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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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Caractéristiques générales des alliages FeNi2. Physico-chimie des alliages magnétiques doux
2.1 Principales constantes électromagnétiques
Dans leur fonctionnement réel en excitation alternative, les processus d’aimantation dans les alliages magnétiques doux sont ralentis à la fois par les défauts du solide (hystérésis) et par les courants de Foucault. Ces deux contributions qui conduisent l’une et l’autre à une baisse de la perméabilité peuvent se résumer en exprimant la perméabilité en champ alternatif par la relation suivante :
( 1 )
Cette relation montre qu’il existe quatre caractéristiques essentielles du solide qui influent sur les propriétés magnétiques des matériaux. Ce sont dans un ordre d’importance décroissant :
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l’aimantation à saturation Js : plus elle est grande, plus on transfère de flux d’induction par unité de section du matériau ; comme on demande principalement aux matériaux doux de canaliser le flux ou de l’amplifier, c’est une caractéristique essentielle ;
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la résistivité ρ : elle permet de limiter les courants de Foucault et agit ainsi directement sur le rendement du transfert d’énergie entre les circuits couplés par les matériaux magnétiques ; plus elle est grande, plus les pertes sont réduites et meilleure est la perméabilité alternative µ z ;
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l’anisotropie magnétocristalline K1 et la magnétostriction λ : elles contribuent à déterminer la structure en domaines et la mobilité des parois et jouent ainsi un rôle indirect sur les caractéristiques d’usage (perméabilités, pertes, champ coercitif...).
2.2 Imperfections des alliages commerciaux
Chaque composition devrait conduire à des caractéristiques magnétiques spécifiques. Cependant, les propriétés magnétiques des alliages doux sont extrêmement sensibles à toutes les imperfections du matériau, qu’elles soient chimiques...
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