Présentation
Auteur(s)
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François LEPRINCE-RINGUET : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Docteur ès Sciences
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le mot Aimant doit son origine au latin « Adamas » qui signifie fer, diamant. En effet, les premiers aimants connus, déjà du temps des Grecs, étaient à base de fer ; c’était la pierre d’aimant au magnétite, oxyde de fer naturel utilisé comme minerai. Vers le XII e siècle apparaissent en Europe les premiers aimants artificiels en fer, et peu de progrès ont été faits dans ce domaine jusque vers les années 30. Les matériaux utilisés étaient alors des aciers durs martensitiques au chrome, au tungstène ou au cobalt, caractérisés par la traditionnelle forme en U.
Les progès technologiques réalisés au cours des soixante dernières années ont complètement révolutionné les possibilités des aimants permanents. De nouveaux types ont été découverts, synthétisés et industrialisés, avec des performances telles que les applications ont pu se multiplier dans de nombreux domaines, de l’automobile à l’électroacoustique, de l’horlogerie à l’industrie minière, de l’électroménager au jouet, etc. On estime en effet à l’heure actuelle (1995) qu’un logement moderne utilise plus de cinquante aimants allant de la fermeture de la porte du réfrigérateur au rotor du moteur du presse-citron. Il en est de même pour l’automobile et certaines voitures comprennent plusieurs kilogrammes d’aimants pour une centaine de fonctions différentes.
C’est ainsi qu’environ 300 000 t d’aimants permanents sont utilisés dans le monde chaque année, entraînant une concurrence internationale sévère entre les différents constructeurs, de plus en plus obligés de faire appel à l’automatique et à la robotique pour rester compétitifs, en particulier dans le domaine grand public.
Après avoir passé en revue les grandes classes de matériaux pour aimants permanents, leurs propriétés et leurs domaines d’applications, l’article traite chaque type plus particulièrement en mettant l’accent sur ses avantages et ses inconvénients comparés aux autres matériaux. Il aborde également les applications de ces aimants, sans toutefois entrer dans les détails techniques pour lesquels le lecteur se reportera aux articles correspondants dans les différents traités de la collection.
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VERSIONS
- Version courante de mai 2009 par Jean-Marie LE BRETON, Luc LECHEVALLIER, Philippe TENAUD, Antoine MOREL
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Alliages à base de fer-nickel-aluminium (alnico)3. Alliages à base d’éléments de terres rares
L’apparition de ces alliages métalliques vers les années 60 représente un énorme progrès dans le domaine des aimants permanents grâce à leurs propriétés magnétiques. Ils présentent, en effet, par rapport aux autres aimants existants, une très haute énergie magnétique et une grande résistance à la désaimantation.
Cette famille d’alliages comprend :
-
les aimants samarium-cobalt ;
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les aimants au cobalt avec d’autres éléments des terres rares moins onéreux ;
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les aimants néodyme-fer-bore, dont l’industrialisation est en plein essor suite à l’amélioration de leur stabilité dans le temps.
3.1 Aimants samarium-cobalt
On fabrique, à l’heure actuelle (1995), deux alliages formant des composés bien définis du système binaire Sm-Co (figure 35), ayant pour formules :
Ces composés sont préparés par coréduction des mélanges d’oxyde et fusion sous vide ou directement par fusion sous vide des métaux. Les pièces sont ensuite réalisées par les techniques de la métallurgie des poudres : l’alliage broyé sous forme de poudre est pressé en présence d’un champ électromagnétique pour orienter les domaines, puis fritté à des températures de l’ordre de 1 100 oC en atmosphère inerte ou sous vide. Un palier de refroidissement vers 850 oC permet d’optimiser les propriétés magnétiques.
Le procédé de fabrication des aimants Sm-Co est coûteux à cause, principalement, des précautions à prendre pour éviter l’oxydation du samarium qui, à l’état de poudre, est extrêmement réactif à l’air, pouvant être pyrophorique dans certains cas.
Comme dans le cas des ferrites durs ...
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