AIMANTS

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Matériaux à aimants permanents

Parmi les différentes méthodes de classement que l'on peut adopter pour exposer les propriétés des nombreux matériaux à aimants permanents, la plus naturelle est de former des groupes basés sur l'origine de l'hystérésis magnétique et sur la valeur du champ coercitif d'induction. Le classement ainsi établi correspond à des modes de préparation et à des propriétés physiques et mécaniques assez bien caractérisés. On distinguera alors :

– les aciers à durcissement par trempe ;

– les alliages à durcissement par précipitation ;

– les alliages à durcissement par diffusion ;

– les alliages à durcissement par réaction désordre-ordre ;

– les aimants à base de poudres.

Les aciers à durcissement par trempe

Si la « pierre d'aimant », une variété de la magnétite Fe3O4, est un aimant naturel connu depuis la plus haute antiquité, les aimants artificiels les plus anciens sont les aciers au carbone trempés. Au cours de la trempe, l'austénite est transformée en martensite et cette structure, à cause de la distribution irrégulière des atomes de carbone dans les interstices du réseau, présente un état de tension et un fort degré d'hétérogénéité conférant le champ coercitif.

Les propriétés magnétiques des aciers sont fortement accrues par addition de tungstène (jusqu'à 6 p. 100), de chrome (jusqu'à 6 p. 100), de cobalt (jusqu'à 40 p. 100). Elles restent cependant limitées : B< 1 tesla, H< 19 900 A ( m-1, (BH)max < 7 957 T ( A ( m-1.

Systèmes international et électropratique

Tableau : Systèmes international et électropratique

Le système international d'unités est le seul légal et obligatoire. Cependant l'usage dans l'industrie est d'utiliser les unités plus «parlantes» du système électropratique. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Ces matériaux ont été les seuls qui aient existé pendant plus d'un siècle. Ils sont complètement abandonnés de nos jours à cause, d'une part, de leurs performances magnétiques faibles et, d'autre part, de leur instabilité : ils ne supportent pas les élévations de température et, même à température ambiante, ils se désaimantent au cours du temps par suite de la lente décomposition de la martensite.

Les alliages à durcissement par précipitation

En 1931-1932, Seljesatek, Rogers, Köster ont suggéré que le phénomène de précipitation d'une seconde phase à partir d'une solution sursaturée pouvait être utilisé pour conférer une grande dureté magnétique à certains alliages. Effectivement, des matériaux de ce type ont été commercialisés à partir des systèmes métalliques suivants :

– argent-manganèse-aluminium (1931) ou silmanal ;

– fer-molybdène-cobalt (1932) donnant le remalloy (ou comalloy) ;

– cuivre-nickel-fer (1935) donnant les cunife I et II ;

– cuivre-nickel-cobalt (1938) donnant les cunico I et II ;

– fer-cobalt-vanadium (1940) donnant les vicalloy I et II.

Ces alliages se prêtent tous à l'usinage ; ils sont en effet malléables et ductiles ; on peut les mettre en forme à froid ou à chaud par laminage ou étirage et obtenir des bandes ou des fils dans lesquels sont découpés les aimants.

Leur mode de préparation consiste à fondre les métaux en un lingot que l'on porte à une température d'homogénéisation supérieure à 1 000 0C et que l'on trempe à cette température. Le lingot est alors soumis soit à un traitement mécanique suivi d'un revenu, soit à un revenu suivi d'un traitement mécanique et d'un second revenu. Le revenu a pour effet de précipiter la seconde phase cependant que le traitement mécanique induit un état de tension favorable à l'accroissement de l'hystérésis magnétique. Les propriétés magnétiques sont fonction du taux de réduction au cours des opérations mécaniques.

Alliages à durcissement par précipitation

Tableau : Alliages à durcissement par précipitation

Propriétés des alliages à durcissement par précipitation. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Signalons que le vicalloy II, contenant en poids 13 p. 100 de vanadium, est rendu anisotrope par laminage à froid, le degré d'anisotropie et les valeurs magnétiques étant fonction du taux de réduction en section. Les cunife sont également anisotropes.

Les alliages à durcissement par diffusion

La découverte en 1931 par Mishima d'un alliage de fer, de nickel et d'aluminium (30 p. 100 Ni, 12 p. 100 Al, 58 p. 100 Fe) présentant des propriétés d'aimant permanent intéressantes (Br = 0,95 T, Hc = 34 220 A ( m-1) ouvre la voie à une nouvelle classe de matériaux désignés sous les noms alni et alnico. Leur importance devient telle qu'ils supplantent rapidement tous les autres types d'aimants, en particulier les aciers trempés ; ce n'est qu'en 1952 qu'un concurrent sérieux se présentera avec l'aimant en ferrite de [...]

Amélioration des matériaux et élévation des performances

Dessin : Amélioration des matériaux et élévation des performances

Parmi les matériaux dont les améliorations ont entraîné une élévation des performances des moteurs, il faut citer, en tout premier lieu, les aimants de la famille des terres rares, qui sont à la fois linéaires et puissants ; ils restent cependant coûteux. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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  • : ingénieur, chef de département à la Société d'études et de recherches magnétiques

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Pour citer l’article

Roger FONTAINE, « AIMANTS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 08 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/aimants/