Ndfeb Bloc aimant en ferrite

Résumé
Nous examinons les caractéristiques magnétiques des poudres isotropes de NdFeB utilisées pour fabriquer des aimants collés. Les propriétés de deux poudres récemment créées, MQP-13-9 et MQP-S-9-8, ont été comparées à celles de poudres déjà existantes. Les poudres sphériques pour le moulage par injection présentent plusieurs avantages, qui ont été soulignés. Les nanocomposites NdFeB et les objectifs de développement de l'application 180°C ont également été mentionnés.

Introduction
Depuis de nombreuses années, les aimants permanents sont largement utilisés dans diverses applications pour transformer l'énergie électrique en énergie mécanique ou inversement [1], [2]. La rémanence (Br), la coercivité intrinsèque (Hci) et le produit d'énergie maximal (BH)max sont trois caractéristiques cruciales qui définissent les performances des aimants permanents. Les aimants ayant un (BH)max plus élevé ont souvent besoin de moins de volume pour effectuer certaines tâches.

Par conséquent, les ingénieurs concepteurs de circuits magnétiques devraient utiliser des aimants à haute (BH)max pour miniaturiser leurs circuits.

Depuis les premiers rapports sur les aimants à haute énergie basés sur le Nd2Fe14B à la fin de 1983 [3], [4], de nombreuses recherches ont été menées pour améliorer les caractéristiques inhérentes au matériau et créer des méthodes de production. Les aimants métalliques et les aimants liés sont les deux grands groupes dans lesquels les aimants de type NdFeB peuvent être généralement divisés. L'aimant métallique peut être fabriqué à l'aide de techniques de déformation à chaud ou des méthodes traditionnelles de coulée d'alliage et de métallurgie des poudres [5]. Les matériaux formés par solidification rapide sont généralement utilisés comme matériaux précurseurs pour le pressage à chaud et/ou le refoulement (nanocristallin). Les aimants liés, par opposition aux aimants métalliques, ont besoin d'un liant pour "coller" les granulés magnétiques ensemble.

Pour les aimants liés, une étape de moulage est généralement nécessaire [6], [7]. La plupart des aimants liés au NdFeB utilisent actuellement la solidification rapide pour créer des poudres.

Depuis plus de 15 ans, des aimants permanents sont créés à partir de matériaux NdFeB qui se solidifient rapidement [3]. La phase primaire de ce matériau est une combinaison intermétallique appelée Nd2Fe14B. Traditionnellement, la filature à l'état fondu est utilisée pour créer des alliages dont la composition nominale est proche du Nd2Fe14B stœchiométrique. Les rubans ou les paillettes obtenus sont ensuite broyés en particules d'une taille inférieure à 40 mesh. La microstructure et les caractéristiques magnétiques nécessaires sont ensuite développées par un traitement thermique soigneusement régulé. Les poudres produites sont souvent magnétiquement isotropes en raison de la taille minuscule des cristaux.

Les poudres sont combinées à des polymères thermodurcissables ou thermoplastiques pour le moulage par compression ou le moulage par injection, respectivement, afin de créer des aimants liés. Le moulage par compression et le moulage par injection peuvent tous deux créer des aimants dont la forme est proche de celle d'un filet si l'outil est bien conçu. Récemment, des aimants NdFeB ont également été fabriqués par extrusion ou calandrage pour répondre à certains segments d'application.

Pour produire des aimants (BH)max élevés pour les aimants collés, les propriétés magnétiques de la poudre, le facteur de charge et les qualités de moulage sont cruciaux. En général, des poudres à haut (BH)max sont nécessaires pour produire des aimants à haut (BH)max. Pour obtenir des aimants (BH)max élevés, il faut charger fortement la poudre de NdFeB tout en permettant le moulage.

Dans tous les cas, il est nécessaire de mouler les aimants à l'aide d'une machine accessible dans le commerce afin d'obtenir les formes nécessaires avec les qualités magnétiques et mécaniques adéquates. La magnétisabilité d'un aimant est une considération cruciale lorsqu'il s'agit d'évaluer son adéquation à une application donnée.

Pour les applications susceptibles d'être soumises à des températures élevées, la perte par vieillissement du flux et la stabilité thermique des aimants sont cruciales en plus du (BH)max. Comme il existe de nombreux types de poudres magnétiques et de polymères qui peuvent être utilisés pour mouler des aimants collés, il est essentiel de déterminer leurs propriétés thermiques afin de produire des aimants collés de haute qualité (BH)max avec les propriétés appropriées.

Dans cette étude, les performances des poudres de NdFeB fabriquées à l'aide de la méthode de solidification rapide seront comparées aux propriétés de base des polymères fréquemment utilisés dans les aimants collés.

La figure 1 présente les valeurs typiques de Br et Hci de nombreux aimants permanents disponibles dans le commerce, y compris les aimants métalliques et les aimants liés. Comme on peut le constater, chaque famille de matériaux présente une certaine gamme de Br et de Hci. Les ferrites dont le Br est compris entre 130 et 420 mT et le Hci entre 175 et 320 kA/m se trouvent souvent dans le coin inférieur gauche du graphique, tandis que les aimants métalliques NdFeB dont le Br est compris entre 1100 et 1400 mT et le Hci jusqu'à 2600 kA/m se trouvent dans le coin supérieur droit.

Le vide entre les coins de deux types d'aimants différents est comblé par des aimants NdFeB collés dont le Br se situe entre 400 et 800 mT et le Hci entre 600 et 1400 kA/m. Par coïncidence, les prix de ces aimants permanents vont des ferrites bon marché aux aimants NdFeB complètement denses coûteux, les prix des aimants NdFeB liés se situant à nouveau entre les ferrites et les aimants métalliques à base de terres rares. Les caractéristiques du coefficient de température, de la magnétisabilité, de la conductivité électrique et de l'usinabilité doivent être prises en compte en plus des valeurs Br et Hci. Les caractéristiques de base des aimants permanents fréquemment utilisés sont rassemblées dans le tableau 1.

Le tableau 2 présente des quantités commerciales de poudres isotropes à solidification rapide, faciles à obtenir, avec un Br de 800-920 mT, un Hci de 320-1360 kA/m et un (BH)max de 80-130 kJ/m3 à température ambiante. Le type de poudre influe également sur la température de Curie (Tc), le coefficient d'induction de la température ou la température maximale d'utilisation. Pour le moulage, ces poudres peuvent être utilisées avec différents liants polymères ayant différents facteurs de charge. Le tableau 3 compare les différentes techniques de moulage, les caractéristiques qui les accompagnent et les valeurs habituelles de Br et (BH)max qu'elles représentent. La fraction volumétrique maximale de particules magnétiques peut souvent être obtenue en utilisant une technique de moulage par compression en conjonction avec un liant époxy.

Le moulage par compression permet de produire facilement des aimants dont les valeurs de Br se situent entre 620 et 720 mT et les valeurs de (BH)max entre 48 et 85 kJ/m3. Le facteur de charge pour le moulage par injection peut varier de 50 à environ 75 vol% en fonction du type de polymères utilisés, à savoir les polyamides (nylon) ou le sulfure de polyphénylène (PPS). Typiquement, en utilisant un processus de moulage par injection, des aimants avec des valeurs Br de 480-600 mT et des valeurs (BH)max de 40-55 kJ/m3 peuvent être produits. Ces aimants peuvent être fabriqués dans une plus large gamme de tailles et pour une plus large gamme d'utilisations [10]. Par rapport aux aimants moulés par compression, les valeurs Br et (BH)max des aimants moulés par injection ont tendance à être plus faibles en raison du pourcentage volumique plus élevé des polymères utilisés dans le processus.

Malgré les valeurs inférieures de Br et (BH)max, la technologie du moulage par injection est particulièrement attrayante et adaptable en raison de sa capacité à créer des aimants et des composants peu coûteux.
Les aimants NdFeB mécaniquement flexibles peuvent également être fabriqués pour des utilisations particulières par extrusion ou calandrage. Presque toutes les formes souhaitables peuvent être créées avec des aimants flexibles, en fonction de l'objectif visé. Le Br et le (BH)max des aimants produits par calandrage sont généralement inférieurs à ceux créés par compression, injection ou extrusion en raison des faibles facteurs de charge. Les ingénieurs d'application doivent souvent tenir compte des valeurs de Br, (BH)max et Hci et de leurs caractéristiques de température, ainsi que de la procédure de moulage, avant de pouvoir sélectionner l'aimant idéal en fonction des températures de fonctionnement nécessaires pour une application donnée.

Les aimants NdFeB liés ont plusieurs utilisations. Les aimants NdFeB liés ont un énorme potentiel de croissance en raison du développement d'importantes économies émergentes, de l'expansion de l'industrie des ordinateurs personnels et des technologies connexes, ainsi que des réglementations gouvernementales encourageant l'efficacité des appareils ménagers et des véhicules. Afin de répondre à la demande de nouvelles qualités de poudres et de techniques de production, les fabricants de poudres et d'aimants doivent continuellement améliorer leurs produits.

fragments de sections
dernier progrès
Magnequench s'efforce d'accroître l'efficacité de son traitement afin de réduire le prix de vente de la poudre MQP-B la plus populaire et de permettre aux aimants NdFeB d'être utilisés dans de nouvelles applications. Selon nos estimations, ce programme de réduction des prix fera du NdFeB lié une alternative viable à la ferrite céramique ou aux aimants hybrides liés en termes de coût et de flux pour une variété de nouvelles applications. Magnequench a également lancé une nouvelle qualité de poudre, MQP-13-9, pour répondre à la demande de poudre moins chère.

Conclusions
La fonctionnalité de la poudre isotrope de NdFeB vendue dans le commerce a été décrite. En outre, les qualités fondamentales des aimants produits à l'aide de techniques de moulage industrielles ont été abordées. Les valeurs Br et (BH)max des aimants NdFeB collés dépendent principalement du facteur de charge du type de liant et de la méthode de moulage. Les performances des poudres de NdFeB bon marché MQP-13-9 et MQP-S-9-8 de forme sphérique ont été comparées à celles de la poudre MQP-B la plus largement utilisée. Les avantages