Utilisateur:INSA-4GP-gr4/Brouillon Aimant Néodyme de Fer

Aimant Néodyme-Fer-Bore

Les aimants de types Néodyme-Fer-Bore sont des matériaux composés de néodyme (Nd), un métal de terre rare, de fer et de bore. Egalement connu sous le nom d’aimant NdFeB il s’agit d’un alliage Nd₂Fe₁₄B que l’on obtient par un frittage et alliage de poudre. Développé à la fin du XXème siècle par Général Motors et Sumitomo Special Metals les aimants au néodyme-fer-bore sont actuellement les plus puissants aimants commercialisés. Ils ont pu remplacer d’autres types d’aimants dans des produits nécessitants de forts aimants permanents ils peuvent donc avoir énormément d’applications. Cependant ils présentent des dangers dont il faut être conscient.

Description

Les aimants néodymes se forment sous une structure cristalline tétragonale, ce qui leur confère une grande anisotropie magnétique (HA~7 Teslas), un fort champ coercitif ainsi qu’une forte aimantation à saturation (J_s~1,6 T). Les quantités d’énergie magnétique que peut emmagasiner les matériaux sont donc très grandes (BH_max ~512 kJ/m³). Ces propriétés sont meilleures que celles pour un aimant de Samarium Cobalt (SmCo), qui étaient les premiers types d’aimant à base de terres rares commercialisés. De plus, la matière première pour un aimant néodyme est plus disponible que pour un aimant samarium.

Dans la pratique, on remarque que les propriétés des aimants néodymes dépendent de la composition de l’alliage, de la microstructure, et des techniques de constructions employées.

Historique

En 1982, à la suite de recherches motivées par les coûts importants des aimants permanents de samarium-cobalt, General Motors (GM) et Sumitomo Special Metals découvrent le composé Nd₂Fe₁₄B. GM travaillait sur le développement d'aimants trempés sur roue et basés sur des nanocristaux de Nd₂Fe₁₄B, alors que Sumitomo travaillait avec le même matériau, mais par un procédé de frittage.

GM a commercialisé ses inventions, menant à la fondation de Magnequench en 1986 (après une série d'évolutions, l'entreprise est devenue une composante de Molycorp). La compagnie fournissait de la poudre de Nd₂Fe₁₄B à des manufacturiers.

Sumitomo a enregistré environ 600 brevets sur les aimants au néodyme. Les installations de l'entreprise sont devenues une partie de la Hitachi Corporation et ont produit, ainsi qu'autorisé d'autres compagnies à produire, des aimants au néodyme.

Le marché est dominé par des manufacturiers chinois, notamment en raison de la présence de grands gisements de terres rares sur leur territoire. Le département de l'Énergie des États-Unis a commencé des recherches pour trouver des substituts aux terres rares pour les aimants permanents. L'Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) a ainsi commandité divers projets tels le programme Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT, pouvant se traduire en français par « alternatives au terres rares dans les technologiques critiques »). En 2011, ARPA-E a accordé environ 31,6 millions de dollars américains pour de tels projets.

Production

Deux types de productions pour un aimant néodyme existent :

• par frittage
• par trempe de roue

Le frittage est un procédé de fabrication consistant à faire chauffer une poudre sans la mener jusqu’à la fusion. Sous l’effet de la chaleur les grains se « soudent » et donnent sa cohésion à la pièce.

Dans le cas de l'aimant néodyme on place le matériel brut dans un moule que l’on met dans un four à haute température. Une fois le procédé réalisé on refroidit pour en faire des lingots. On broie ensuite ceux-ci pour en faire de fines particules et on les fritte selon un processus amenant la poudre à être orienté magnétiquement dans des blocs denses. Par la suite on traite les blocs thermiquement, on les coupe, on les traite en surface et on les aimante.

La trempe sur roue est une technique de refroidissement rapide de liquides. Les aimants construits par cette méthode prennent la forme d’un fin ruban de NdFeB. Le ruban est composé de grains nanométriques de Nd₂Fe₁₄B orientés aléatoirement. Par la suite le ruban va être broyé en fines particules que l’on va mélanger à un polymère, le tout va être ensuite moulé soit par compression soit par injection. Ces aimants possèdent un flux magnétique moindre que les aimants fait par frittage mais ils sont plus malléables et peuvent être formé de différentes manières.

Danger et risques

Dû à leur champ magnétique intense les aimants néodymes présentent aussi un grand danger, ils peuvent endommager irréversiblement certains appareils et objets :

• Les composants électrique et électronique en modifiant l’induction dans les bobines, mais aussi en modifiant les caractéristiques intrinsèques de certains composants
• Possibilités de donner une aimantation irréversible à certaines pièces mécanique.
• Au niveau de la santé, les aimants néodymes peuvent être néfaste au bon fonctionnement de simulateur cardiaque, et donc être dangereux pour la santé des personnes dont la vie dépend d’un appareil électronique ou mécanique.

Lorsque deux aimants néodymes s’attirent, leur champ magnétique est tellement intense qu’ils peuvent éclater en se cognant.

Application

Il existe des aimants de néodyme de toutes formes, tailles, intensité, orientation de polarité, des applications existent dans de nombreux domaines :

• Expériences de physique :
  • Courant de Foucault
  • Lévitation de supra-conducteur
  • Paramagnétisme du dioxygène
  • Ferrofluide
• Bricolage
• Loisir créatif
• Décoration intérieure
• Transport

Bibliographie

www.aimant-neodyme.fr/Proc-d-de-production-neo15.html, www.supermagnete.fr, wiki.scienceamusante.net/index.php?title=Aimant_au_néodyme