Aimants Néodyme Fer-Bore

ORIGINES ET COMPOSITION

Le néodyme appartient à la famille des Terres rares. Il a été découvert en tant qu’oxyde pour la première fois en 1885 par le chimiste autrichien Carl Auer Von Wels Bach dans un minéral appelé didyme et composé de néodyme et de praséodyme. Mais ce n’est que 40 ans plus tard en 1925 que le néodyme métallique a pu être isolé.
C’est le scientifique japonais Masato Sagawa qui est l’inventeur de l’aimant permanent fritté NdFeB.
L’aimant fritté NdFeB est d’abord conçu et développé par Sagawa pendant sa période aux laboratoires de Fujitsu où il travaille de 1972 à 1982. Sans soutien de son superviseur pour le nouveau composé magnétique, Sagawa démissionne en 1981 puis rejoint la compagnie Sumitomo. Plusieurs mois après son entrée en 1982, l’aimant fritté NdFeB le plus puissant est développé. Sagawa présente sa nouvelle découverte lors de la conférence sur le magnétisme et les matériaux magnétiques en novembre 1983 à Pittsburgh aux États-Unis. En 1988, Sagawa fonde Intermetallics, une société de recherche et développement consacrée au développement d’aimants néodymes. Il fonde également la compagnie NDFEB en 2012 à Kyoto qui est actuellement en cours d’élaboration d’un traitement de production des aimants permanents NdFeB les plus puissants utilisés dans l’énergie durable.

C’est un alliage à base de fer (50%), de néodyme et de bore.

PROCEDE DE FABRICATION

La méthode d’obtention est une combinaison entre la fonderie et la métallurgie des poudres.
Lors de l’opération de pressage l’alliage en poudre a la particularité de s’enflammer au contact de l’oxygène et toutes les phases de production se font sous atmosphère neutre jusqu’au frittage. Après frittage le matériau ne s’enflamme plus. Pour autant il reste sensible à l’oxygène ou autre gaz agressif. Les atomes de néodyme libres s’oxydent ; l’oxydation commence par les atomes en surface et se propage aux joints de grains, le matériau perd progressivement de sa cohésion et retombe à l’état de poudre.
C’est la raison pour laquelle il est important de ne pas interrompre la chaine de fabrication sous atmosphère neutre et qu’à la fin les aimants doivent être revêtus.

AIMANTATION

Quelle que soit la nuance utilisée, le champ magnétique requis pour obtenir une saturation complète est de l’ordre de 1600 kA/m (20kOe). En pratique, un champ externe de 2400 kA/m (30kOe) permet de traiter les cas les plus difficiles.
Comme pour les aimants SmCo, l’usage de bancs à décharge de forte énergie est systématique. Par contre la résistivité plus élevée du matériau (150µΩcm) et la valeur modérée du champ d’aimantation contribuent à simplifier les problèmes d’aimantation.

MISE EN ŒUVRE

Du fait de leur champ coercitif intrinsèque très élevé, les aimants NdFeB peuvent être aimantés avant assemblage dans le circuit magnétique final sans perte de performance. Cependant l’aimantation après assemblage est plus facile à réaliser que pour les aimants SmCo.
La mise en forme par compression et frittage impose des formes prismatiques simples. Les taux de compression requis sont élevés de sorte qu’on est souvent limité à des pièces de petites dimensions. (quelques mm à quelques dix cm). Pour des aimants de plus grandes tailles, des assemblages sont nécessaires. La mise en forme est faite dans des outillages sous champ magnétique intense soit directement aux dimensions pour les très grandes séries, soit en ébauches dans lesquelles seront découpées les dimensions finales.
Frittage à 1300°C et usinage avec des meules ou des fils en diamant.
L’énergie magnétique spécifique élevée des aimants NdFeB permet la réduction massive de l’ encombrement des circuits magnétiques.

SENSIBILITE A LA CORROSION

L’aimant NdFeB est sensible à la corrosion en atmosphère humide qui peut produire une désagrégation plus ou moins rapide du matériau. L’aimant doit subir un traitement de surface qui le protège.
Différents types de revêtement sont disponibles en fonction de l’utilisation et des contraintes réelles de l’application et dans un souci d’intégration au système magnétique complet.

• Les revêtements métalliques (le plus souvent aluminium ou nickel) sont utilisables à haute température, mais présentent une sensibilité à la corrosion saline.
• Les revêtements organiques (peintures, époxy) sont limités en température (100°C) et sont plus sensibles aux rayures.

Exemples : peinture, phosphate, zinc, nickel, époxy, double-nickel, zingage bichromaté vert olive à 25µ qui est le revêtement optimum. Le plus utilisé est le revêtement double nickel (NiCuNi).
La qualité et la régularité de l’épaisseur de la couche dépend de la préparation préalable (tribofinition) car les angles doivent être arrondis afin d’éviter l’accumulation des charges dues aux effets de pointe. Cela a pour effet de modifier la géométrie de la pièce et ses tolérances.
Les progrès récents réalisés dans l’élaboration des alliages ont permis d’améliorer très sensiblement la résistance à la corrosion. Ce qui permet souvent ne pas utiliser de revêtement protecteur spécifique.

APPLICATIONS

Les aimants NdFeB peuvent stocker vingt fois plus d’énergie magnétique que l’aimant Alnico. Est ensuite utilisé partout où on en a besoin de forts champs magnétiques permanents, mais avec un faible volume disponible. Ils sont utilisés par exemple dans les moteurs, les générateurs, les conférenciers et les disques durs.

CARACTÉRISTIQUES MAGNÉTIQUES