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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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Physico-chimie des alliages magnétiques doux1. Physique des alliages magnétiques doux
1.1 Ferromagnétisme
Tous les éléments chimiques sont magnétiques (généralement para- ou diamagnétiques), c’est une conséquence de leur structure électronique ; mais très peu sont ferromagnétiques. Cette forme de magnétisme coopératif exceptionnelle n’existe aux températures ambiantes que pour le fer, le cobalt et le nickel. En effet, dans ces derniers éléments, les moments magnétiques atomiques, au lieu de s’ignorer et de donner un magnétisme statistiquement très faible (le paramagnétisme), se couplent parallèlement entre eux conduisant ainsi à une très grande valeur de l’aimantation J (figure 1)
Cet alignement des moments magnétiques, parfait au zéro absolu, est progressivement perturbé par l’agitation thermique qui réussit à le détruire complètement à la température de Curie Tc . Au‐delà de cette température, les ferromagnétiques deviennent paramagnétiques.
Le réseau des moments magnétiques, comme tous les réseaux cristallins, est anisotrope ; toutefois, l’anisotropie magnéto- cristalline est souvent plus intense que celle des autres propriétés physiques et joue un rôle très important sur les propriétés macroscopiques des matériaux. On la caractérise par la constante d’anisotropie magnétocristalline K1 .
Sous certaines conditions, on peut induire, par traitements sous champ, une anisotropie uniaxiale Ku qui peut se surperposer à K1 .
Une autre manifestation du ferromagnétisme est la magnétostriction qui déforme légèrement le réseau cristallin et permet de rendre compte des interactions magnétoélastiques. Elle se caractérise par les coefficients de magnétostriction λ111 et λ100 .
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