Pour les matériaux magnétiques permanents tels que le NdFeB, nous utilisons principalement sa capacité à générer et à conserver le magnétisme, ce qui constitue l'exigence fonctionnelle la plus fondamentale des matériaux magnétiques. Comment mesurer la capacité des aimants à générer et à conserver le magnétisme ? Nous utilisons généralement quatre indicateurs : la rémanence Br, la coercivité Hcb, la coercivité intrinsèque Hcj et le produit énergétique magnétique maximal BH (max).
Pour bien comprendre les indicateurs ci-dessus, il est essentiel de comprendre la courbe de démagnétisation. Les matériaux magnétiques permanents devant être magnétisés au préalable, les aimants permanents magnétisés doivent résister à divers facteurs défavorables au magnétisme pendant leur utilisation. La courbe de démagnétisation reflète efficacement les performances globales de l'aimant.
L'image ci-dessus représente une boucle d'hystérésis typique d'un aimant permanent. Le premier quadrant représente la courbe de magnétisation, le deuxième la courbe de démagnétisation, le troisième la courbe de magnétisation inverse et le quatrième la courbe de démagnétisation inverse. L'axe horizontal représente l'intensité du champ magnétique externe H, tandis que l'axe vertical représente l'intensité de l'induction magnétique B et l'intensité de la polarisation magnétique J. [En termes simples, l'intensité de l'induction magnétique B est l'accumulation du champ magnétique externe et du champ magnétique interne de l'aimant, et l'intensité de la polarisation magnétique J est le champ magnétique interne de l'aimant.]
Les quatre paramètres de performance magnétique (rémanence, force coercitive, force coercitive intrinsèque et produit d'énergie magnétique maximal) sont tous dérivés de la courbe de démagnétisation. La ligne rouge sur l'image ci-dessus est appelée courbe de démagnétisation JH (courbe de variation de l'intensité de polarisation magnétique J et du champ magnétique externe H), également appelée courbe de démagnétisation intrinsèque, et la ligne bleue est appelée courbe de démagnétisation BH (courbe de variation de l'intensité d'induction magnétique B et du champ magnétique externe H). Nous utilisons de petits cadres pour représenter les domaines magnétiques. Ces domaines peuvent être considérés comme de minuscules aimants. Un aimant est composé de nombreux domaines magnétiques. La flèche indique l'axe C de la direction d'aimantation spontanée du domaine magnétique. Pour un aimant permanent à l'état magnétiquement neutre (autrement dit, un aimant non chargé), la plupart des domaines magnétiques ont les mêmes coordonnées, mais leurs directions s'annulent, de sorte qu'aucun magnétisme n'est visible à l'extérieur, comme le montre la figure 1.
Figure 1.
Lorsqu'un champ magnétique est appliqué suivant la direction de magnétisation, les domaines magnétiques se déplacent et tournent progressivement à travers la paroi du domaine pour que leurs directions selon l'axe C soient cohérentes, comme illustré à la figure 2. Il s'agit de la courbe de magnétisation. La valeur de l'intensité de polarisation magnétique correspondant à l'aimant à saturation est appelée intensité de polarisation magnétique à saturation Js.
Figure 2
Lorsque l'aimant est saturé et que le champ magnétique externe est supprimé, la figure montre que la plupart des domaines magnétiques conservent la même direction, et qu'une petite partie tourne légèrement, mais que la direction principale reste inchangée, comme illustré à la figure 3. De cette façon, l'intensité d'induction magnétique et l'intensité de polarisation magnétique de l'aimant conservent toutes deux des valeurs élevées. Cette valeur est appelée intensité d'induction magnétique résiduelle Br ou intensité de polarisation magnétique résiduelle Jr. On comprend intuitivement que lorsque le champ magnétique externe est supprimé de l'aimant saturé, l'intensité d'induction magnétique restante B ou intensité de polarisation magnétique J de l'aimant. Lorsque le champ magnétique externe H est nul, Br = Jr. On utilise souvent Br pour le décrire, ce que l'on appelle généralement la rémanence, en unités de Gs ou de T. Plus Br est élevé, plus l'intensité d'induction magnétique pouvant être conservée est forte et plus le matériau a le potentiel de devenir un matériau magnétique puissant.
Figure 3
Lorsque le champ magnétique externe appliqué augmente en sens inverse, les domaines magnétiques de l'aimant se déplacent et tournent progressivement, comme illustré à la figure 4. Lorsque l'intensité du champ magnétique atteint une certaine valeur, l'intensité d'induction magnétique B de l'aimant chute à 0. En termes simples, l'intensité du champ magnétique contenue dans l'aimant et l'intensité du champ magnétique inverse externe s'annulent. La valeur correspondante de l'intensité du champ magnétique à ce moment est appelée coercivité magnétique Hcb (également notée bHc), avec des unités en Oe ou kA/m. La coercivité magnétique Hcb est étroitement liée à la pente de la courbe de démagnétisation JH. Si les domaines magnétiques de l'aimant sont peu susceptibles de se déplacer ou de tourner en peu de temps, la droite JH sera très droite, de sorte que la valeur de Hcb sera infiniment proche de Br, et la limite supérieure de Hcb sera Br, Hcb = Br. Il s'agit d'une situation idéale, ce qui signifie que les domaines magnétiques n'ont aucune tendance à s'inverser avant que l'intensité du champ magnétique inverse n'atteigne la valeur Br. De cette façon, l'aimant est très stable, c'est-à-dire que l'aimant a une très forte capacité à résister à la démagnétisation dans l'état initial de la valeur du champ magnétique inverse inférieure à Br.
Figure 4
Lorsque le champ magnétique inverse continue d'augmenter et atteint une valeur critique, des domaines magnétiques inverses apparaissent rapidement, provoquant une chute rapide de l'intensité de polarisation magnétique de l'aimant à 0. En termes simples, l'intensité du champ magnétique retenu à l'intérieur de l'aimant chute à 0, comme illustré à la figure 5. La valeur d'intensité du champ magnétique correspondante à ce moment est appelée force coercitive intrinsèque Hcj (également notée jHc), avec des unités de Oe ou kA/m. La force coercitive intrinsèque est une grandeur physique qui reflète l'ampleur de la capacité de l'aimant à résister à la démagnétisation. Plus la force coercitive intrinsèque est élevée, plus la capacité à résister à la démagnétisation est forte, ou plus précisément, plus la capacité à résister à une démagnétisation complète est forte. Une attention particulière doit être portée à la différence entre Hcj et Hcb. Lorsque Hcj est supérieure à Br, la valeur limite de Hcb est Br. Lorsque Hcj est inférieure à Br, la valeur limite de Hcb est Hcj.
Figure 5
Le produit de B et H correspondant à un point quelconque de la courbe de démagnétisation BH est appelé produit d'énergie magnétique. La valeur maximale est le produit d'énergie magnétique maximal (BH)max. Théoriquement, le produit d'énergie magnétique maximal (BH)max=(½ Br)²). Le produit d'énergie magnétique maximal prend en compte à la fois la rémanence et la coercivité magnétique. Sa valeur représente l'intensité de l'énergie magnétique contenue dans l'aimant et peut également refléter l'inclinaison initiale de la ligne JH. L'unité est GOe ou j/m³.
Si les quatre paramètres ci-dessus sont encore difficiles à comprendre, vous pouvez simplement penser que l'aimant est une tasse d'eau, la magnétisation est le chauffage, la rémanence est la chaleur de l'eau après l'arrêt du chauffage, la démagnétisation est comme le refroidissement de l'eau, Hcb est lorsque la basse température ambiante atteint une valeur, elle compense la chaleur de l'eau, et la chaleur globale n'est pas réfléchie vers l'extérieur, et Hcj est la valeur de basse température ambiante requise pour réduire complètement la chaleur de l'eau à 0. Ce qui suit est une version simplifiée du deuxième quadrant de la boucle d'hystérésis, qui peut vous aider à approfondir votre compréhension des concepts connexes.
Pour les paramètres magnétiques ci-dessus, nous devons prêter attention aux points suivants dans les applications pratiques :
1. Pour les aimants nécessitant des champs magnétiques puissants, il est généralement nécessaire d'augmenter leur rémanence au maximum afin de libérer davantage de magnétisme. Il convient toutefois de noter que cela suppose l'absence de démagnétisation. En cas de démagnétisation, une simple augmentation de la rémanence peut s'avérer inefficace, et il est nécessaire d'augmenter Hcj pour réduire la démagnétisation. L'exemple le plus simple est celui d'un aimant disque D10*1. Le magnétisme de surface de 54H est supérieur à celui de N54. En effet, le Hcj de 54H est plus élevé, ce qui permet d'exploiter pleinement son Br, tandis que le Hcj de N54 est très faible et ne permet pas de le maintenir dans un état non démagnétisé. Quelle que soit la valeur du Br, son magnétisme ne peut être pleinement exploité.
2. Pour les aimants qui nécessitent une forte capacité anti-démagnétisation et une stabilité élevée, nous devons généralement augmenter Hcj et la valeur Hcb doit être aussi proche que possible de Br.
3. Pour les aimants nécessitant une bonne résistance à la température, on choisit généralement d'augmenter Hcj, car le coefficient de température de la force coercitive des aimants permanents NdFeB de même Hcj diffère peu. L'effet le plus direct de l'augmentation de Hcj est de retarder l'apparition du point d'inflexion de la ligne BH, voire de le faire disparaître. Si des exigences strictes sont imposées en matière de stabilité en température, les exigences relatives à Hcb doivent également être prises en compte afin de minimiser la pente de la ligne BH et de réduire l'amplitude d'atténuation irréversible de l'aimant.