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RÉSUMÉ
Cet article étudie les grandes classes de matériaux pour aimants permanents et leurs propriétés. Ces familles sont les alnicos (alliages isotropes, anisotropes, à cristallisation dirigée et frittés), les ferrites (comprenant les ferrites durs et les ferrites liés), les samarium-cobalt et les néodyme-fer-bore. Ces matériaux, s’ils sont les plus courants, ont pourtant comme défaut majeur d'être fragiles, durs et cassants. Les matériaux pour aimants permanents suivants ont, eux, des applications plus restreintes mêmes s’ils ont l’avantage d’être facilement usinables, laminables ou tréfilables. Sont présentés les alliages ductiles, les alliages manganèse-aluminium-carbone, les aciers durs martensitiques, et les aimants à base de micropoudres.
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This article studies the major classes of materials for permanent magnets and their properties. These families are the alnicos (isotropic, anisotropic, with directed crystallization and sintered alloys), ferrites (including hard ferrites and soft ferrites), the samarium-cobalt and the neodymium iron boron. Although these materials are the most common, they are nonetheless fragile, hard and brittle. The following materials for permanent magnets have, on their part, more limited applications although they present the advantage of being easily machined, laminated or wiredrawn. This article presents the ductile alloys, manganese-aluminum-carbon alloys, hard martensitic steels and micropowder magnets.
Auteur(s)
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Jean-Marie LE BRETON : Docteur en Physique - Professeur à l'Université de Rouen - Groupe de Physique des matériaux, UMR CNRS 6634, Université de Rouen, Faculté des sciences et techniques
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Luc LECHEVALLIER : Docteur en Physique - Maître de Conférences à l'IUP génie électrique de l'Université de Cergy-Pontoise - Groupe de Physique des matériaux, UMR CNRS 6634, Université de Rouen, Faculté des sciences et techniques
-
Philippe TENAUD : Ingénieur - Docteur en Physique - Gérant 3MaS (Magnets, Magnetism, Material & Services), La Combe de Lancey
-
Antoine MOREL : Ingénieur - Docteur en Physique - Responsable Méthodes/Procédés, STEELMAG, Saint-Pierre d'Allevard -
INTRODUCTION
Les aimants permanents sont des matériaux magnétiques « durs », c'est-à-dire des matériaux qui, une fois aimantés, conservent à la température d'utilisation leur aimantation. Leurs propriétés magnétiques sont déterminées tout d'abord par les propriétés intrinsèques des composés qui les constituent. Elles dépendent aussi fortement de la microstructure du matériau obtenu, liée au procédé de fabrication.
Quatre familles de matériaux pour aimants permanents conduisent à l'essentiel des applications sur le marché. Ce sont les alnicos, les ferrites durs, les samarium-cobalt et les néodyme-fer-bore. D'autres matériaux existent, mais leurs applications sont très restreintes. Ce sont les alliages ductiles, les alliages manganèse-aluminium-carbone, les aciers durs martensitiques, ou les aimants à base de micropoudres.
Dans ce dossier, les différents types de matériaux pour aimants permanents et leurs propriétés sont passés en revue. L'accent est mis sur les caractéristiques de chaque type de matériau, ses avantages et ses inconvénients relativement aux autres matériaux. Les applications des différents types d'aimants, et les nouveaux développements sont présentés dans le dossier [D 2 102] « Aimants permanents. Applications et perspectives ».
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1996 par François LEPRINCE-RINGUET
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Autres matériaux pour aimants permanents
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4. Alliages à base de terre rare
L'apparition de ces alliages métalliques vers les années 1960 a représenté un énorme progrès dans le domaine des aimants permanents, grâce à leurs propriétés magnétiques. Les aimants à base de terre rare présentent par rapport aux autres aimants existants une densité d'énergie volumique très élevée et une grande résistance à la désaimantation.
Cette famille comprend :
-
les aimants samarium-cobalt ;
-
les aimants néodyme-fer-bore.
4.1 Alliages samarium-cobalt
On fabrique à l'heure actuelle (2009) deux alliages formant des composés bien définis du système binaire Sm-Co (figure 17), de formules SmCo5 et Sm 2Co17 .
Ces composés sont préparés par coréduction des mélanges d'oxyde et fusion sous vide, ou directement par fusion sous vide des métaux . Les pièces sont ensuite réalisées selon les techniques de métallurgie des poudres : l'alliage broyé sous forme de poudre est pressé en présence d'un champ magnétique, puis fritté à des températures de l'ordre de 1 100 oC en atmosphère inerte ou sous vide. Un palier de refroidissement vers 850 oC permet d'optimiser les propriétés magnétiques de l'aimant.
Le procédé de fabrication des aimants Sm-Co est coûteux. Cela est essentiellement dû aux précautions qu'il faut prendre pour éviter l'oxydation du samarium qui, à l'état de poudre, est extrêmement réactif à l'air.
Comme dans le cas des ferrites durs, le frittage occasionne un retrait, plus important dans le sens de l'orientation des domaines magnétiques. Cela empêche l'obtention de tolérances serrées sur les pièces brutes. Un usinage des surfaces, réalisé à l'aide de meules diamantées, est nécessaire pour avoir des tolérances dimensionnelles de 2/100 mm.
Il est également possible d'obtenir des matériaux liés (comme pour les ferrites) par mélange de poudres de samarium-cobalt avec des résines thermodurcissables...
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Alliages à base de terre rare
ANNEXES
1 Données statistiques et économiques
Le lecteur se reportera au dossier [Doc. D 2 102].
HAUT DE PAGE2 À lire également dans nos bases
LECHEVALLIER (L.) - LE BRETON (J.-M.) - TENAUD (P.) - MOREL (A.) - BRASSARD (S.) - Aimants permanents – Applications et perspectives. - [D 2 102] Convertisseurs et machines électriques (2007).
COUDERCHON (G.) - Alliages magnétiques doux. - [M 350] Étude et propriétés des métaux Matériaux fonctionnels (1998).
LE BRETON (J.-M.) - MOREL (A.) - TENAUD (P.) - Une nouvelle génération d'aimants permanents hexaferrites. - [RE 30] Convertisseurs et machines électriques (2005).
HAUT DE PAGE
ROSSIGNOL (M.) - YONNET (J.P.) - Les aimants permanents. Les matériaux magnétiques...
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