Pour les aimants permanents comme le NdFeB, nous utilisons principalement leur capacité à générer et à conserver du magnétisme. Il s'agit de l'exigence fonctionnelle la plus fondamentale des matériaux magnétiques. Comment mesurer cette capacité ? Nous utilisons généralement quatre indicateurs : la rémanence Br, la coercivité Hcb, la coercivité intrinsèque Hcj et le produit d'énergie magnétique maximal BH(max).
Pour bien comprendre ces indicateurs, il faut d'abord comprendre la courbe de démagnétisation. Les aimants permanents devant d'abord être magnétisés, ils doivent résister à divers effets indésirables lors de leur utilisation. La courbe de démagnétisation reflète efficacement la performance globale de l'aimant.
La figure ci-dessus illustre 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 le champ magnétique appliqué H, et l'axe vertical représente l'induction magnétique B et la polarisation magnétique J. [En termes simples, l'induction magnétique B est la somme des champs magnétiques externe et interne de l'aimant, et la polarisation magnétique J est le champ magnétique interne de l'aimant.] Les quatre propriétés magnétiques – rémanence, coercivité, coercivité intrinsèque et produit d'énergie magnétique maximal – sont toutes dérivées de la courbe de démagnétisation. La ligne rouge sur la figure ci-dessus représente la courbe de démagnétisation JH (la courbe traçant la polarisation magnétique J en fonction du champ magnétique appliqué H), également appelée courbe de démagnétisation intrinsèque. La ligne bleue représente la courbe de démagnétisation BH (la courbe traçant l'induction magnétique B en fonction du champ magnétique appliqué H). Les petits carrés représentent les domaines magnétiques. Ces derniers peuvent être comparés à de minuscules aimants. Un aimant est composé de plusieurs domaines. Les flèches indiquent la direction d'aimantation spontanée (axe C) des domaines. Pour un aimant permanent à l'état magnétiquement neutre (autrement dit, un aimant non chargé), les domaines magnétiques sont généralement situés dans le même système de coordonnées, mais leurs directions s'annulent, ce qui entraîne l'absence de magnétisme apparent, comme le montre la figure 1.
Figure 1
Lorsqu'un champ magnétique est appliqué suivant la direction de l'aimantation, les domaines magnétiques se déplacent et tournent progressivement à travers les parois, alignant leurs axes C, comme illustré aux figures 2 et 3. Il s'agit de la courbe d'aimantation. L'intensité de polarisation magnétique correspondant à l'aimantation à saturation est appelée intensité de polarisation magnétique à saturation, Js.
Figure 2
Figure 3
Lorsqu'un aimant atteint sa saturation magnétique et que le champ magnétique externe est supprimé, la majorité des domaines magnétiques conservent leur orientation. Quelques-uns pivotent légèrement, mais l'orientation reste inchangée, comme illustré à la figure 4. Il en résulte que la densité de flux magnétique et la polarisation magnétique restent élevées. Cette valeur est appelée densité de flux magnétique rémanente Br ou polarisation magnétique rémanente Jr. Intuitivement, elle représente la densité de flux magnétique B ou polarisation magnétique J restante après suppression du champ magnétique externe de l'aimant saturé. Lorsque le champ magnétique externe H est nul, Br = Jr. Br est souvent utilisé pour décrire ce que l'on appelle communément la rémanence, exprimée en Gs ou T.
Plus le Br est élevé, plus la densité de flux magnétique retenue est élevée et plus le potentiel d'un matériau magnétique puissant est grand.
Figure 4
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 5. Lorsque l'intensité du champ magnétique atteint une certaine valeur, l'intensité d'induction magnétique (B) de l'aimant chute à zéro. En termes simples, l'intensité du champ magnétique contenu dans l'aimant et le champ magnétique inverse externe s'annulent. L'intensité du champ magnétique correspondante à ce point 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 à court terme, la courbe JH sera très droite et Hcb se rapprochera de Br. La limite supérieure de Hcb est Br, où Hcb = Br. Il s'agit de la situation idéale, ce qui signifie qu'aucune inversion de domaine magnétique ne se produit avant que l'intensité du champ magnétique inverse n'atteigne Br. Cela signifie que l'aimant est très stable, ce qui signifie que l'aimant est très résistant à la démagnétisation lorsque l'intensité du champ magnétique inverse est initialement inférieure à Br.
Figure 5
Lorsque le champ magnétique inverse continue d'augmenter, il atteint une valeur critique, provoquant l'émergence rapide de domaines magnétiques inverses, ce qui fait chuter rapidement l'intensité de la polarisation magnétique de l'aimant à zéro. En termes simples, l'intensité du champ magnétique retenu dans l'aimant tombe à zéro, comme illustré à la figure 6. L'intensité du champ magnétique correspondante à ce point est appelée coercivité intrinsèque, Hcj (également notée jHc), avec des unités en Oe ou kA/m. La coercivité intrinsèque est une grandeur physique qui reflète la résistance de l'aimant à la démagnétisation. Plus la coercivité intrinsèque est élevée, plus la résistance à la démagnétisation est élevée, ou plus précisément, plus la résistance à la démagnétisation complète est élevée. Il est important de noter la différence entre Hcj et Hcb. Lorsque Hcj est supérieur à Br, la valeur limite de Hcb est Br. Lorsque Hcj est inférieur à Br, la valeur limite de Hcb est Hcj.
Figure 6
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. Sa valeur représente la quantité d'énergie magnétique contenue dans l'aimant et reflète également la pente initiale de la courbe JH. L'unité est GOe ou j/m³.
Si les quatre paramètres ci-dessus vous semblent encore difficiles à comprendre, vous pouvez simplement comparer un aimant à un verre d'eau. La magnétisation correspond à un échauffement, la rémanence à la chaleur de l'eau après l'arrêt du chauffage, et la démagnétisation à un refroidissement. Hcb est la valeur à laquelle la température ambiante atteint un certain seuil où la chaleur de l'eau est compensée, ce qui entraîne l'absence de chaleur externe. Hcj est la température ambiante nécessaire pour réduire complètement la chaleur de l'eau à zéro. Vous trouverez ci-dessous un schéma simplifié du deuxième quadrant de la boucle d'hystérésis pour vous aider à approfondir les concepts pertinents.
Concernant les paramètres magnétiques ci-dessus, nous devons prêter attention aux points suivants dans les applications pratiques :
1. Pour les aimants nécessitant un champ magnétique puissant, il est généralement nécessaire de maximiser leur rémanence afin de libérer davantage de magnétisme. Cependant, il est important de noter que cela suppose l'absence de démagnétisation. En cas de démagnétisation, une simple augmentation de la rémanence peut s'avérer inefficace. Il est également nécessaire d'augmenter Hcj pour réduire la démagnétisation. Prenons l'exemple le plus simple : pour un aimant disque D10*1, le magnétisme de surface d'un aimant 52H est supérieur à celui d'un aimant N52. En effet, la valeur Hcj plus élevée d'un aimant 52H permet d'utiliser pleinement son Br, tandis que la valeur Hcj plus faible d'un aimant N52 l'empêche de se démagnétiser. Par conséquent, même une valeur Br plus élevée n'exploitera pas pleinement son magnétisme.
2. Pour les aimants nécessitant une forte résistance à la démagnétisation et à la stabilité, nous devons généralement augmenter Hcj et maintenir la valeur Hcb aussi proche que possible de la valeur Br.
3. Pour les aimants nécessitant une bonne résistance à la température, on choisit généralement d'augmenter Hcj. Le coefficient de coercivité thermique des aimants permanents NdFeB ayant le même Hcj étant peu différent, l'effet le plus direct d'une 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 thermique, les exigences relatives à Hcb doivent également être prises en compte. Il faut s'efforcer de réduire au maximum la pente de la ligne BH afin de limiter l'atténuation irréversible de l'aimant.