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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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5. Principales applications des aimants permanents
5.1 Domaines d’applications
Les principaux domaines d’applications des aimants permanents sont résumés sur la figure B en et dans le tableau 7. Elles peuvent se répartir en trois groupes [40].
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Systèmes électromécaniques
Ils convertissent l’énergie mécanique en énergie électrique ou vice versa. Il s’agit d’abord des moteurs électriques, des générateurs de courants continus et des alternateurs. Les aimants les plus performants et les plus récents sont et seront à la base, dans les prochaines années, de moteurs à commutation électronique qui sont à la fois plus simples et plus performants que les moteurs à induction. Il s’agit aussi des actionneurs électroacoustiques (microphones, écouteurs, haut-parleurs) et des actionneurs électromécaniques (relais, disjoncteurs, mécanismes de montre, déplacement des têtes de lectures des mémoires à disques). Dans la même catégorie, on peut retenir les instruments de mesure basés sur l’emploi d’une bobine parcourue par un courant et disposée dans le champ d’un entrefer de manière à subir un couple.
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Systèmes magnétomécaniques
Ils ont un entrefer variable permettant de générer des forces d’attraction et de répulsion (fermetures de portes, retenue et levage, paliers magnétiques, thermostats, rappels de touches de claviers, prothèses dentaires, séparateurs de minerais…). La commercialisation du train japonais Maglev , basée sur la lévitation magnétique, devrait nécessiter la fabrication de plusieurs tonnes/an d’aimant à base de terres rares. Font également partie de cette catégorie les dispositifs assurant un accouplement magnétique, tels ceux engendrant une transmission de mouvements à travers des parois (compteurs d’eau, centrifugeuses, agitateurs de liquides, indicateurs de niveaux de liquides, rotation de l’anticathode d’un tube à rayons X, isolement des vibrations dans les transmissions…). Les dispositifs basés sur la génération de courants de Foucault (compte-tours, freins magnétiques de poids lourds, frein de compteurs d’électricité) transforment l’énergie mécanique en une autre forme d’énergie mécanique et en énergie thermique.
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Sources de champs magnétiques...
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