erniedrigung der Sintertemperatur erreicht wird. Von den untersuchten AP Verbindungen wurden hierbei die besten magnetischen Eigenschaften mit thermisch homogenisiertem (Nd0.725Dy0.275)15Fe79B6 erzielt. Allerdings ist die Koerzitivfeldstärke trotzdem geringfügig kleiner als die eines aus einem Pulver hergestellten Vergleichsmagneten. Ein mögliche Erklärung ist, dass ein Teil des AP beim Sintern nicht aufschmilzt und so das in den Partikeln enthaltene Dy nicht auf die Korngrenzen wirken kann. Zur Verbesserung des Prozesses wird die Verwendung von komplexeren Mahltechniken als das in dieser Arbeit zur Verfügung stehende Planetenkugelmahlen vorgeschlagen

The effect of the thermal decomposition reaction on the mechanical and magnetocaloric properties of La(Fe,Si,Co)13

We report on the influence of the Co content in the magnetocaloric system La(Fe,Si,Co)13 on the thermal decomposition (TD) reaction, and subsequently on the magnetocaloric properties. In the course of the TD reaction, the magnetocaloric La(Fe,Si,Co)13 phase reversibly decomposes into α-Fe(Co,Si) and the intermetallic LaFeSi phase, thus enhancing the mechanical properties and therefore the machinability of the compound. The addition of Co significantly speeds up the reaction kinetics. The optimum temperature range for the TD reaction was determined to be 973–1073 K, with the lower and upper limit at 873 K and 1173 K, respectively. With electron microscopy a lamellar microstructure has been found in the decomposed state, indicating a eutectoid-type phase reaction. The width of the lamellae is ∼26 nm in LaFe12Si and decreases with increasing Co content. Three-dimensional atom probe (3DAP) measurements show the enrichment of Co and Si in LaFeSi lamellae. We conclude that the addition of Co somehow decreases the lamellar spacing, which is the main reason for the enhanced TD kinetics. Finally, it is interesting to note that the highly ordered nano-scale mixture of strongly ferromagnetic α-Fe(Co) with the non-ferromagnetic phase induces a significant increase in coercivity, Hc. The shape anisotropy of the thin α-Fe(Co) lamellae yields a semi-hard permanent magnet with a coercivity of ∼100 A cm−1

The effects of particle size, milling method, and thermal treatment of feed on performance, apparent ileal digestibility, and pH of the digesta in laying hens

Various milling methods result in different particle size distributions and, in combination with mash and thermal treatment (expandate) of the feed, may have an impact on nutrient digestibility, pH of the digesta and subsequently the performance of an animal. Since this aspect has not been widely considered in laying hens, the objective of the present study was to investigate the effects of milling method, expansion, and particle size of feed on performance, apparent ileal nutrient digestibility, and pH of digesta in laying hens. Twelve variants of the same diet were produced. Four different milling techniques (hammer mill, roller mill, disc mill, and wedge-shaped disc mill) were used to grind the feed cereals. Coarse feed was obtained from all four mills. Additionally, fine feed was obtained from the hammer mill and the roller mill. Each of the six feed variants was offered as mash or expandate, resulting in a total of 12 treatments. The duration of the experimental period was 21 days. A total of 576 layers, each 19 weeks of age, were used in eight replicates. The statistical analysis for the four milling methods and two thermal treatments was performed using a 4 × 2 factorial arrangement. The effect of particle size was investigated using a 2 × 2 × 2 factorial arrangement including the coarse and fine particle sizes that were produced with the hammer mill and the roller mill as well as the mash and expandate. The animal performance and the pH of the digesta were not affected by the treatments. Ileal digestibility of starch was significantly improved by feeding mash compared to expandate (P = 0.013) and by feeding coarse compared to fine feed (P = 0.028). Based on this study, the tested milling methods can be used for the production of feed for laying hens without affecting performance and digestibility of nutrients

Programma, Qvo ad Illustrissimæ & Celsissimæ Comitis & Dominæ, Dn. Æmiliæ Julianae, Comitis Schvvartzburgi Et Hohnsteinii, Natæ De Barby Et Muhlinga Comitis, Dominæ Arnsteti, Sondershusæ, Leutenbergæ, ... Comitis ac Dominæ Nostræ Pientissimæ, Gratiosissimæ, Sacra Natalitia festa, quæ in diem XIX. Augusti incidunt, ... die XVIII. præcedente commendanda à recens Nati d. XIV. August. Nepotis Nativitate, qvâ omnis exultat Patria. Omnium ordinum Eruditos, & perpetuos ... Dn. Rectore peramanter invitat

PROGRAMMA, QVO AD ILLUSTRISSIMÆ & CELSISSIMÆ COMITIS & DOMINÆ, DN. ÆMILIÆ JULIANAE, COMITIS SCHVVARTZBURGI ET HOHNSTEINII, NATÆ DE BARBY ET MUHLINGA COMITIS, DOMINÆ ARNSTETI, SONDERSHUSÆ, LEUTENBERGÆ, ... COMITIS AC DOMINÆ NOSTRÆ PIENTISSIMÆ, GRATIOSISSIMÆ, SACRA NATALITIA FESTA, QUÆ IN DIEM XIX. AUGUSTI INCIDUNT, ... DIE XVIII. PRÆCEDENTE COMMENDANDA À RECENS NATI D. XIV. AUGUST. NEPOTIS NATIVITATE, QVÂ OMNIS EXULTAT PATRIA. OMNIUM ORDINUM ERUDITOS, & PERPETUOS ... DN. RECTORE PERAMANTER INVITAT Programma, Qvo ad Illustrissimæ & Celsissimæ Comitis & Dominæ, Dn. Æmiliæ Julianae, Comitis Schvvartzburgi Et Hohnsteinii, Natæ De Barby Et Muhlinga Comitis, Dominæ Arnsteti, Sondershusæ, Leutenbergæ, ... Comitis ac Dominæ Nostræ Pientissimæ, Gratiosissimæ, Sacra Natalitia festa, quæ in diem XIX. Augusti incidunt, ... die XVIII. præcedente commendanda à recens Nati d. XIV. August. Nepotis Nativitate, qvâ omnis exultat Patria. Omnium ordinum Eruditos, & perpetuos ... Dn. Rectore peramanter invitat ([1]) Title page ([1]) Text ([2]

Microstructure and magnetic properties of melt-spun Alnico-5 alloys

The aim of this work is to investigate the effect of very fine grain sizes on the spinodal decomposition in the Alnico system. Commercial Alnico 5 was melted and melt-spun with varying copper wheel speeds, which led to a grain size of 1-2 mu m. This value was further reduced to sub-micrometer size by a small addition of Boron (1 at%). The spinodal decomposition was induced through a two-step annealing treatment under magnetic field in the range of 600-900 degrees C. It was found that the size of the spinodal structures is not influenced much by increased wheel speeds but becomes smaller with the addition of Boron. However, the difference in coercivity between the samples with and without Boron is only 50 Oe (4 kA/m). To study the influence of the annealing treatment two sets of samples are compared, one with the highest coercivity (366 Oe/29 kA/m) and the other one with lower coercivity (180 0e/14.5 kA/m). We found with Scanning transmission electron microscopy Energy-dispersive X-ray spectroscopy (STEM EDX) a much sharper chemical interface between the al and oc2 precipitates in the former sample, which we attribute to be the main reason for the higher coercivity. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved