La stabilité des matériaux magnétiques permanents est un indicateur crucial. Elle désigne principalement l'évolution des propriétés magnétiques d'un aimant sous l'influence de facteurs internes et externes après aimantation, et s'exprime généralement par le taux de variation des indicateurs de performance. Parmi les causes fréquentes de modification des propriétés magnétiques figurent la température, le temps, les champs électromagnétiques, les radiations, les vibrations mécaniques et les chocs. Cet article explore la stabilité temporelle des matériaux magnétiques permanents.
[Image] Le fonctionnement ou l'utilisation prolongée d'un aimant peut entraîner des modifications de ses propriétés physiques et chimiques sous l'effet de facteurs environnementaux (tels que la température, l'humidité et les liquides corrosifs). Après aimantation, la majeure partie de l'aimant permanent est magnétisée dans une direction spécifique, mais certains petits domaines magnétiques présentent des directions d'aimantation désordonnées (appelés noyaux antimagnétiques). Sous l'influence de divers facteurs environnementaux, les noyaux antimagnétiques existants peuvent croître et de nouveaux noyaux antimagnétiques peuvent se former, provoquant une dégradation des propriétés magnétiques de l'aimant permanent. Cette modification est généralement un processus lent et irréversible, se propageant de la surface vers l'intérieur. Elle affecte directement les principaux paramètres de performance de l'aimant, tels que la rémanence, la coercivité intrinsèque, la coercivité ou le produit énergétique maximal, et peut même conduire à une défaillance complète de l'aimant. Cette perte de propriétés magnétiques est irréversible ; même si l'aimant est remagnétisé, il ne peut retrouver son niveau initial après un stockage prolongé. Ces dernières années, avec l'utilisation généralisée des matériaux magnétiques permanents NdFeB dans des domaines exigeant une longue durée de vie, tels que l'aérospatiale, les véhicules électriques et la production d'énergie éolienne de forte puissance, les concepteurs d'applications ont accordé une importance croissante à la stabilité temporelle des aimants permanents NdFeB.Stabilité à long terme à température ambiante : Une étude menée en 2013 par des chercheurs finlandais a démontré que des aimants NdFeB frittés (HcJ = 15,6 kOe) placés à température ambiante pendant un an (10 000 heures) ne présentaient aucune perte d’aimantation perceptible, et ce, pour des échantillons présentant différentes valeurs de perméabilité magnétique (Pc = -0,33, -1,1, -3,3). L’Institut de recherche Sanhuan a également réalisé une étude similaire, s’étalant sur plus de 12 ans (4 441 jours). La coercivité intrinsèque de l’aimant NdFeB fritté utilisé dans cette expérience était de HcJ = 18 kOe. L’échantillon était un cube non revêtu de 10,2 mm d’arête et de perméabilité magnétique Pc = -2. Huit échantillons ont été exposés directement à l’air ambiant du laboratoire à une température comprise entre 22 °C et 28 °C. Les observations et les mesures ont été effectuées une fois par an pendant 12 ans.
Les données ci-dessus montrent que la perte de flux relative mesurée au cours des six premières années était relativement faible, avec un point d'inflexion autour de 2208 jours (environ 6 ans). Visuellement, des points de rouille sont visibles à la surface de l'aimant en feuille noire après six ans, indiquant que l'oxydation et la corrosion ont commencé à la fois en surface et à l'intérieur de l'aimant. Avec le temps, la zone d'oxydation ou de corrosion s'étendra continuellement et le taux de dégradation des performances s'accélérera considérablement. De plus, cette expérience extrapole la perte de flux des 4441 jours actuellement mesurés (12 ans et 2 mois) à une période de 30 à 50 ans. La perte de flux estimée sur 30 ans est inférieure à 1%, et sur 50 ans, elle est d'environ 1,3%. Une perte de 2% correspond à environ 150 ans. (Points vides sur l'image ci-dessus)
Ce résultat indique que si la durée de vie d'un aimant est définie comme le temps correspondant à un taux de perte de flux 5%, même sans revêtement anticorrosion sur la surface, les aimants NdFeB frittés mesurés jusqu'à présent ont encore une très longue durée de vie, estimée de manière prudente à 30-50 ans.
Généralement, les pertes de flux importantes proviennent de l'oxydation ou de la corrosion de la surface de l'aimant, entraînant des pertes irréversibles. Parmi les différents matériaux d'aimants permanents à base de terres rares, le NdFeB fritté présente les pertes les plus importantes. Cependant, grâce à l'optimisation de sa composition et à des traitements de protection de surface, la résistance à l'oxydation et à la corrosion des aimants NdFeB frittés a été considérablement améliorée. Par conséquent, avec une protection de surface adéquate, la durée de vie des aimants NdFeB frittés présentant un HcJ suffisamment élevé peut facilement dépasser 30 à 50 ans (à condition de ne pas dépasser la température de fonctionnement).
Stabilité à long terme à haute température : La figure suivante montre l'évolution de la perte de flux relative au fil du temps pour des aimants avec différentes valeurs de Pc et HcJ=20,1 kOe à 80℃, 120℃ et 150℃.
Il ressort clairement du graphique ci-dessus que, pour une même valeur de Pc, plus la température de stockage de l'aimant est élevée, plus la perte de flux relative diminue rapidement. Les aimants présentant des valeurs absolues de Pc plus faibles subissent des pertes de magnétisation initiales et à long terme nettement supérieures à celles des aimants avec des valeurs de Pc plus élevées, et ces deux types de pertes augmentent considérablement avec la température. Étant donné que les contraintes techniques et économiques empêchent toute augmentation supplémentaire de HcJ, l'augmentation de la valeur absolue de Pc permet de limiter efficacement la perte de magnétisation.
L'évolution temporelle de la perte d'aimantation relative et de la perte d'aimantation à haute température pour des aimants présentant différentes valeurs de HcJ et Pc à différentes températures montre que HcJ a un impact significatif sur la perte d'aimantation à haute température ; une valeur de HcJ plus élevée entraîne une perte d'aimantation plus faible, et la stabilité à haute température exige des aimants une valeur de HcJ élevée. Parallèlement, la perméabilité Pc détermine également la perte d'aimantation à haute température à long terme de l'aimant.