La stabilité des performances des matériaux magnétiques permanents est un indicateur important de leur efficacité. La stabilité désigne principalement le processus de modification des propriétés magnétiques sous l'influence de facteurs internes et externes après magnétisation, et est généralement exprimée par le taux de variation des indicateurs de performance. Les causes courantes de ces variations sont la température, le temps, les champs électromagnétiques, les rayonnements, les vibrations et les chocs mécaniques, etc. Découvrons la stabilité temporelle des matériaux magnétiques permanents.
Lorsqu'un aimant fonctionne ou est placé pendant une longue période, l'environnement (température, humidité, liquide corrosif, etc.) peut modifier ses propriétés physiques et chimiques. Après magnétisation de l'aimant permanent, la majeure partie de la zone est magnétisée dans une direction spécifique, mais il subsiste quelques petits domaines magnétiques dont la direction d'aimantation est chaotique (appelés noyau à magnétisation inverse). Sous l'influence de divers facteurs environnementaux, le noyau à magnétisation inverse initial croît et un nouveau noyau à magnétisation inverse est généré, ce qui entraîne une dégradation des propriétés magnétiques de l'aimant permanent. Cette modification est généralement lente et irréversible, de l'extérieur vers l'intérieur, et affecte directement les principaux paramètres de performance de l'aimant, tels que la rémanence, la coercivité intrinsèque, la coercivité ou le produit d'énergie magnétique maximal, pouvant même entraîner sa défaillance complète. Cette perte de propriétés magnétiques est irréversible. Même remagnétisé, l'aimant ne peut retrouver son niveau d'avant son placement prolongé. Ces dernières années, avec l'application généralisée des matériaux magnétiques permanents NdFeB dans l'aérospatiale, les véhicules électriques, la production d'énergie éolienne de haute puissance et d'autres domaines nécessitant une longue durée de vie, les concepteurs d'applications ont accordé de plus en plus d'attention à la stabilité temporelle des aimants permanents NdFeB.
Stabilité à long terme à température ambiante.
Une étude publiée par des chercheurs finlandais en 2013 a montré que le fritté Aimants NdFeB (HcJ=15,6kOe) placé à température ambiante pendant 1 an (10 000 heures) n'a montré aucune perte de magnétisation perceptible pour les échantillons avec différentes valeurs de Pc (Pc=-0,33, -1,1, -3,3). L'Institut de recherche Sanhuan a également mené une étude de mesure similaire, qui a duré plus de 12 ans (4441 jours). La force coercitive intrinsèque des aimants NdFeB frittés utilisés dans l'expérience était HcJ=18kOe. Les échantillons étaient des cubes non revêtus d'une longueur de côté de 10,2 mm et le coefficient de perméabilité magnétique était Pc=-2. Il y avait 8 échantillons, qui ont été directement exposés à l'environnement atmosphérique du laboratoire à une température comprise entre 22℃ et 28℃. 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 6 premières années est globalement faible, et qu'un point d'inflexion apparaît vers 2 208 jours (environ 6 ans). Des taches de rouille sont visibles à la surface de l'aimant en feuille noire après 6 ans de mise en place, ce qui indique que la surface et l'intérieur de l'aimant ont commencé à s'oxyder et à se corroder. Avec le temps, l'étendue de l'oxydation ou de la corrosion continuera de s'étendre, et la dégradation des performances s'accélérera également significativement. De plus, l'expérience extrapole la perte de flux des 4 441 jours (12 ans et 2 mois) actuellement mesurés à 30-50 ans. La perte de flux devrait être inférieure à 1% en 30 ans, d'environ 1,3% en 50 ans, et 2% correspond à environ 150 ans. (Points creux sur la figure ci-dessus)
Ce résultat montre que si la durée de vie de l'aimant est définie comme le temps correspondant au taux de perte de flux égal à 5%, même si l'aimant est en surface sans revêtement résistant à la corrosion, l'aimant NdFeB fritté actuellement mesuré a toujours une très longue durée de vie, estimée de manière prudente à 30-50 ans.
Généralement, la perte de flux magnétique la plus importante provient de l'oxydation ou de la corrosion de la surface de l'aimant, une perte irréversible. Parmi tous les matériaux d'aimants permanents à base de terres rares, le NdFeB fritté présente la perte la plus importante. Cependant, après optimisation de la composition et traitement de protection de surface, la résistance à l'oxydation et à la corrosion des aimants en NdFeB fritté a été considérablement améliorée. Par conséquent, si la surface de l'aimant est bien protégée, la durée de vie du NdFeB fritté présentant une HcJ suffisamment élevée peut dépasser 30 à 50 ans (à condition de ne pas dépasser la température d'utilisation).
Stabilité à long terme à haute température.
La figure ci-dessous montre l'évolution de la perte de flux relative au fil du temps pour des aimants avec différentes valeurs Pc et HcJ = 20,1 kOe à 80℃, 120℃ et 150℃.
Il est facile de constater, d'après la figure ci-dessus, qu'à valeur Pc identique, plus la température de stockage de l'aimant est élevée, plus la perte de flux magnétique relative diminue rapidement. La perte de magnétisation initiale et à long terme de l'aimant dont la valeur absolue de Pc est faible est significativement supérieure à celle de l'aimant dont la valeur est élevée, et ces deux types de pertes augmentent significativement avec la température. Lorsque HcJ ne peut être augmenté davantage pour des raisons techniques et financières, l'augmentation de la valeur absolue de Pc peut efficacement réduire la perte de magnétisation.
La relation temporelle entre la perte d'aimantation relative d'aimants présentant des valeurs HcJ et Pc différentes à différentes températures montre que HcJ a une influence importante sur la perte d'aimantation à haute température. Plus HcJ est élevé, plus la perte d'aimantation est faible. La stabilité à haute température exige que l'aimant ait une valeur HcJ plus élevée. Parallèlement, le coefficient de perméabilité Pc peut également déterminer la perte d'aimantation à haute température et à long terme de l'aimant.