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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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Oxydes magnétiques : ferrites
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2. Alliages de type fer-nickel-aluminium (alnicos)
Ces alliages, connus depuis les années 1930, ont marqué un net progrès dans le domaine des aimants permanents à une époque où l'on n'utilisait que les aciers durs martensitiques. Le point de départ fut l' alliage NiAlFe2 qui a vu ses propriétés s'améliorer considérablement grâce à un certain nombre d'ajouts tels que le cobalt et le titane, ainsi que par des traitements thermiques.
Différentes familles d'aimants peuvent être obtenues à partir de ces alliages :
-
les alliages isotropes ;
-
les alliages anisotropes ;
-
les alliages à cristallisation dirigée ou colonnaire ;
-
les alliages frittés.
La préparation de ces aimants s'effectue par fusion et coulée pour donner des pièces d'une grande dureté, relativement fragiles. L'usinage se fait par rectification à la meule diamantée, ou par électro-érosion.
Le tableau 3 donne quelques propriétés physiques de ces alliages. Le tableau 4 présente la composition et les propriétés magnétiques d'alliages alnicos isotropes, anisotropes ou colonnaires. La figure 5 présente les courbes caractéristiques des alliages correspondants.
2.1 Alliages isotropes
Ces alliages, préparés par fusion et coulée directe, ne subissent pas de traitement magnétique au cours de leur refroidissement. Leur composition et leurs propriétés varient en fonction des ajouts métalliques ; le titane, en particulier, améliore la valeur du champ coercitif. La teneur en cobalt relativement faible de ces alliages (12 % en masse) leur donne une température de Curie trop basse pour qu'un traitement thermomagnétique soit efficace.
HAUT DE PAGE2.2 Alliages anisotropes (orientés)
L'augmentation à 24 % de la teneur massique en cobalt provoque une élévation de la température de Curie. Cela permet de procéder au cours du refroidissement à un traitement thermomagnétique au-dessous de la température de Curie. Après fusion les pièces sont placées dans un four de recuit à 800 oC en présence d'un champ magnétique...
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Alliages de type fer-nickel-aluminium (alnicos)
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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