Please read the abstract in the section 00front of this document Copyright 2000, University of Pretoria. All rights reserved. The copyright in this work vests in the University of Pretoria. No part of this work may be reproduced or transmitted in any form or by any means, without the prior written permission of the University of Pretoria. Please cite as follows: Bessinger, D 2000, Cooling characteristics of high titania slags, MSc dissertation, University of Pretoria, Pretoria, viewed yymmdd < http://upetd.up.ac.za/thesis/available/etd-07212006-102324 / > H 95 / Dissertation (MSc (Metallurgy))--University of Pretoria, 2007. / Materials Science and Metallurgical Engineering / unrestricted

Os ímãs permanentes de terras-raras desempenham um papel vital na indústria de dispositivos eletromagnéticos. As principais aplicações destes materiais na indústria são na produção de motores para veículos elétricos e híbridos e geradores para turbinas eólicas. Com a restrição chinesa a exportação de terras-raras em 2010, os elevados preços e a necessidade de substituição dos terras-raras pesados (Dy e Tb) nos ímãs permanentes, há um interesse mundial por alternativas. No processamento de ímãs permanentes de terras-raras, a moagem é uma etapa determinante, controlando e homogeneizando a microestrutura final do ímã, aumentando as propriedades magnéticas. O presente trabalho avalia a influência de diferentes tempos de moagem na microestrutura e nas propriedades magnéticas de ímãs permanentes sinterizados. Os ímãs foram preparados via metalurgia do pó, a partir de pós obtidos pelo processo de decrepitação por hidrogênio (HD) feito na liga Strip-Casting de composição (Nd,Pr)13,49Fe77,72B6Co1,1Al1,2Nb0,28Cu0,2. A moagem dos pós foi realizada em meio de ciclohexano em Moinho Planetário de Alta Energia, durante um período entre 30 e 75 minutos, com intervalos regulares de 15 minutos, a uma velocidade fixa de 200 rpm. Os ímãs produzidos foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Difração de Raios-X (DRX), as propriedades magnéticas foram obtidas por meio de Permeâmetro e a textura cristalográfica dos ímãs foi calculada a partir dos difratogramas obtidos. O ímã produzido com 45 minutos de moagem (45-B) apresentou remanência Br = 1,38 T, coercividade intrínseca iHc = 880 KA.m-1, produto de energia máximo BHmáx = 330 KJ.m-1, fator de quadratura SF= 0,95 e grau de alinhamento < cos&theta; > = 0,96. / Rare-earth permanent magnets plays a vital role on the electromagnetic devices industry. The major applications of this material industrially are in the production of motors for electric and hybrid vehicles and magnetic generators for wind turbines. With the Chinese restriction of rare-earth exportations in 2010, the high prices and the need to substitute the heavy rare-earths (Dy,Tb) in the permanent magnets, there is a global interest in alternatives. In the processing of rare earth permanent magnets, the milling process is a determinant step, controlling and homogenizing the microstructure of the magnet, increasing its properties. The present work evaluates the influence of different high energy planetary ball milling times on the microstructure and the magnetic properties of sintered permanent magnets. The magnets were prepared via conventional powder metallurgy route, using powders obtained by the hydrogen decrepitation process (HD) made in the (Nd, Pr)13.49Fe77.72B6Co1,1Al1,2Nb0,28Cu0,2. Strip-Casting alloy. The milling process was carried under ciclohexane medium, using a High Energy Planetary Mill for a period between 30 and 75 minutes, with regular intervals of 15 minutes at a speed of 200 rpm. The magnets were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Dispersive Energy Spectroscopy (EDS), X-ray Diffraction (XRD), and magnetic properties were obtained by Permeameter. The magnet produced with 45 minutes of milling (45-B) presented Br = 1.38 T, intrinsic coercivity iHc = 880 KA.m-1, maximum energy product BHMÁX = 330 KJ.m-1 , squareness factor SF = 0,95 and alignment degree < cos&theta; > = 0,96.

Os ímãs permanentes de terras-raras tem um papel relevante na indústria de dispositivos eletromagnéticos, principalmente no que se refere à produção de motores para veículos híbridos e elétricos e geradores para turbinas eólicas. Com a recente restrição chinesa a exportação de terras-raras, os altos preços e a necessidade de substituição do Dy nesses ímãs, há um interesse mundial por alternativas a essas questões. A adição de elementos de liga em ímãs permanentes de terras raras tem como objetivo a melhora das propriedades magnéticas. O presente trabalho avalia a influência do Ti, V, Cr, Ni, Zr, Nb e Mo na microestrutura e nas propriedades magnéticas de ímãs sinterizados. Os ímãs foram preparados via metalurgia do pó, a partir de pós obtidos pelo processo de decrepitação por hidrogênio (HD). Na produção do ímã Pr16Fe66,9Co10,7B5,7Cu0,7, sem adição de elementos de liga, foi utilizada a mistura das ligas Pr20Fe73B5Cu2 (33% em peso) e Pr14Fe64Co16B6 (67% em peso). Para avaliar a influência das adições foi utilizada a liga Pr14Fe64Co16B6M0,1, onde M = Ti, V, Cr, Ni, Zr, Nb e Mo (67% em peso). As ligas utilizadas e os ímãs produzidos foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Difração de Raios-X (DRX), e as propriedades magnéticas foram obtidas por meio de Permeâmetro. O ímã com adição de Cr (iHc = 836 KA.m-1) apresentou coercividade intrínseca 11,8% superior ao ímã sem adição de elemento de liga (iHc = 748 KA.m-1). A maior remanência foi observada para o ímã com adição de Nb (Br = 1,04 T). Os ímãs com as adições de Ti, V e Zr apresentaram os maiores valores de produto de energia (BHmáx = 145, 145 e 144 KJ.m-3, respectivamente). Já o ímã com adição de Mo apresentou o maior fator de quadratura (FQ = 0,73) entre todas as amostras, 28% superior ao ímã sem adição de elementos de liga. / Rare earth permanent magnets perform an important role in the electromagnetic devices industry, particularly in the production of hybrid and electric vehicle engines and generators for wind turbines. With the recent Chinese restriction on the export of rare-earth elements, the increasing prices and the need to replace the Dy in the permanent magnets, there is a worldwide interest in alternatives to these issues. The addition of alloying elements on rare-earth permanent magnets is one of the methods used to improve the magnetic properties. This present work evaluates the influence of Ti, V, Cr, Ni, Zr, Nb and Mo as alloying elements on the microstructure and magnetic properties of sintered Pr-Fe-Co-B based permanent magnets. The permanent magnets were produced by the conventional powder metallurgy route using powder obtained by hydrogen-decrepitation (HD) method. In order to produce the magnet Pr16Fe66,9Co10,7B5,7Cu0,7 without alloying elements the mixture of alloys method was employed, mixing two compositions: Pr20Fe73B5Cu2 (33% w.t) and Pr14Fe64Co16B6 (67% w.t). With the purpose of evaluating the influence of the alloying elements, the Pr14Fe64Co16B6M0,1 (where M= Ti, V, Cr, Ni Zr, Nb or Mo) (67% w.t) alloy was employed. The characterization of the alloys and the magnets was carried out using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and the magnetic properties were measured using a permeameter. The magnet with Cr addition (iHc = 836 KA.m-1) presented intrinsic coercivity 11,8% higher in comparsion with the magnet without any addition (iHc = 748 KA.m-1). The highest remanence was observed for the magnet with Nb addition (Br = 1.04 T). The magnets with additions of Ti, V and Zr produced the highest energy products (BHmáx = 145, 145 and 144 KJ.m3 respectively). The magnet with Mo addition showed the highest squareness factor (SF = 0.73) among of all samples, 28% higher than the magnet without addition.

Os ímãs permanentes de terras-raras tem um papel relevante na indústria de dispositivos eletromagnéticos, principalmente no que se refere à produção de motores para veículos híbridos e elétricos e geradores para turbinas eólicas. Com a recente restrição chinesa a exportação de terras-raras, os altos preços e a necessidade de substituição do Dy nesses ímãs, há um interesse mundial por alternativas a essas questões. A adição de elementos de liga em ímãs permanentes de terras raras tem como objetivo a melhora das propriedades magnéticas. O presente trabalho avalia a influência do Ti, V, Cr, Ni, Zr, Nb e Mo na microestrutura e nas propriedades magnéticas de ímãs sinterizados. Os ímãs foram preparados via metalurgia do pó, a partir de pós obtidos pelo processo de decrepitação por hidrogênio (HD). Na produção do ímã Pr16Fe66,9Co10,7B5,7Cu0,7, sem adição de elementos de liga, foi utilizada a mistura das ligas Pr20Fe73B5Cu2 (33% em peso) e Pr14Fe64Co16B6 (67% em peso). Para avaliar a influência das adições foi utilizada a liga Pr14Fe64Co16B6M0,1, onde M = Ti, V, Cr, Ni, Zr, Nb e Mo (67% em peso). As ligas utilizadas e os ímãs produzidos foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Difração de Raios-X (DRX), e as propriedades magnéticas foram obtidas por meio de Permeâmetro. O ímã com adição de Cr (iHc = 836 KA.m-1) apresentou coercividade intrínseca 11,8% superior ao ímã sem adição de elemento de liga (iHc = 748 KA.m-1). A maior remanência foi observada para o ímã com adição de Nb (Br = 1,04 T). Os ímãs com as adições de Ti, V e Zr apresentaram os maiores valores de produto de energia (BHmáx = 145, 145 e 144 KJ.m-3, respectivamente). Já o ímã com adição de Mo apresentou o maior fator de quadratura (FQ = 0,73) entre todas as amostras, 28% superior ao ímã sem adição de elementos de liga. / Rare earth permanent magnets perform an important role in the electromagnetic devices industry, particularly in the production of hybrid and electric vehicle engines and generators for wind turbines. With the recent Chinese restriction on the export of rare-earth elements, the increasing prices and the need to replace the Dy in the permanent magnets, there is a worldwide interest in alternatives to these issues. The addition of alloying elements on rare-earth permanent magnets is one of the methods used to improve the magnetic properties. This present work evaluates the influence of Ti, V, Cr, Ni, Zr, Nb and Mo as alloying elements on the microstructure and magnetic properties of sintered Pr-Fe-Co-B based permanent magnets. The permanent magnets were produced by the conventional powder metallurgy route using powder obtained by hydrogen-decrepitation (HD) method. In order to produce the magnet Pr16Fe66,9Co10,7B5,7Cu0,7 without alloying elements the mixture of alloys method was employed, mixing two compositions: Pr20Fe73B5Cu2 (33% w.t) and Pr14Fe64Co16B6 (67% w.t). With the purpose of evaluating the influence of the alloying elements, the Pr14Fe64Co16B6M0,1 (where M= Ti, V, Cr, Ni Zr, Nb or Mo) (67% w.t) alloy was employed. The characterization of the alloys and the magnets was carried out using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and the magnetic properties were measured using a permeameter. The magnet with Cr addition (iHc = 836 KA.m-1) presented intrinsic coercivity 11,8% higher in comparsion with the magnet without any addition (iHc = 748 KA.m-1). The highest remanence was observed for the magnet with Nb addition (Br = 1.04 T). The magnets with additions of Ti, V and Zr produced the highest energy products (BHmáx = 145, 145 and 144 KJ.m3 respectively). The magnet with Mo addition showed the highest squareness factor (SF = 0.73) among of all samples, 28% higher than the magnet without addition.

Os ímãs permanentes de terras-raras desempenham um papel vital na indústria de dispositivos eletromagnéticos. As principais aplicações destes materiais na indústria são na produção de motores para veículos elétricos e híbridos e geradores para turbinas eólicas. Com a restrição chinesa a exportação de terras-raras em 2010, os elevados preços e a necessidade de substituição dos terras-raras pesados (Dy e Tb) nos ímãs permanentes, há um interesse mundial por alternativas. No processamento de ímãs permanentes de terras-raras, a moagem é uma etapa determinante, controlando e homogeneizando a microestrutura final do ímã, aumentando as propriedades magnéticas. O presente trabalho avalia a influência de diferentes tempos de moagem na microestrutura e nas propriedades magnéticas de ímãs permanentes sinterizados. Os ímãs foram preparados via metalurgia do pó, a partir de pós obtidos pelo processo de decrepitação por hidrogênio (HD) feito na liga Strip-Casting de composição (Nd,Pr)13,49Fe77,72B6Co1,1Al1,2Nb0,28Cu0,2. A moagem dos pós foi realizada em meio de ciclohexano em Moinho Planetário de Alta Energia, durante um período entre 30 e 75 minutos, com intervalos regulares de 15 minutos, a uma velocidade fixa de 200 rpm. Os ímãs produzidos foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Difração de Raios-X (DRX), as propriedades magnéticas foram obtidas por meio de Permeâmetro e a textura cristalográfica dos ímãs foi calculada a partir dos difratogramas obtidos. O ímã produzido com 45 minutos de moagem (45-B) apresentou remanência Br = 1,38 T, coercividade intrínseca iHc = 880 KA.m-1, produto de energia máximo BHmáx = 330 KJ.m-1, fator de quadratura SF= 0,95 e grau de alinhamento < cos&theta; > = 0,96. / Rare-earth permanent magnets plays a vital role on the electromagnetic devices industry. The major applications of this material industrially are in the production of motors for electric and hybrid vehicles and magnetic generators for wind turbines. With the Chinese restriction of rare-earth exportations in 2010, the high prices and the need to substitute the heavy rare-earths (Dy,Tb) in the permanent magnets, there is a global interest in alternatives. In the processing of rare earth permanent magnets, the milling process is a determinant step, controlling and homogenizing the microstructure of the magnet, increasing its properties. The present work evaluates the influence of different high energy planetary ball milling times on the microstructure and the magnetic properties of sintered permanent magnets. The magnets were prepared via conventional powder metallurgy route, using powders obtained by the hydrogen decrepitation process (HD) made in the (Nd, Pr)13.49Fe77.72B6Co1,1Al1,2Nb0,28Cu0,2. Strip-Casting alloy. The milling process was carried under ciclohexane medium, using a High Energy Planetary Mill for a period between 30 and 75 minutes, with regular intervals of 15 minutes at a speed of 200 rpm. The magnets were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Dispersive Energy Spectroscopy (EDS), X-ray Diffraction (XRD), and magnetic properties were obtained by Permeameter. The magnet produced with 45 minutes of milling (45-B) presented Br = 1.38 T, intrinsic coercivity iHc = 880 KA.m-1, maximum energy product BHMÁX = 330 KJ.m-1 , squareness factor SF = 0,95 and alignment degree < cos&theta; > = 0,96.

Neste trabalho, avaliou-se o efeito da substituição parcial do Ni pelos elementos Co, Cu e Sn, e do La e Mg pelo Pr em ligas do tipo AB5 para as ligas nominais La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Cu0,5Ni3,8, La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 e La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Sn0,5Ni3,8, La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8, Pr0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 sem e com tratamento térmico de 750° e 850°C por 9 e 16 horas. Estas ligas absorvedoras de hidrogênio foram utilizadas como material ativo em eletrodos negativos de baterias de Ni-HM. Avaliou-se a influência destas substituições e do tratamento térmico na microestrutura e nas propriedades eletroquímicas nas ligas. A substituição parcial do Ni pelo Co com o tratamento térmico de 750°C por 16 horas apresentou duas novas fases Al6Mn e PrCo13. Na substituição parcial do Ni pelo Sn formou a fase LaNi2Sn2 na liga. Utilizou-se caracterização de raios-X com refinamento de Rietveld para quantificar as fases em cada composição. Mediu-se a absorção de hidrogênio utilizando um Aparato Sieverts para obtenção das curvas PCT. Observou-se que as ligas La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 e La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 apresentaram as melhores capacidades de absorção de hidrogênio. Verificou-se o comportamento destas ligas na capacidade de descarga, estabilidade cíclica das baterias de Ni-HM. Comparando as ligas, a maior capacidade de descarga medida foi para a substituição parcial do Ni pelo Co, alcançando 406,1 mAh após o tratamento térmico de 850° C por 16 horas. A melhor capacidade de absorção obtida na analise de PCT, foi para a liga La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 com valor de H/M de 0,980. Também, foi avaliada uma correlação das propriedades eletroquímicas com a capacidade de absorção obtida na analise da curva PCT. / In this work, it was evaluated the effect of the partial substitution of Ni by the elements Co, Cu and Sn and of the La and Mg by the Pr in type AB5 alloys to the nominal alloys La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Cu0,5Ni3,8, La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8, La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Sn0,5Ni3,8, La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 and Pr0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8, as castting and with annealing treatment of 750 °C and 850 °C for 9 and 16 hours. These hydrogen-absorbing alloys were used as active material on negative electrodes of Ni-HM batteries. The influence of these substitutions and the annealing treatment on the microstructure and on the electrochemical properties in the alloys was evaluated. The partial substitution of Ni by Co with the annealing treatment of 750 °C for 16 hours presented two new phases Al6Mn and PrCo13. In the partial substitution of Ni by Sn formed the LaNi2Sn2 phase in the alloy. It was characterized by X-ray diffraction using Rietveld\'s refinement to quantify the phases in each composition. Hydrogen absorption was measured using the Sieverts apparatus to obtain the PCT curves. It was observed that the alloys La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 and La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8, presented the best capacities of hydrogen absorption. The behavior of these alloys in the discharge capacity, the cyclic stability of the Ni-HM batteries, was verified. Comparing the alloys, the biggest discharge capacity measured was for the partial substitution of Ni by Co alloy, reaching 406.1 mAh after the annealing treatment of 850 °C for 16 hours. The finest absorption capacity obtained in the PCT analysis was for the La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 alloy with an H/M value of 0.980. Also, a correlation of the electrochemical properties with the absorption capacity obtained in the analysis of the PCT curve was evaluated.

<h4>A generalized physics-based modeling framework is presented to analyze: (a) the effects of temperature on identified degradation mechanisms, (b) interfacial debonding processes, including deterministic and stochastic mechanisms, and (c) establishing model performance benchmarks of electrochemical porous electrode theory models, as a necessary stepping stone to perform valid battery degradation analyses and designs. Specifically, the effects of temperature were incorporated into a physics-based, reduced-order model and extended for a LiCoO₂ -graphite 18650 cell. Three dimensionless driving forces were identified, controlling the temperature-dependent reversible charge capacity. The identified temperature-dependent irreversible mechanisms include homogeneous SEI, at moderate to high temperatures, and the chemomechanical degradation of the cathode at low temperatures. Also, debonding of a statistically representative electrochemically active particle from the surrounding binder-electrolyte matrix in a porous electrode was modeled analytically, for the first time. The proposed framework enables to determine the space of C-Rates and electrode particle radii that suppresses or enhances debonding and is graphically summarized into performance–microstructure maps where four debonding mechanisms were identified, and condensed into power-law relations with respect to the particle radius. Finally, in order to incorporate existing or emerging degradation models into porous electrode theory (PET) implementations, a set of benchmarks were proposed to establish a common basis to assess their physical reaches, limitations, and accuracy. Three open source models: dualfoil, MPET, and LIONSIMBA were compared, exhibiting significant qualitative differences, despite showing the same macroscopic voltage response, leading the user to different conclusions regarding the battery performance and possible degradation mechanisms of the analyzed system.</h4>