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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 FeCo semi-rémanents8. Alliages magnétiques doux issus d’une structure amorphe
8.1 Caractères généraux des alliages métalliques amorphes
Alors qu’il est facile d’obtenir un état surfondu amorphe avec les composés moléculaires à longue chaîne (verres, polymères, etc.), il faut, avec les liquides métalliques, déployer des techniques très spécifiques pour éviter la formation du réseau cristallin (cf., dans ce traité, article Matériaux ferromagnétiques amorphes et nanocristallins [D 2 520]). Parmi les différents procédés de préparation, seule la trempe énergique d’un filet de métal liquide sur une roue refroidie en mouvement rapide (
) est intéressante pour produire les bandes minces utilisées en génie électrique. La vitesse de trempe nécessaire pour figer la structure du liquide et garder un état amorphe est très élevée pour les métaux (ν > 106 K · s–1), ce qui limite obligatoirement à des bandes très fines (d < 40 µm).
Les alliages des métaux ferromagnétiques ne sont pas amorphisables directement. Pour réaliser l’amorphisation, il faut leur adjoindre environ 20 % (concentration atomique) d’élément non‐métallique tel que P, B, C, Si, etc. On s’approche ainsi de la composition eutectique qui présente une température de fusion basse (environ 1 200 oC), une plus faible viscosité du liquide et favorise l’obtention de l’état amorphe.
Les alliages amorphes issus du liquide par trempe conservent certaines caractéristiques de ce dernier : pas de structure périodique, absence des défauts de structure du solide cristallin (joints de grains, dislocations, etc.). Une partie de l’originalité des propriétés des alliages amorphes découle de ces caractéristiques. Toutefois, ils présentent également des inconvénients propres à leur mode d’élaboration : métastabilité naturelle qui fait redouter une évolution des propriétés dans le temps, contraintes résiduelles importantes peu favorables aux propriétés magnétiques,...
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