Aimants Samarium-Cobalt

ORIGINES ET COMPOSITION

Ce type d’alliage ferromagnétique est apparu dans les années 1980.
Il appartient à une famille de 15 métaux, dont le cérium et le lanthane, dite « Terres rares ». Contrairement à ce que laisse supposer ce nom, ces métaux ne sont pas rares, mais dispersés dans la nature. Le cérium est plus abondant que le cobalt, le thulium plus répandu que l’étain.
L’essor industriel de ces métaux est plus récent en raison de la difficulté d’extraire les minerais et surtout de les séparer.
Certaines Terres rares sont ferromagnétiques et donnent des composés à grande anisotropie cristalline. D’où l’idée d’associer dans un même cristal des atomes de Terres rares pour l’anisotropie et de cobalt avec un point de Curie élevé pour réaliser des aimants. C’est le Samarium cobalt SmCo.

Deux types principaux sont utilisés :
Nuance SmCo5              Essentiellement 60% de cobalt et du samarium.
Nuance Sm2Co17          40% de cobalt et du samarium, auxquels on rajoute de faibles quantités de fer et de cuivre.
On ajoute parfois du gadolinium pour améliorer le comportement thermique des aimants (nuances dites « stabilisées »).

PROCEDE DE FABRICATION

L’alliage est broyé en fine poudre et mis sous presse dans des moules. Lors de la compression, un champ magnétique est éventuellement appliqué (aimants anisotropes). Les pièces comprimées sont ensuite frittées à haute température (1100°C) puis subissent des traitements thermiques afin d’améliorer leurs performances magnétiques.
Le matériau de base est pyrophorique (s’enflamme spontanément au contact de l’air). Jusqu’au frittage tous les procédés sont effectués sous gaz neutre (azote). Du fait des retraits et des déformations lors du frittage, un usinage est nécessaire pour obtenir une bonne précision géométrique des pièces. Des précautions sont à prendre lors des manipulations car c’est un matériau très fragile, sensible aux chocs et aux contraintes mécaniques.

AIMANTATION

Le champ magnétique requis pour aimanter les aimants samarium est considérable : de l’ordre de 25 à 30 kOe pour le grade SmCO5, il atteint 60 kOe pour le SM2CO17 (soit deux fois plus que pour un aimant néodyme.
On ne peut pas modifier l’orientation magnétique d’un aimant samarium. La majeure partie du temps ils sont livrés aimantés.
La propriété la plus remarquable est la très grande résistance à la désaimantation. Dans les nuances classiques Alnico ou ferrites, quand on oppose à l’aimant un cham égal à son champ coercitif (bHc), on n’observe plus d’action extérieure (plus d’attraction). Cela vient de ce que l’on a à peu près détruit l’aimantation. Si l’on supprime ce champ antagoniste, l’aimant restera sensiblement désaimanté.
La même expérience avec un aimant samarium est surprenante : tant qu’on oppose un champ égal au champ coercitif, on trouve aussi que l’aimant perd toute son attraction, mais il est seulement contrarié par ce champ. Dès qu’on le supprime, l’aimant récupère tous ses pouvoirs.
On peut comparer l’aimant samarium à un ressort qui reprend ses dimensions après écrasement, alors que les autres types d’aimants sont des ressorts « mous » qu’il faudra retendre après usage.

MISE EN ŒUVRE

Du fait de leur champ coercitif intrinsèque très élevé, les aimants SmCo peuvent être aimantés avant assemblage dans le circuit magnétique final sans perte de performance. En particulier pour les nuances Sm2Co17 l’aimantation après assemblage peut être impossible à réaliser.
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.
L’énergie magnétique spécifique élevée des aimants Sm permet la réduction massive de l’encombrement des circuits magnétiques.

SENSIBILITE A LA CORROSION

Les aimants SmCo sont inaltérables aux agents atmosphériques. Toutefois les ambiances susceptibles de produire de l’hydrogène attaquent fortement l’aimant. Un revêtement est recommandé pour des utilisations en milieux chloré et salin.

APPLICATIONS

Elles sont liées aux deux propriétés remarquables du samarium :