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Auteur(s)
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Georges COUDERCHON : Responsable du groupe Alliages magnétiques au Département Recherche et Développement de la société IMPHY S.A. - Chargé de cours à l’Université Claude-Bernard de Lyon I.
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Lire l’articleINTRODUCTION
On peut schématiquement diviser les matériaux magnétiques doux en deux grandes catégories :
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ceux utilisés dans les machines qui transforment l’énergie : ce sont les alliages fer-silicium (FeSi), utilisés principalement dans l’électrotechnique de puissance ;
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ceux utilisés dans le traitement des signaux électriques : ce sont les alliages spéciaux et les ferrites doux ; on les trouve dans des applications très diverses où la puissance mise en jeu est également faible : microélectrotechnique, électronique, sécurité, communications... ; les alliages fer-nickel (FeNi) constituent le prototype de ces matériaux aux propriétés magnétiques très variées ; les alliages fer-cobalt (FeCo) ne sont jamais utilisés dans les grosses machines en raison de leur prix, mais se classent également dans cette catégorie.
L’importance économique des FeNi et FeCo à usages spéciaux est plus grande que leur tonnage (production mondiale 12 000 t /an) ne le laisse croire. Ils représentent environ 4 % en chiffre d’affaires (CA) du marché des produits magnétiques qui est dominé par les matériaux pour l’enregistrement magnétique (environ 50 % du CA), les FeSi (environ 30 %) et, dans une moindre mesure, les aimants (environ 10 %).
Le domaine d’application principal des FeNi et FeCo se situe entre les FeSi classiques et les ferrites dont ils surpassent largement les caractéristiques magnétiques aux fréquences moyennes (f < 50 kHz). Toutefois, leur prix, dû pour une grande part aux éléments qui les constituent (nickel, cobalt, molybdène...), ne leur permet qu’exceptionnellement d’accéder aux applications de masse.
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Alliages FeNi à très hautes perméabilités4. Alliages FeNi pour l’électrotechnique miniaturisée
4.1 Alliages pour compensation thermique
La plupart des dispositifs électromagnétiques voient leurs caractéristiques modifiées avec la température, soit parce que la force des aimants décroît, soit parce que la résistivité des bobinages croît et l’induction qu’ils fournissent baisse. S’il s’agit de dispositifs précis, il faut compenser les variations thermiques du flux d’induction pour rendre l’appareil peu sensible à la température. Les exemples classiques sont les appareils de mesure, les compteurs électriques, les tachymètres d’automobile et d’avion, certains relais, etc.
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Le principe de la compensation consiste à dériver une partie du flux de l’aimant par un shunt magnétique dont l’induction, donc le flux magnétique dérivé, décroît avec la température. Le flux utile Φu est la différence entre le flux principal Φa et le flux dérivé Φd (figure 17). L’utilisation de sections convenables pour le circuit principal et le circuit dérivé permet, connaissant les variations thermiques des inductions de l’aimant et du shunt, de rendre le flux utile constant sur un segment de température (par exemple – 10 oC, + 40 oC).
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Pour la réalisation de telles compensations thermiques, on peut penser aux nombreux alliages dont la température de Curie se trouve au voisinage de la température ambiante. En fait, seuls les alliages FeNi avec un pourcentage de 28 à 32 % Ni se sont révélés suffisamment fiables dans cette fonction, car non seulement on peut ajuster leur température de Curie θc en agissant sur la teneur en nickel (figure 18), mais surtout la variation de leur aimantation à saturation Js sur un intervalle de 50 à 60 oC avant θc est pratiquement réversible et peut être rendue pratiquement linéaire (figure 19).
Dans certaines applications pour l’électroménager (autocuiseur de riz en Asie), il faut des alliages à température de Curie plus élevée (150 à 200 oC). On utilise alors de préférence des FeNiCr à 9‐10 % de chrome et 38 à 40 % de nickel.
Pour la mise en œuvre de ces alliages, on doit se souvenir...
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