Aimants liés Les aimants collés sont des composites composés de poudres magnétiques, de liants et d'additifs appropriés. Les propriétés magnétiques des aimants collés sont principalement déterminées par la valeur moyenne des performances de chaque poudre magnétique avec une interaction négligeable. Certaines études ont tenté d'utiliser des métaux ou des alliages à bas point de fusion comme adhésifs. Cependant, les adhésifs utilisés dans les aimants collés produits en série sont tous des matériaux polymères.
La différence entre les aimants liés et les aimants frittés
Contrairement aux aimants frittés, les particules de poudre des aimants liés doivent présenter une coercivité suffisamment élevée. Si la composition de phase et la microstructure nécessaires à une coercivité élevée sont gravement endommagées lors du poudrage, celle-ci ne peut être rétablie. Pour les aimants liés, la coercivité est fortement réduite en raison de la dégradation de la phase intergranulaire et de l'oxydation des particules.
Une autre différence majeure entre les aimants liés et les aimants frittés réside dans la réduction considérable de leurs propriétés magnétiques. On sait que le produit énergétique magnétique maximal d'un aimant est proportionnel au carré de sa rémanence, et que la rémanence est liée à la densité de flux magnétique à saturation, à l'orientation et au volume de la poudre magnétique dans l'aimant. Le taux de remplissage est proportionnel. L'adhésif et les additifs occupent un volume considérable (proche de 20%) dans l'aimant lié, et de nombreux aimants liés ne sont pas orientés. Même pour les aimants orientés, le degré d'orientation est difficile à obtenir. L'aimant fritté est au même niveau, de sorte que les performances de l'aimant lié à volume égal sont bien inférieures à celles de l'aimant fritté.
Avantages des aimants collés
Les aimants liés occupent une place importante dans le domaine des aimants permanents à base de terres rares, offrant des performances constantes, une taille précise, une forme complexe, une grande capacité d'utilisation des matériaux et une intégration aisée avec des pièces en métal ou en plastique. La variété la plus répandue est l'aimant lié isotrope, fabriqué à partir de poudre magnétique NdFeB à trempe rapide.
Le processus de préparation et les avantages et inconvénients des aimants collés
Selon les caractéristiques de mise en œuvre des matériaux polymères, le formage des aimants liés peut être divisé en quatre types : compression, injection, extrusion et calandrage. La figure suivante présente un schéma des quatre procédés de formage.
Poudre d'aimant permanent à base de terres rares à extinction rapide isotrope
La méthode de préparation de la poudre magnétique de NdFeB lié est totalement différente de celle du NdFeB fritté, car le lingot d'alliage ou le corps fritté de NdFeB fritté ne présente pas de coercivité pratique après broyage à la granulométrie requise pour les aimants liés. La méthode de préparation pour la production en série est inerte. En milieu gazeux, l'alliage fondu se condense en une structure microcristalline, voire amorphe, à une vitesse de refroidissement de 105~106℃/s, puis subit un traitement thermique de cristallisation pour faire croître les grains cristallins jusqu'à des dizaines ou des centaines de nanomètres, ce qui est inférieur à la taille critique du domaine unique Nd2Fe14B. Une coercivité intrinsèque élevée est obtenue dans les grains submicroniques.
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En général, il est difficile de broyer la poudre magnétique en particules monocristallines aussi fines, et la technologie de croissance directionnelle de grains submicroniques par trempe rapide n'est pas encore au point. Par conséquent, la méthode de trempe rapide par filage à chaud est utilisée pour la fabrication de poudres polycristallines. L'axe de magnétisation de chaque grain cristallin n'est pas fortement aligné, la poudre magnétique étant isotrope. Une vitesse de refroidissement aussi élevée est obtenue en versant ou en pulvérisant l'alliage liquide chaud en fusion sur une roue en cuivre rotative refroidie à l'eau, à une vitesse linéaire de 16 à 30 m/s. L'alliage liquide est projeté tangentiellement sous l'accélération de la roue en cuivre. Il est condensé en un mince ruban d'environ 100 μm d'épaisseur. La vitesse de refroidissement détermine précisément la granulométrie du ruban d'alliage, affectant ainsi la forme de la courbe de démagnétisation de la poudre magnétique et la coercivité intrinsèque.
La vitesse de refroidissement dépendant de nombreux facteurs tels que la température du liquide d'alliage, le débit, la vitesse et la température de la roue de cuivre et l'atmosphère d'argon, il est difficile de la contrôler et de l'optimiser simultanément. Si la structure métallographique nanocristalline trempée optimale est utilisée comme objectif de production en série, il est très facile d'obtenir une distribution granulométrique trop large, ainsi qu'une distribution de force coercitive intrinsèque des grains correspondante, ce qui entraîne une mauvaise perpendicularité de la courbe de démagnétisation de la poudre magnétique. Par conséquent, en production réelle, la poudre magnétique est généralement rapidement condensée jusqu'à un état partiellement amorphe à une vitesse de la roue supérieure à la vitesse linéaire optimale, puis cristallisée à 630 °C pour ajuster l'état cristallin à une taille de grain cristallin moyenne de 40 nm. Afin d'obtenir des caractéristiques d'aimant permanent stables et performantes, l'American Magquesque Corporation, leader sur le marché du Nd-Fe-B à trempe isotrope rapide, adopte cette technique de production.
Poudre d'aimant permanent anisotrope à extinction rapide de terres rares préparée par le procédé HDDR
Le procédé HDDR est un moyen technique très efficace pour produire de la poudre magnétique NdFeB anisotrope. Il comprend quatre étapes : Hydrogénation-Dismutation-Désorption-Recombinaison (HDDR). Ce procédé repose sur l'absorption d'hydrogène par le composé intermétallique de terres rares et sa décomposition disproportionnée. Lors de la déshydrogénation forcée qui s'ensuit, le produit de dismutation se transforme en phase initiale à grains fins, ce qui permet d'affiner les grains du matériau et d'obtenir une structure cristalline de pointe dans la direction de l'axe C de la phase principale, préparant ainsi une poudre magnétique dotée d'excellentes propriétés magnétiques et d'une anisotropie magnétique.
Aichi Steel utilise un processus HDDR dynamique (d-HDDR) qui contrôle raisonnablement les changements de température et de pression d'hydrogène au fil du temps pour réaliser plus facilement la texture anisotrope de la poudre magnétique et atteindre le statut de production industrialisée et stable, réduisant ainsi le HDDR. La poudre magnétique anisotrope NdFeB a été introduite sur le marché.