Petits aimants en néodyme
La stabilité des performances des matériaux magnétiques permanents est un indicateur important de ces matériaux. La stabilité se réfère principalement au processus de changement des propriétés magnétiques sous l'influence de facteurs internes et externes après l'aimantation, et est généralement exprimée par le taux de changement des indicateurs de performance des petits aimants au néodyme. Les causes courantes de modification des propriétés magnétiques sont la température, le temps, le champ électromagnétique, le rayonnement, les vibrations mécaniques et les chocs, etc.
Dans le dernier numéro de Comprendre le magnétisme, nous avons présenté la stabilité en température des matériaux magnétiques permanents (coefficient de température du magnétisme rémanent, coefficient de température de la force coercitive, coefficient de température réversible, cliquez pour en savoir plus). Dans ce numéro, nous allons nous intéresser à la stabilité temporelle des matériaux magnétiques permanents.
Lorsque l'aimant fonctionne pendant une longue période ou est placé pendant une longue période, le milieu environnant (température, humidité, liquide corrosif, etc.) peut entraîner une modification des propriétés physiques et chimiques de l'aimant. Après l'aimantation des petits disques permanents en néodyme, la majeure partie de la zone est aimantée dans une direction spécifique, mais il reste encore quelques petits domaines magnétiques dont la direction d'aimantation est chaotique (appelée noyau d'aimantation inverse).
Sous l'influence de divers facteurs environnementaux, le noyau d'aimantation inverse d'origine se développe et un nouveau noyau d'aimantation inverse est généré, ce qui entraîne une dégradation des propriétés magnétiques des petits aimants permanents au néodyme. Ce changement est généralement un changement lent et irréversible de l'extérieur vers l'intérieur, qui affecte directement les principaux paramètres de performance de l'aimant, tels que la rémanence, la coercivité intrinsèque, la force coercitive ou le produit d'énergie magnétique maximale, et peut même entraîner la défaillance complète de l'aimant.
Cette perte de propriétés magnétiques est irréversible. Même si les petits disques magnétiques au néodyme sont à nouveau magnétisés, ils ne peuvent pas retrouver le niveau qu'ils avaient avant d'être placés à long terme. Ces dernières années, avec l'application généralisée des petits aimants permanents au néodyme NdFeB dans l'aérospatiale, les véhicules électriques, la production d'énergie éolienne de grande puissance et d'autres domaines exigeant 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 des aimants NdFeB frittés (HcJ=15,6kOe) placés à température ambiante pendant 1 an (10 000 heures) ne présentaient aucune perte d'aimantation perceptible pour des échantillons ayant différentes valeurs de Pc (Pc=-0,33, -1,1, -3,3). L'institut de recherche de Sanhuan a également mené une étude 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. L'échantillon était un cube non revêtu d'une longueur de côté de 10,2 mm et d'un coefficient de perméabilité magnétique de Pc=-2 (cliquez sur Moment magnétique, Flux magnétique et Rémanence pour apprendre ce qu'est la valeur de Pc).
Les échantillons, au nombre de 8, 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 six premières années n'est pas très importante et qu'il existe un point d'inflexion vers 2208 jours (environ six ans). D'après l'apparence, des taches de rouille sont visibles sur la surface de l'aimant en feuille noir après avoir été placé pendant 6 ans, ce qui signifie que la surface et l'intérieur du petit aimant au néodyme ont commencé à s'oxyder et à se corroder. Au fil du temps, l'étendue de l'oxydation ou de la corrosion continuera à s'étendre et le taux de dégradation des performances s'accélérera également de manière significative.
En outre, l'expérience extrapole la perte de flux des 4441 jours (12 ans et 2 mois) actuellement mesurés à une période de 30 à 50 ans. La perte de flux devrait être inférieure à 1% dans 30 ans, d'environ 1,3% dans 50 ans, et 2% correspond à environ 150 ans. (Points creux dans 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 se trouve sur la surface sans revêtement résistant à la corrosion, les petits aimants au néodyme frittés NdFeB actuellement mesurés ont encore une très longue durée de vie, estimée de manière prudente à 30-50 ans.
En général, la perte de flux la plus importante provient de l'oxydation ou de la corrosion de la surface de l'aimant, qui est une perte irréversible. Parmi tous les types d'aimants permanents à base de terres rares, la perte de NdFeB fritté est la plus importante. Toutefois, après optimisation des composants et traitement de protection de la surface, la résistance à l'oxydation et à la corrosion des petits aimants au néodyme frittés en NdFeB a été considérablement améliorée. Par conséquent, si la surface de l'aimant est bien protégée, pour le NdFeB fritté avec un HcJ suffisamment élevé, la durée de vie peut dépasser 30 à 50 ans. (Ceci à condition de ne pas dépasser la température de fonctionnement~)
Stabilité à long terme à des températures élevées
La figure suivante montre l'évolution de la perte de flux relative dans le temps pour des aimants avec différentes valeurs de Pc et HcJ=20,1 kOe à 80℃, 120℃ et 150℃.
Il n'est pas difficile de constater, à partir de la figure ci-dessus, que pour une même valeur de Pc, plus la température de stockage des petits aimants au néodyme est élevée, plus la perte de flux magnétique relative diminue rapidement. La perte d'aimantation initiale et la perte d'aimantation à long terme des petits aimants au néodyme à disque ayant une valeur absolue de Pc plus faible sont nettement plus importantes que celles de l'aimant ayant une valeur de Pc plus élevée, et les deux types de pertes augmentent de manière significative avec l'augmentation de la température. Lorsque HcJ ne peut être augmenté davantage pour des raisons techniques et de coût, l'augmentation de la valeur absolue de Pc peut supprimer efficacement la perte de magnétisation.
Il n'est pas difficile de constater, à partir de la figure ci-dessus, que pour une même valeur de Pc, plus la température de stockage des petits aimants au néodyme est élevée, plus la perte de flux magnétique relative diminue rapidement. La perte d'aimantation initiale et la perte d'aimantation à long terme de l'aimant ayant une valeur absolue de Pc plus faible sont nettement plus importantes que celles de l'aimant ayant une valeur de Pc plus élevée, et les deux types de pertes augmentent considérablement avec l'augmentation de la température. Lorsque HcJ ne peut être augmenté davantage pour des raisons techniques et de coût, l'augmentation de la valeur absolue de Pc peut supprimer efficacement la perte d'aimantation.
La durée de vie des petits aimants au néodyme (NdFeB) peut varier en fonction de plusieurs facteurs, notamment l'environnement dans lequel ils sont utilisés, la manière dont ils sont manipulés et leur application spécifique. Voici quelques facteurs clés qui influencent la durée de vie des petits aimants au néodyme à disque NdFeB :
1. **Résistance à la corrosion** : Les petits aimants au néodyme NdFeB sont sujets à la corrosion, en particulier lorsqu'ils sont exposés à l'humidité ou à des environnements acides. Pour améliorer leur longévité, ils sont souvent recouverts d'une couche protectrice (nickel, zinc ou époxy) afin de prévenir la corrosion. Le type et la qualité de ce revêtement peuvent avoir une incidence considérable sur la durée de conservation des propriétés magnétiques de l'aimant.
2. **Température de fonctionnement** : Les performances des petits aimants au néodyme NdFeB peuvent se détériorer à des températures élevées. Au-delà d'une certaine température (typiquement autour de 80-150°C selon la qualité), les propriétés magnétiques peuvent commencer à se dégrader. Des qualités spéciales pour hautes températures sont disponibles pour les applications nécessitant des aimants fonctionnant à des températures élevées.
3. **Sollicitation mécanique** : Des contraintes mécaniques excessives, telles que des chocs ou des vibrations, peuvent causer des dommages physiques aux aimants néodyme du petit disque ou à son revêtement, réduisant ainsi son efficacité au fil du temps.
4. **Démagnétisation** : Les petits aimants au néodyme NdFeB peuvent perdre leur magnétisme au fil du temps en raison de facteurs tels que l'exposition à des champs magnétiques opposés puissants ou une mauvaise manipulation lors de l'installation ou de l'utilisation.
5. **Environnement d'application** : L'environnement dans lequel l'aimant est utilisé joue un rôle crucial. Par exemple, les aimants utilisés à l'extérieur peuvent être davantage exposés à l'humidité et aux variations de température que ceux utilisés à l'intérieur.
6. **Qualité de la fabrication** : La qualité du processus de fabrication et des matériaux utilisés peut affecter la consistance et la durabilité des petits aimants au néodyme.
En général, si les aimants NdFeB sont correctement manipulés, protégés contre la corrosion et utilisés dans les limites de température et d'environnement spécifiées, ils peuvent avoir une longue durée de vie. Pour les applications critiques, il est conseillé de consulter les fournisseurs d'aimants qui peuvent recommander la qualité la plus appropriée et fournir des conseils pour maximiser la longévité des petits aimants au néodyme.
Les petits aimants au néodyme sont couramment utilisés pour diverses applications en raison de leurs fortes propriétés magnétiques et de leur taille compacte. Voici quelques points essentiels à leur sujet :
1. **Matériau** : Les aimants en néodyme sont fabriqués à partir d'un alliage de néodyme, de fer et de bore (NdFeB). Ils sont connus pour leur champ magnétique puissant.
2. **Forme** : La forme de disque fait référence à un aimant rond et plat avec une face circulaire.
3. **Taille** : Ils sont de tailles diverses, allant généralement de quelques millimètres à quelques centimètres de diamètre, et sont souvent assez minces par rapport à leur diamètre.
4. **Résistance** : Malgré leur petite taille, les aimants en néodyme peuvent produire des champs magnétiques très puissants, capables de soulever des objets plusieurs fois supérieurs à leur propre poids.
5. **Applications** : Ces aimants sont utilisés dans une large gamme d'applications, notamment :
- Maintenir des objets en place (par exemple, les fermetures de portes ou d'armoires).
- Fermoirs magnétiques pour bijoux.
- Capteurs magnétiques.
- Projets de loisirs et d'artisanat.
- Appareils de thérapie magnétique.
- Moteurs et générateurs.
- Agitateurs magnétiques en laboratoire.
- Séparation magnétique dans les processus industriels.
6. **Manipulation** : En raison de leur force magnétique élevée, les petits aimants au néodyme doivent être manipulés avec précaution afin d'éviter de blesser ou d'endommager les appareils électroniques situés à proximité (cartes de crédit, stimulateurs cardiaques, etc.) et de prévenir les blessures par pincement.
7. **Disponibilité** : Ils sont largement disponibles à l'achat en ligne et dans les quincailleries spécialisées, souvent vendus en grandes quantités ou dans des qualités spécifiques en fonction de la force magnétique requise.
Lors de l'achat de ces aimants, il convient de tenir compte de la taille spécifique, de la résistance (souvent indiquée par le grade tel que N35, N52, etc.) et de l'application prévue afin de s'assurer qu'ils répondent à vos besoins de manière efficace.
