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Guide de sélection des matériaux pour aimants permanents

2023-12-06 15:40:37

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Matériaux à aimant permanent sont des matériaux magnétiques capables de générer en permanence un champ magnétique. Les matériaux magnétiques permanents courants comprennent les aimants néodyme-fer-bore, les alliages magnétiques durs au cobalt, la ferrite, les aimants AlNiCo et les matériaux graphite fer-argent. Les matériaux magnétiques permanents ne nécessitent pas d’apport d’énergie externe lors du travail. Ils présentent de nombreux avantages tels que l’économie d’énergie et la commodité. En particulier, les matériaux magnétiques permanents de terres rares sont caractérisés à la fois par une coercivité élevée et un produit à énergie magnétique élevée, et des tailles d'aimants plus petites et plus fines peuvent être utilisées pour former le circuit magnétique du dispositif afin de réaliser la fonction du produit. Il favorise grandement la miniaturisation et la légèreté des dispositifs à aimant permanent.

Les matériaux utilisés pour créer des aimants permanents fonctionnent dans le segment de démagnétisation du deuxième quadrant de la boucle d'hystérésis, après une saturation magnétique et une magnétisation étendues. Ce sont des matériaux magnétiques fondamentaux cruciaux avec un vaste champ d’applications. En tant que composants essentiels dans les domaines de haute technologie, les matériaux magnétiques permanents ont été largement utilisés dans divers secteurs, notamment l'aérospatiale, la défense nationale, l'industrie militaire, les communications électroniques, les transports, l'énergie industrielle et l'électronique grand public, entre autres.

Selon le principe de fonctionnement, les applications des aimants permanents peuvent être divisées en cinq catégories :

1.Conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique

Principe : L'effet des champs magnétiques sur les conducteurs porteurs de courant

Loi physique : loi d'Ampère

Application typique : haut-parleurs, moteurs, écouteurs, instruments de mesure

2.Conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique

Principe : Le mouvement d'un conducteur par rapport à un champ magnétique produit une force électromotrice induite

Loi physique : loi de Faraday

Application typique : générateurs, microphones, capteurs

3.Conversion entre énergies mécaniques

Principe : Interaction entre les pôles d'un aimant permanent et entre un aimant permanent et une substance ferromagnétique

Loi physique : loi de Coulomb

Application typique : Aimants pour adsorption, séparateurs magnétiques, filtres magnétiques, couplages magnétiques, ventouses magnétiques permanentes

4. Divers effets magnétiques

Principe : Interactions entre les champs magnétiques et la lumière, l'électricité et la chaleur

Loi physique : aucune

Application typique : résonances magnétiques nucléaires, oscillateurs, isolateurs optiques

5.Autres applications

Principe : L'effet des champs magnétiques sur les particules chargées  

Loi physique : loi de Lorentz

Application typique : magnétrons, pédales d'accélérateur de particules, spectromètres magnétiques, pulvérisation magnétron, interrupteurs électriques

Les matériaux à aimants permanents sont largement utilisés. Au début du développement technique, le choix du bon matériau pour aimant permanent est une question que chaque ingénieur doit prendre en compte. Chaque matériau à aimant permanent possède ses propres caractéristiques uniques. Ainsi, lors de la sélection d'un aimant permanent, vous devez prendre en compte un certain nombre de facteurs tels que l'intensité du champ magnétique requis, la résistance à la température, le coût et le processus de fabrication. Nous recommandons aux ingénieurs de suivre les étapes décrites ci-dessous :

1. Détermination des exigences en matière d'intensité du champ magnétique

Les aimants permanents sont principalement utilisés pour fournir des champs magnétiques passifs en tant que composant fonctionnel (plutôt qu'un élément cosmétique ou structurel) dans l'ensemble d'un système ou d'un dispositif. L’intensité du champ magnétique est un indicateur clé des performances de l’aimant et un élément central de la conception technique. Comment maximiser l’utilisation de l’intensité du champ magnétique des aimants permanents est également l’objectif fondamental de la conception des aimants des dispositifs à aimants permanents. Les ingénieurs peuvent déterminer l’intensité du champ magnétique cible grâce à des calculs et l’utiliser comme base pour la sélection ultérieure des matériaux.

2.Sélection de matériaux magnétiques appropriés

Actuellement, les matériaux magnétiques permanents couramment utilisés dans le domaine de l'ingénierie comprennent le NdFeB fritté, le SmCo fritté, l'AlNiCo fritté ou coulé, la ferrite frittée, les aimants liés et moulés par injection ainsi qu'un petit nombre de nouveaux matériaux, tels que l'azote samarium-fer, etc. Différents matériaux magnétiques permanents ont leurs propres propriétés magnétiques et caractéristiques matérielles. Différents matériaux à aimants permanents ont leurs propres propriétés magnétiques et caractéristiques matérielles.

3. Détermination de la taille des aimants

La taille et la forme des aimants permanents sélectionnés dépendent des exigences spécifiques de l'application réelle. Pour obtenir une certaine intensité de champ magnétique, différentes quantités de matériaux magnétiques permanents sont utilisées et différentes quantités sont nécessaires. La taille et la forme requises du produit sont déterminées par des calculs et des tests, en tenant compte de facteurs tels que les contraintes d'espace et la direction du champ magnétique.

4. Évaluation de l'aptitude au traitement des aimants

Actuellement, il existe trois processus de production principaux pour les matériaux magnétiques permanents conventionnels : le frittage, la coulée et le moulage. Les matériaux à aimants permanents frittés et coulés sont connus pour être rigides et cassants, avec une ténacité et une usinabilité limitées. En règle générale, ces matériaux sont d'abord transformés en ébauches, puis soumis à des techniques de coupe, de tranchage et de meulage au fil pour un traitement ultérieur. Cependant, ils ne peuvent pas subir de méthodes de traitement matérielles régulières telles que le tournage, le fraisage et le rabotage. La plupart des produits conventionnels fabriqués à partir de ces matériaux ont des formes simples telles que des feuilles, des anneaux et des carreaux. Si des formes complexes ou une haute précision sont requises, des processus spéciaux sont nécessaires, ce qui peut augmenter considérablement les coûts de traitement. Il est donc crucial de prendre en compte ces facteurs de transformation lors de la phase initiale de conception du produit.

5.Attention aux facteurs liés à l'environnement de travail

L'environnement dans lequel fonctionne un aimant permanent a un impact significatif sur ses performances et sa durée de vie. La température, l'humidité et l'exposition à des matériaux corrosifs peuvent affecter négativement l'aimant. Il faut donc s'assurer que les matériaux magnétiques sélectionnés sont adaptés à l'environnement réel d'application. Le NdFeB et la ferrite ont une plage de températures de fonctionnement étroite, tandis que le samarium cobalt et l'AlNiCo ont une plage de températures de fonctionnement plus large.

6. Compromis en matière de coût des matériaux

Le coût des différents types de matériaux à aimants permanents varie considérablement. Par conséquent, une attention particulière doit être accordée à la sélection afin de garantir que le coût du projet est contrôlé tout en répondant aux exigences de performance. En prenant comme exemple les produits ronds de Φ10x10 mm, le samarium-cobalt fritté est le plus cher et la ferrite frittée est la moins chère.

7.Attention aux autres exigences particulières

Certains scénarios d'application peuvent avoir des exigences spécifiques pour les aimants, telles qu'une coercivité élevée, une rémanence élevée ou un faible coefficient de température. Dans de tels cas, il est recommandé de nous contacter pour discuter et évaluer les exigences particulières spécifiques.

Sur la base des facteurs ci-dessus, les performances et les caractéristiques des matériaux à aimants permanents courants sont résumées comme suit :

 

Matériau à aimant permanent NdFeB

Les aimants permanents en néodyme-fer-bore (NdFeB) sont des matériaux magnétiques permanents haute performance introduits en 1983.

Avantages : 1. Propriétés magnétiques supérieures à celles des aimants permanents en cobalt de terres rares, induction magnétique résiduelle, coercitivité de l'induction magnétique, produit d'énergie magnétique maximale très élevé, est actuellement la meilleure performance magnétique des aimants permanents ; 2. rentable, car le néodyme dans la teneur en terres rares du samarium est plus d'une douzaine de fois, le prix du fer et du bore est également très bon marché et, en même temps, ne contient pas le cobalt, un matériau stratégique. C’est la raison pour laquelle le NdFeB a été largement utilisé et popularisé rapidement.

Inconvénients : 1. faible température de Curie, coefficient de température élevé, donc la perte magnétique est plus importante lorsqu'elle est utilisée à haute température et la stabilité thermique des propriétés magnétiques est mauvaise ; 2. En raison de la grande quantité de fer et de néodyme, il est facile de rouiller et de se corroder.

Samarium Aimant Cobalt

L'aimant samarium-cobalt est une sorte de matériau magnétique composé de samarium, de cobalt et d'autres matériaux métalliques de terres rares par dosage, fusion et raffinage en alliage, après concassage, pressage et frittage. Il a un produit à énergie magnétique élevée et un très faible coefficient de température. La température de fonctionnement maximale peut atteindre 350 degrés Celsius et la température négative n'est pas limitée. Dans la température de fonctionnement est supérieure à 180 degrés Celsius, son produit d'énergie magnétique maximal, sa stabilité de température et sa stabilité chimique sont supérieurs à ceux du matériau magnétique permanent néodyme fer bore. Les aimants en samarium-cobalt ont une forte résistance à la corrosion et à l'oxydation. Ils sont largement utilisés dans l'aérospatiale, l'industrie de la défense nationale, les appareils à micro-ondes, la communication, les équipements médicaux, les instruments, les compteurs, toutes sortes de dispositifs de transmission magnétique, les capteurs, les processeurs magnétiques, les moteurs, les grues magnétiques, etc.

Aimants AlNiCo

Caractéristiques des aimants AlNiCo : Il s’agit d’un alliage composé d’aluminium, de nickel, de cobalt, de fer et d’autres éléments traces métalliques. Le processus de moulage peut être transformé en différentes tailles et formes avec une bonne capacité de travail. Les aimants permanents coulés en AlNiCo ont le coefficient de température réversible le plus bas, la température de fonctionnement peut atteindre 600 degrés Celsius ou plus. Ils sont principalement utilisés dans les pièces automobiles, l’instrumentation, l’électroacoustique, les moteurs, l’enseignement, l’aérospatiale, l’armée et d’autres domaines. Ils sont célèbres pour leur faible coefficient de température, leur résistance aux températures élevées, leur résistance à l'humidité, leur résistance à l'oxydation et leur bonne stabilité de fonctionnement.

Aimant ferrite

La ferrite est fabriquée selon la méthode du procédé céramique. Il a une texture dure et constitue un matériau cassant. Les aimants en ferrite sont devenus les aimants permanents les plus utilisés en raison de leur bonne résistance à la température, de leur faible prix et de leurs performances modérées. Les aimants en ferrite ont des propriétés magnétiques élevées, une bonne stabilité dans le temps et un faible coefficient de température. Les aimants en ferrite sont largement utilisés dans les compteurs électriques, les instruments, les moteurs, les commandes automatiques, les appareils à micro-ondes, les radars et les appareils médicaux.

Lors du choix des matériaux pour aimants permanents, il est important de prendre en compte les facteurs mentionnés ci-dessus et de sélectionner le matériau approprié en fonction du exigences du projet. Si vous avez des questions pendant la phase d'évaluation, n'hésitez pas à nous contacter. Nous sommes prêts à offrir des conseils d’experts et une assistance complète pour répondre à vos besoins.

 

 

 

 

 

 

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