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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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Présentation
Alliages de type fer-nickel-aluminium (alnicos)
En anglais
1. Caractéristiques générales et propriétés
Le mot « aimant » doit son origine au latin « adamas » qui signifie fer, diamant. En effet, les premiers aimants connus, déjà du temps des Grecs, étaient à base de fer ; il s'agissait de la pierre d'aimant, qui contenait de la magnétite, oxyde naturel de fer (formule chimique Fe 3O4). Vers le XII e siècle apparaissent en Europe les premiers aimants artificiels en fer, et peu de progrès ont été réalisés dans ce domaine jusque dans les années 1930. Les matériaux utilisés alors étaient des aciers durs martensitiques au chrome, au tungstène et au cobalt, caractérisés par la traditionnelle forme en U.
Les progrès technologiques réalisés au cours des soixante-dix dernières années ont complètement révolutionné les possibilités des aimants permanents. De nouveaux matériaux ont été découverts, synthétisés et industrialisés, avec des performances telles que les applications se sont multipliées dans de nombreux domaines, de l'automobile à l'électroacoustique, de l'horlogerie à l'industrie minière, de l'électroménager au jouet, etc. On estime en effet à l'heure actuelle (2009) que dans un logement moderne, il y a plus de cinquante aimants permanents, allant de la fermeture de la porte du réfrigérateur, au rotor du moteur de ventilateur. Il en est de même pour l'automobile ; certaines voitures comprennent plusieurs kilogrammes d'aimants pour une centaine de fonctions différentes (essuie-glace, dispositif de freinage ABS...).
1.1 Grandes classes de matériaux pour aimants permanents
Les matériaux utilisés pour leurs propriétés magnétiques peuvent être classés en deux grandes familles :
-
les matériaux magnétiques doux (cf. dossier [M 350] Alliages magnétiques doux), qui ne présentent des propriétés magnétiques qu'en présence d'une excitation magnétique extérieure, et dont font partie les matériaux utilisés dans les transformateurs ;
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les matériaux magnétiques durs, qui présentent des propriétés magnétiques même en...
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Caractéristiques générales et propriétés
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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