Development of Processing Techniques for Short-Loop Recycling of EoL NdFeB Magnets

NdFeB permanent magnets play a vital role in modern technologies due to their exceptional magnetic properties such as a high energy product, high remanence, and high coercivity. Specifically, they are core components of green energy sectors including wind turbines and electric vehicles. The urge to shift from fossil fuels to these renewable energy technologies is driving the global demand for NdFeB permanents. However, geopolitical concentration of the REEs extraction and processing and production of these magnets and supply chain vulnerabilities remain big concerns. Recycling NdFeB from end-of-life products has gained importance to mitigate these vulnerabilities. In this work, hydrogen processing of magnetic scraps, which is considered a viable short-loop NdFeB recycling route, is investigated. We aim to optimize the processing required in this route, in particular the particle refining and degassing process, to improve the magnetic properties of the recycled powders through particle size reduction and microstructural modifications. We investigate three magnets from different sources together with a NdFeB reference alloy to investigate the effects of initial composition and magnetic properties on the processed powders. The hydrogen processing produces the decrepitation of waste NdFeB magnets into coarse hydrogenated powders. High energy ball milling and degassing treatments were investigated under different processing parameters. Furthermore, deep characterization was carried out at each stage of the processes on the bulk, hydronated, ball milled, degassed, and powders processed by combining both milling and degassing. The study shows that mechanical processing modifies microstructural and compositional properties before or after the hard-phase formation producing inhomogeneities in composition and the magnetic properties of the final powders. This work also demonstrates for the first time successful synthesis of nanocrystalline NdFeB powders by integrating hydrogen decrepitation, controlled ball milling, and degassing processes for potential high-performance bonded magnet production.

I magneti permanenti NdFeB giocano un ruolo fondamentale nelle tecnologie moderne grazie alle loro eccezionali proprietà magnetiche, come un alto prodotto energetico, un'elevata remanenza e un'alta coercitività. In particolare, sono componenti chiave dei settori dell'energia verde, tra cui turbine eoliche e veicoli elettrici. La spinta a passare dai combustibili fossili a queste tecnologie energetiche rinnovabili sta aumentando la domanda globale di magneti permanenti NdFeB. Tuttavia, la concentrazione geopolitica dell'estrazione e della lavorazione delle terre rare e la produzione di questi magneti e le vulnerabilità della catena di approvvigionamento rimangono grandi preoccupazioni. Il riciclo dei NdFeB dai prodotti a fine vita ha guadagnato importanza per mitigare queste vulnerabilità. In questo lavoro, viene studiato il trattamento con idrogeno dei rottami magnetici, che è considerato una valida strada di riciclo a ciclo breve dei NdFeB. Puntiamo a ottimizzare il processo necessario in questa procedura, in particolare il raffinamento delle particelle e il degassamento, per migliorare le proprietà magnetiche delle polveri riciclate attraverso la riduzione della dimensione delle particelle e modifiche microstrutturali. Studiamo tre magneti provenienti da fonti diverse insieme a una lega di riferimento NdFeB per esaminare gli effetti della composizione iniziale e delle proprietà magnetiche sulle polveri lavorate. Il trattamento con idrogeno provoca la decrepitazione dei magneti NdFeB di scarto in polveri idrogenate grossolane. Sono stati investigati la macinazione ad alta energia e i trattamenti di degassamento sotto diversi parametri di processo. Inoltre, è stata effettuata una caratterizzazione approfondita in ciascuna fase dei processi sul materiale in blocco, idrogenato, macinato a sfere, degassato e sulle polveri trattate combinando sia la macinazione che il degassamento. Lo studio mostra che la lavorazione meccanica modifica le proprietà microstrutturali e composizionali prima o dopo la formazione della fase dura, producendo eterogeneità nella composizione e nelle proprietà magnetiche delle polveri finali. Questo lavoro dimostra anche per la prima volta la riuscita sintesi di polveri nanocristalline NdFeB integrando degrado tramite idrogeno, macinazione controllata e processi di degassamento, per la potenziale produzione di magneti legati ad alte prestazioni.