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Auteur(s)
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Jacques DEGAUQUE : Professeur à l’Institut national des sciences appliquées de Toulouse (INSA) Laboratoire de physique de la matière condensée (UMR-CNRS)
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Le sixième du marché des matériaux magnétiques est propre à celui des aimants permanents ; il se développe actuellement à un rythme de 10 % par an. L’ensemble des matériaux pour aimants permanents se répartit en trois familles principales : les métalliques alnico, les céramiques en ferrites durs, les intermétalliques à base de terres rares, auxquels se joignent de faibles quantités d’alliages métalliques (moins de 1 %), tel le coûteux platine-cobalt.
En règle générale, un aimant fait partie intégrante d’un système. Il en résulte que doivent être considérées simultanément des contraintes d’ordres mécanique et magnétique. Selon l’application, une gamme de matériaux sera mieux adaptée qu’une autre, par exemple, selon le volume et la forme de l’espace disponible pour l’aimant (un espace allongé autorise les alnico, un espace plan requiert les ferrites durs ou les alliages à base de terres rares, un volume réduit impose les alliages à base de terres rares). Puis, en fonction des autres conditions susceptibles d’être rencontrées en fonctionnement — champs magnétiques adverses, chocs, températures extrêmes, irradiations, corrosions —, ce choix s’affinera ou se fixera sur une des autres familles avec, bien sûr, une nouvelle conception de l’espace autorisé. Mais il ne faudra pas non plus oublier les contraintes de mise en forme (usinage généralement difficile), de prix, de disponibilité, etc.
Le présent article a pour objectif de présenter les caractéristiques principales, les procédés de fabrication et les causes de durcissement magnétique des matériaux pour aimants permanents appartenant aux trois familles citées ci-dessus. Il devrait ainsi aider les utilisateurs d’aimants permanents à choisir et à exploiter au mieux les matériaux nécessaires à leurs applications.
Cet exposé fait partie d’un ensemble de trois articles :
[M 4 600] Matériaux à propriétés magnétiques dures : notions de base ;
[M 4 601] Matériaux à propriétés magnétiques dures : matériaux industriels ;
Matériaux à propriétés magnétiques dures spécifiques et en devenir ;
auxquels est associé un fascicule de documentation :
Matériaux à propriétés magnétiques dures. « Pour en savoir plus ».
Pour les notations et symboles se reporter à l’article [M 4 600] Matériaux à propriétés magnétiques dures : notions de base.
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Classification des matériaux à aimants permanents
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6. Conclusion et perspectives
L’aimant idéal serait celui qui combinerait l’aimantation et le point de Curie élevés des alnico, la stabilité chimique et le coût modeste des ferrites, l’importante coercitivité des Sm-Co et, associée à une aimantation et une résistance à la désaimantation élevées, la très forte énergie spécifique des alliages Nd-Fe-B. Devant le peu d’espoir de découverte d’une phase magnétique nouvelle susceptible de réunir l’ensemble de ces caractéristiques optimisées, la tendance actuelle est de chercher à améliorer et à adapter les propriétés nécessaires aux besoins spécifiques d’applications données.
Ce sont les matériaux à base de terres rares, notamment les aimants Nd-Fe-B, qui offrent les plus grandes potentialités novatrices. On peut distinguer deux voies principales de progrès possibles [14] :
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d’une part l’optimisation des propriétés intrinsèques des phases existantes, en vue d’améliorer la tenue en température (T C ), le champ coercitif ( H c ), la rémanence (µ 0 M s
µ 0 M r) et l’énergie spécifique (BH )max , ainsi que la résistance à la corrosion. Par exemple, une amélioration de la tenue en température et de la résistance à la corrosion permettrait d’envisager de nouvelles applications, telles celles liées à la voiture électrique, au développement supplémentaire de l’imagerie par résonance magnétique ;
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d’autre part, la compréhension et la maîtrise des processus d’élaboration, en vue de mieux contrôler la formation des phases, des hétérogénéités, ainsi que la microstructure. Ainsi, une plus grande maîtrise de la fabrication d’aimants liés anisotropes devrait conduire à un excellent rapport qualité/coût. Ces matériaux pourraient fortement concurrencer les aimants ferrites. L’idéal serait d’être capable de produire des systèmes artificiels, combinant un ensemble de propriétés requises, notamment une forte rémanence. Pour de nombreuses applications, la coercitivité des aimants modernes...
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