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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 pour l’électrotechnique miniaturisée3. Caractéristiques générales des alliages FeNi
3.1 Diagramme de phase et ses conséquences
Le fer et le nickel sont deux éléments proches dans la classification périodique. Leurs atomes présentent certaines similitudes (rayons atomiques voisins, structures électroniques semblables...) qui expliquent en partie le diagramme de phase très simple des FeNi (figure 7).
Excepté dans la zone riche en fer (0 à 30 % de Ni) où les alliages FeNi subissent une transformation
, ces alliages cristallisent en phase cubique à faces centrées dans tout le domaine de température et restent ainsi monophasés à l’état solide. Ces deux caractéristiques confèrent aux alliages FeNi une grande facilité de laminage à froid jusqu’à de très faibles épaisseurs (de l’ordre de 5 à 10 µm) et d’intéressantes possibilités de traitements thermiques à toutes températures sans subir de changements de phase toujours néfastes pour les propriétés magnétiques.
En revanche, pour des teneurs en nickel inférieures à 30 %, la transformation
dépend de la vitesse de refroidissement. La figure 7 indique, en tireté, le diagramme métastable usuel valable pour des vitesses de refroidissement de 10 à 150 oC /min. Ces alliages sont peu utilisés pour leur propriétés magnétiques.
3.2 Quelques propriétés physiques
Les FeNi présentent, en fonction de la teneur en nickel, un certain nombre de propriétés curieuses qui peuvent parfois être utilisées en même temps que les propriétés magnétiques. Nous n’en mentionnerons que deux à titre d’exemples.
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La plus curieuse concerne la dilatabilité ; le coefficient de dilatation :
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