Les aimants sont des objets ou des matériaux capables de créer un champ magnétique et d'influencer les matériaux ferromagnétiques situés à proximité. Un aimant se caractérise généralement par une paire de pôles d'où émane le champ magnétique.
Dans ce guide, vous allez apprendre à fabriquer des aimants.
Classification des aimants
Avant d'aborder le processus de fabrication des aimants, il est important de noter les différentes classifications des aimants :
1. Aimants temporaires
Il s'agit de matériaux qui deviennent magnétiques lorsqu'il y a champ magnétique et ne peut se suffire à lui-même. Inclut : Le fer doux et certains de ses alliages comme le permalloy (fer et nickel), les clous, les trombones.
2. Électro-aimants
Avec ces aimants, un fil enroulé sur un noyau métallique crée du magnétisme lorsque le courant passe à travers le fil.
Le champ magnétique, dont l'intensité est déterminée par la quantité de courant, disparaît lorsque l'alimentation en courant est coupée.
3. Aimants permanents
Il s'agit de matériaux spéciaux qui n'ont besoin d'aucune force ni d'aucun phénomène extérieur pour posséder des propriétés magnétiques. Tant que les conditions environnementales requises sont réunies, ils conservent leur magnétisme pendant très longtemps.
Certains aimants permanents ne perdent qu'une fraction de leurs propriétés magnétiques après 10 ans.
Facteurs à prendre en compte avant de fabriquer des aimants
Avant d'envisager la fabrication d'aimants, vous devez tenir compte des quatre facteurs critiques qui influencent les performances magnétiques :
Température de Curie (TC)
Le Température de Curie définit la température au-delà de laquelle les propriétés magnétiques (permanentes) d'un matériau sont perdues. En général, un tel matériau subit un phénomène appelé magnétisme induit à ce stade. Il s'agit d'un facteur particulièrement important à prendre en compte lors de la fabrication d'aimants destinés à des applications à haute température.
Coercivité (Hc)
Coercivité est une propriété qui décrit la capacité du matériau à résister à la démagnétisation en présence d'un champ magnétique étranger. Pour fabriquer des aimants permanents, il faut des matériaux ayant une coercivité élevée, mesurée en ampères/mètres.
Rémanence (Br)
Également connu sous le nom de magnétisme résiduelLa rémanence décrit la quantité de flux magnétique restant dans un aimant permanent après le processus de fabrication. La rémanence est la mesure de l'intensité du champ magnétique d'un aimant permanent.
Produit à énergie maximale (BHmax)
L'unité SI pour cela est le kilojoule/mètre cube - kJ/m3.
En général, le produit d'énergie maximale signifie la densité d'énergie magnétique d'un aimant permanent. Il s'agit du produit de la la densité de flux magnétique valeur maximale (B) et son intensité de champ (H).
Processus de fabrication des aimants
Partie A : Électro-aimants
Les électro-aimants sont constitués d'un noyau magnétique sur lequel est enroulé un fil qui induit un magnétisme lorsqu'il est soumis à un flux de courant. Lors de la fabrication d'électro-aimants, vous trouverez :
- Le fer comme noyau
- Métal cuivreux formant la bobine
Le moulage du métal est le procédé couramment utilisé pour la fabrication des électro-aimants.
Lors du moulage d'aimants en métal, vous pouvez utiliser des moules expansibles et non expansibles. Par conséquent, vous pouvez fabriquer des aimants avec de nombreuses conceptions et configurations.
Casting
Pour couler le noyau électromagnétique, les étapes suivantes sont typiques :
Étape 1 : Création du modèle
Le modèle détermine la forme de votre moule en fonction de la forme souhaitée du noyau magnétique. Un modèle doit être dimensionnellement précis tout en pouvant être retiré de la cavité du moule sans dommage.
Un modèle doit également prévoir une marge de rétraction et un passage pour le métal en fusion à travers les carottes, les portes et les contremarches. Vous pouvez utiliser du plastique, du bois, du métal ou de la cire pour votre modèle, en fonction du processus et du volume.
Étape 2 : Fabrication du moule
En fonction de votre technique de coulée, vous pouvez avoir un moule réutilisable ou non réutilisable. Le métal est généralement utilisé dans les moules réutilisables, tandis que la céramique et le sable sont des archétypes de moules non réutilisables.
Le processus de moulage implique la formation d'un moule par l'impression d'un modèle à l'aide de poudre de céramique ou de sable dans un flacon. Après avoir obtenu le moulage souhaité, vous retirez le modèle soit en le faisant fondre, soit en séparant les moitiés du moufle, en fonction de la technique de moulage.
Étape 3 : Fusion du fer ou de l'alliage de fer
Les noyaux électromagnétiques sont constitués de fer ou de ses alliages combinant des éléments tels que le cobalt, qui offrent les meilleures propriétés électromagnétiques. Chauffer le métal jusqu'à ce qu'il soit en fusion.
Étape 4 : Remplissage du moule
Remplissez la cavité du moule en versant le métal liquéfié à partir du creuset, en tenant compte de toutes les précautions de sécurité nécessaires. Le processus de remplissage ne doit pas être trop lent (le métal peut commencer à durcir avant d'être complètement rempli) ni trop rapide (le moule risque d'être endommagé).
Étape 5 : Retrait du plâtre
Le démoulage n'a lieu que lorsque le métal en fusion se refroidit et se solidifie complètement. Dans le cas d'un moule non réutilisable, vous faites vibrer l'assemblage pour amorcer la rupture du moule et libérer la pièce coulée.
Dans les moules non expansibles, le retrait des goupilles d'éjection permet de retirer l'aimant coulé.
Étape 6 : Finition
Après le démoulage, vous entreprenez des procédures de finition telles que le nettoyage en éliminant tout matériau restant dans le moule. Vous coupez également les portes utilisées pour diriger le métal en fusion vers la cavité du moule et vous lissez les bords.
Étape 7 : Fabrication de la bobine
Le fil de cuivre obtenu par tréfilage de barres de cuivre à travers une série de matrices est utilisé pour former la bobine d'un électro-aimant. Après avoir retiré le noyau de fer du moule, vous enroulez le fil de cuivre sur toute sa longueur.
Notez que le nombre de tours du fil de cuivre influence la force de l'électro-aimant ainsi que la quantité de courant.
Étape 8 : Fournir des terminaux
Les bornes vous permettent de connecter votre électro-aimant à une source de courant qui déclenchera la création du champ magnétique. Les courants alternatifs et continus sont utilisés dans les électro-aimants en fonction de l'application.
Partie B : Aimants permanents
Les aimants permanents actuellement utilisés sont le résultat d'années de recherche sur des combinaisons de métaux uniques. La céramique, les éléments de terres rares (néodyme et samarium-cobalt) et l'alnico sont les principaux aimants de ce type.
Lors de la fabrication d'aimants permanents à partir d'éléments de terres rares, ceux-ci sont revêtus/plaqués pour les protéger en raison de leur susceptibilité à la détérioration et à la fragilité.
1. Aimants en néodyme (NdFeB)
Le néodyme est l'un des meilleurs aimants permanents actuels. Il contient du néodyme, du fer et du bore.
Au fil des ans, le frittage est resté une technique de fabrication populaire pour les produits de l'UE. aimants en néodyme (NdFeB).
Frittage
Le procédé de frittage pour la fabrication d'aimants en néodyme est pratique et a été adoptée par de nombreux fabricants d'aimants.
Il repose sur les principes de la métallurgie des poudres. En général, ce procédé offre une grande liberté, ce qui permet de fabriquer n'importe quel type d'aimant.
Toutefois, le processus peut être résumé comme suit :
Alliage et coulée en bandes
Dans le processus d'alliage, le néodyme, le fer, le bore et d'autres éléments mineurs sont combinés dans les quantités souhaitées. Le processus d'alliage permet de modifier la microstructure du produit final, d'améliorer les opérations ultérieures et de renforcer les qualités magnétiques.
L'agglomération est ensuite fondue et coulée en bandes par chauffage dans un four sous vide. Un environnement sous vide est utilisé pour empêcher l'air de réagir avec la matière fondue et d'altérer le matériau d'alliage.
Le métal en fusion est pressé dans un tambour de refroidissement où il subit un processus de refroidissement rapide. Le résultat est la formation de minuscules grains de métal bien placés pour un traitement efficace dans les étapes suivantes et la qualité du produit final.
Décrépitation et broyage de l'hydrogène
Le processus de coulée en bandes produit des feuilles de petits grains qui doivent être réduits en poudre pour la fabrication d'aimants. La décrépitation à l'hydrogène infuse de l'hydrogène pour fragmenter davantage le matériau, ce qui permet de simplifier le traitement dans les étapes ultérieures.
Les particules les plus petites sont réduites en poudre par un jet milling qui utilise un flux de gaz inerte sous haute pression. Le gaz inerte est cyclonique, ce qui permet de répartir les particules en fonction de leur taille tout en évitant qu'elles ne s'accrochent à la paroi du récipient.
Appuyer sur
Le processus de pressage se déroule en deux étapes :
Sous l'action d'un champ magnétique
Ici, la poudre est transférée dans un moule dans une presse automatisée, toujours sous l'influence d'un gaz inerte. Une opération de pressage suit sous un champ magnétique puissant, ce qui permet d'aligner les particules.
L'orientation de votre champ magnétique peut être :
- Aligné avec le bloc moulé ou,
- Perpendiculaire au bloc moulé
La première option est généralement choisie pour obtenir l'anisotropie la plus élevée pour l'aimant.
Pressage isostatique
Le bloc extrait du moule est soumis à une forte pression alors qu'il est immergé dans une presse isostatique à froid. Le résultat est que les trous d'air dans le bloc sont éliminés, ce qui permet d'obtenir un bloc plus petit.
Figure montrant le processus de fabrication d'un aimant NdFeB :
Frittage
Vous chaufferez le bloc dans le four. Pendant le processus, la température de chauffage ne doit pas dépasser le point de fusion du matériau.
La température élevée excite les atomes du matériau, ce qui augmente les propriétés mécaniques et magnétiques du bloc.
L'orientation des domaines se fait dans le sens assigné lors du pressage isostatique. La température élevée permet d'atteindre la densité de flux requise, ce qui réduit encore les blocs de métal, mais pour la dernière fois.
Recuit
Le processus de frittage provoque des contraintes thermiques dans le bloc de métal, ce qui nécessite un autre traitement thermique à des températures réduites pour éliminer les contraintes. Ce traitement consiste à soumettre les blocs à des épisodes alternés de haute température et de basse température pendant un temps donné, puis à les ramener progressivement à la température ambiante.
Usinage et traitement de surface
Les processus d'usinage tels que le découpage et le meulage sont essentiels pour façonner le NdFeB comme on le souhaite et avec un minimum de déchets. Pour ce faire, il convient de mettre en place un contrôle étroit et de recycler les déchets.
En raison de la nature fragile du NdFeB et de sa faible résistance à la corrosion, une procédure de traitement de surface telle que le placage est nécessaire. Les options de placage comprennent le nickel-cuivre-nickel, l'aluminium-zinc et même l'époxy.
Essais
Comme pour tout processus de fabrication, les essais de produits sont essentiels pour assurer un contrôle étroit de la qualité et de la conformité aux normes. Pour plus d'efficacité, l'évaluation des processus doit être effectuée à chaque étape du processus, afin de minimiser le risque coûteux d'un produit défectueux.
Magnétisation
Dans le processus de magnétisation, le NdFeB est enfermé dans une bobine électrique alimentée pour générer un champ magnétique bref mais massif. Le matériau reprend le champ magnétique une fois que la bobine électrique est mise hors tension, créant ainsi un aimant au néodyme.
2. Aimants en samarium-cobalt (SmCo)
Comme pour le néodyme, la fabrication du cobalt de samarium implique la conversion de la poudre. Toutefois, ce processus de fabrication diffère à certains égards pour le cobalt de samarium.
Dans l'industrie manufacturière aimants en samarium-cobaltLe processus se déroule comme suit :
Préparation de l'alliage
La préparation de l'alliage samarium-cobalt implique la fusion par induction des métaux samarium et cobalt sous vide ou en présence de gaz inerte. Le matériau d'alliage fondu peut ensuite être coulé en lingots pour le processus suivant ou transformé en morceaux.
Fraisage
Ici, les blocs ou lingots d'alliage samarium-cobalt sont réduits en poudre par un processus de broyage. Un puissant broyeur à marteaux est utilisé pour écraser ces grands matériaux d'alliage solides, généralement en présence d'azote.
Vous pouvez utiliser le fraisage par jet où la désintégration du matériau d'alliage se fait par attrition causée par la collision à grande vitesse des particules. Les paramètres importants à prendre en compte pendant le processus de broyage sont : la taille des particules et leur répartition, l'oxydation et les défauts cristallins.
Le broyage permet de réduire le matériau de l'alliage en minuscules particules monocristallines tout en augmentant la surface pour le processus de frittage. L'absence de joints de grains dans les particules ne permet qu'un seul axe de magnétisation tout en influençant la coercivité.
Alignement et pressage
Vous obtenez les qualités magnétiques les plus élevées possibles en provoquant un alignement des particules avant le compactage.
Lorsque vous induisez les propriétés magnétiques, veillez à ce qu'elles soient parallèles aux particules de poudre.
Une matrice ou une presse isostatique effectue le compactage dans un champ magnétique parallèle ou perpendiculaire à la direction de pressage. Le champ magnétique peut être statique ou pulsé. Un champ homogène important permet d'obtenir un alignement uniforme et de haute qualité.
L'alignement est un produit des caractéristiques des particules telles que la forme et la taille, l'intensité du champ magnétique et la pression de compactage. La pression appliquée pendant le pressage ne doit pas perturber la distribution des particules, mais être juste suffisante pour permettre la manipulation.
L'alignement isostatique est préféré au pressage sous pression car il permet de compacter les poudres dans des champs magnétiques quatre fois supérieurs à ceux du pressage sous pression. Par conséquent, l'alignement des particules est amélioré et maintenu tout au long de la presse, avec un produit d'énergie maximale et une rémanence plus élevés.
Frittage et durcissement
Le frittage du cobalt de samarium s'effectue dans des atmosphères réductrices, en présence de gaz inertes ou sous vide. Grâce au frittage, la croissance des grains est inhibée, ce qui favorise les qualités finales de l'aimant.
Le frittage doit être effectué à une température constante et pendant une période définie. Cela permet d'éviter la formation d'espaces d'air susceptibles de s'oxyder et d'entraver l'utilité de l'aimant au fil du temps.
Un processus de durcissement succède au processus de frittage pour cultiver la coercivité dans le SmCo à un niveau optimal et former les propriétés de la boucle.
Usinage
Le frittage modifie la forme et la taille de l'aimant SmCo, généralement en fonction des paramètres souhaités pour le produit final, en raison de la contraction. Il est donc nécessaire d'entreprendre quelques opérations d'usinage pour obtenir les caractéristiques prescrites de l'aimant.
Le matériau SmCo est très fragile et très vulnérable à l'écaillage et à la rupture, ce qui rend le maintien direct dans les mandrins peu judicieux. Au lieu de cela, des adhésifs uniques fixés sur un support en acier maintiennent le matériau magnétique en position lors de l'utilisation de machines standard pour le meulage.
Magnétisation
Bien qu'il soit possible de magnétiser le SmCo avant l'assemblage en raison de sa coercivité élevée et de sa bonne perméabilité au recul, sa nature fragile suggère le contraire. C'est pourquoi de nombreux matériaux SmCo sont magnétisés pendant l'assemblage en appliquant un champ magnétique d'environ deux fois sa coercivité.
Essais
Le processus de test des aimants SmCo consiste à comprendre les courbes de démagnétisation des aimants à l'aide des données d'un fluxmètre. Les valeurs sont comparées à celles d'un aimant standard, puis classées en fonction de leur densité de flux.
Aimants Alnico
Ces aimants sont constitués de :
- Cobalt (Co)
- Aluminium (Al)
- Nickel (Ni)
Des ajouts mineurs de métaux réfractaires, de fer et de cuivre peuvent être effectués pour augmenter les qualités mécaniques.
Aimants Alnico présentent des qualités exceptionnelles telles que des qualités thermiques impressionnantes, comme une température de fonctionnement élevée, et une excellente résistance à la corrosion. Cependant, ils présentent une faible coercivité, ce qui les rend susceptibles d'être démagnétisés.
Vous pouvez fabriquer de l'alnico en employant l'un ou l'autre de ces procédés : le moulage ou le frittage, comme suit :
Casting
Le moulage de l'alnico permet de fabriquer des formes complexes et donc d'élargir les applications. Le processus de coulée de l'alnico comprend généralement les étapes suivantes :
Fusion par induction
Les températures atteintes lors de la fusion par induction dépassent les 1750°C, convertissant les pépites solides d'aluminium, de nickel et de cobalt à l'état fondu. En raison de son faible point de fusion, l'aluminium est ajouté dans les dernières étapes du processus.
Casting
L'alnico fondu est transféré dans des moules en sable conçus à partir de plaques d'essai représentant la forme finale de l'aimant à couler. Après avoir rempli les cavités des moules avec le matériau fondu, on les laisse refroidir et se solidifier avant de les démouler.
Nettoyage
Les moulages d'alnico issus du processus de coulée présentent des imperfections de surface dues au processus de coulée qui doivent être éliminées. Ces imperfections comprennent les arêtes vives, les bavures et les portillons par lesquels la matière en fusion a été conduite.
Ces taches sont éliminées par ponçage à l'aide de brosses, par meulage à l'aide de meules abrasives et par ébarbage à l'aide d'eau.
Figure montrant le processus de moulage pour Aimant Alnico :
Traitement thermique
Le matériau magnétique alnico subit divers traitements thermiques, en commençant par un processus d'homogénéisation à 1250 °C environ. Un bref épisode de recuit suit un refroidissement magnétique d'un quart d'heure à environ 850 °C.
Le processus de recuit est essentiel pour développer une microstructure aux qualités anisotropes et spinodales. Enfin, l'aimant est trempé pendant une journée au maximum, avec des températures de chute atteignant 550°C. Cela permet d'obtenir une coercivité maximale et une séparation chimique des composants spinodaux.
Usinage
Le processus d'usinage est nécessaire pour modifier l'apparence des aimants, même si c'est à petite échelle. Les opérations d'usinage courantes comprennent le découpage et le meulage, qui vous permettent d'appliquer des tolérances de finition serrées sur vos aimants.
Essais
Lorsque vous testez vos aimants, vous devez tenir compte de l'importance du paramètre testé pour votre application et de son coût. Les résultats de votre test doivent être directement attribuables à une fonctionnalité magnétique.
Voici quelques processus d'essai courants pour votre aimant :
- Le tracé d'une courbe B-H à l'aide d'un perméamètre offre une description des propriétés magnétiques liées à la température.
- Estimation de la rémanence, de la coercivité et du produit énergétique maximal en déchiffrant les moments dipolaires totaux à partir des mesures du flux total.
- Utilisation d'un gaussmètre et d'une sonde pour mesurer les densités de flux.
Revêtement
Bien que les aimants alnico présentent une bonne résistance à la corrosion, des revêtements peuvent être appliqués pour améliorer la protection de la surface. Les revêtements les plus courants sont les revêtements époxy, le nickel et les revêtements de conversion tels que les chromates, le fer et le zinc.
Magnétisation
Dans le processus de magnétisation, un solénoïde est utilisé pour produire un champ magnétique qui aligne les domaines magnétiques de l'alnico. Un solénoïde est essentiellement un électro-aimant, mais il est creusé pour permettre le positionnement du matériau à magnétiser.
Les paramètres du champ de magnétisation sont importants lors de l'exécution d'un processus de magnétisation car ils influencent les propriétés des aimants alnico.
Frittage
L'avantage du frittage de l'alnico est l'amélioration des qualités mécaniques par rapport au moulage, tout en sacrifiant la capacité magnétique. Le processus de frittage se déroule selon les étapes suivantes :
Fusion par induction
Le processus de frittage commence par la fusion des éléments d'aluminium, de nickel et de cobalt dans des conditions particulières. La fusion par induction combine les différents éléments en un seul alliage, qui est ensuite coulé en bandes et refroidi sous forme de granulés.
Fraisage
L'objectif du processus de broyage est de convertir la matière granulaire de l'alnico en poudre pour le processus de pressage. Une fraiseuse est utilisée pour agir mécaniquement sur les particules afin de les désintégrer et de leur donner la taille souhaitée.
Appuyer sur
La poudre d'alnico issue du processus de broyage est acheminée vers des matrices spéciales conçues comme l'aimant. Là, la presse à matrices les compacte sous une forte pression d'environ cinq kilo bars en un solide compact.
Frittage
Le frittage implique un traitement thermique étroitement contrôlé à des températures juste inférieures au point de fusion dans un four. Les espaces d'air sont éliminés, ce qui permet de compacter davantage le matériau alnico et d'en améliorer les propriétés mécaniques.
Refroidissement
La pièce d'alnico est retirée du four et refroidie de deux manières : par refroidissement isotrope ou par refroidissement anisotrope. Le refroidissement anisotrope se fait en présence d'un champ magnétique, tandis que le refroidissement isotrope se fait sans champ magnétique.
Le refroidissement sous champ magnétique aligne les particules d'alnico dans la direction souhaitée de l'orientation magnétique. Lorsque vous refroidissez sans champ magnétique, vous pouvez mettre en œuvre une orientation multipolaire pendant l'aimantation.
Après le processus de refroidissement, les procédures de test, de revêtement et de magnétisation se déroulent de la même manière que pour la méthode de coulée.
Aimants en ferrite/céramique
Aimants en ferrite sont abordables. En outre, ils présentent une excellente stabilité thermique et une bonne résistance à la corrosion.
Cependant, par rapport aux aimants de terre rare et à l'alnico, ils ont les qualités magnétiques les plus faibles.
La souplesse de fabrication des céramiques et leur compatibilité avec d'autres matériaux permettent de fabriquer différents aimants en ferrite. Les ferrites peuvent également être liées à des matériaux polymères, ce qui permet d'obtenir des aimants en plastoferrite beaucoup plus faibles mais flexibles.
Le processus de fabrication des ferrites par frittage prend la forme suivante :
Mélange
Le frittage est basé sur la métallurgie des poudres, le processus de production des poudres commençant par le mélange de composés céramiques. L'oxyde ferrique est un matériau primaire avec le carbonate de strontium ou le carbonate de baryum, mais pas les deux.
L'utilisation de rapports appropriés entre les deux matériaux est nécessaire pour garantir l'équilibre entre la coercivité et la rémanence de l'aimant. Lorsque vous dépassez la quantité d'oxyde ferrique requise, vous provoquez une croissance des grains bombés tout en annulant la coercivité.
Un excès de carbonate va à l'encontre de la propriété de rémanence des aimants. L'introduction de silice inhibe la croissance des grains et favorise la calcination à des températures plus élevées.
Calcination
Les températures atteintes pendant la calcination se situent entre 1250°C et 1300°C. Les températures très basses empêchent l'achèvement de la réaction à l'état solide, tandis que les températures très élevées réduisent la coercivité et favorisent la croissance des grains.
Figure montrant le processus de fabrication d'un aimant en ferrite anisotrope frittée :
Broyage humide
Le matériau ferritique issu de la calcination est réduit en poudre en ajoutant de l'eau pour former une boue et améliorer l'alignement et la densité. Le broyage humide permet d'obtenir des particules entre 0,7 µm et 0,9 µm.
Les petites particules de moins de 0,7 µm posent des problèmes lors du compactage et du frittage. En revanche, les particules plus grosses, supérieures à 0,9 µm, réduisent la coercivité.
Pressage humide
Les petites particules issues du broyage humide sont transférées vers des matrices dans une station de pressage à fort champ magnétique. Le champ magnétique est généralement orthogonal à la direction du pressage mécanique.
Les particules humides sont comprimées sous une forte pression, généralement comprise entre 5 et 15 MPa. Du camphre et de l'alcool polyvinylique peuvent être ajoutés comme liant pour améliorer la compression et être éliminés lors du processus de frittage suivant.
Une alternative au pressage humide est le pressage à sec, qui peut être effectué de manière anisotrope ou isotrope. Toutefois, les pressions requises pour comprimer la poudre en une forme compacte sont beaucoup plus élevées et se situent entre 40 et 80 MPa.
Frittage
Le matériau ferritique compacté issu du processus de pressage est fritté en le soumettant à un traitement thermique compris entre 1150°C et 1200°C. La température de frittage est généralement inférieure d'environ 100°C à celle utilisée pour la calcination afin d'éviter la croissance des grains.
Le durcissement soigneux et le contrôle de la croissance des grains considérablement alignés par rapport à ceux qui le sont moins améliorent la texture magnétique du matériau ferrite. Les particules de poudre mesurent environ un micromètre, ce qui les rend juste assez petites pour l'étape suivante.
Vous pouvez ajouter du dioxyde de silicium, de l'alumine, du chrome ou de l'oxyde de calcium, individuellement ou en mélange, pour améliorer la densification. Le frittage est sujet à un retrait anisotrope qui doit être pris en compte dans la conception de la filière.
Broyage
Les céramiques frittées peuvent être coupées et rectifiées en dépit de leur incroyable dureté et fragilité. Il est possible d'utiliser des outils à pointe de diamant ou de carbure, tels que des meuleuses et des scies.
Magnétisation
Il s'agit de l'étape ultime du processus de fabrication d'un aimant en ferrite anisotrope fritté. Le matériau ferrite est soumis à un champ magnétique généré par un solénoïde jusqu'à trois fois la coercivité souhaitée de l'aimant.
Aimants collés
Aimants collés sont formés par la combinaison d'un matériau magnétique dur et d'un liant non magnétique, généralement un polymère ou un élastomère. Les aimants liés peuvent être rigides ou flexibles (bien qu'avec une force magnétique moindre) en fonction du matériau et du rapport de mélange.
Les éléments de terre rare tels que le néodyme et le samarium-cobalt, ainsi que les ferrites, sont utilisés comme matériaux magnétiques durs, individuellement ou en combinaison. Les liants les plus courants sont le polyester, les époxydes thermodurcis et le nylon pour les aimants collés rigides, et le vinyle et le caoutchouc nitrile pour les aimants flexibles.
Avec les aimants collés, il n'est pas nécessaire d'effectuer des opérations secondaires. Cela réduit le coût de production, qui peut être encore abaissé en présentant des assemblages à opération unique.
Cependant, les aimants collés ont une température maximale de fonctionnement relativement basse et une mauvaise stabilité thermique.
La fabrication d'aimants collés peut être représentée comme suit :
Préparation du matériel
Dans ce cas, vous aurez besoin d'un liant et d'une poudre magnétique comme matériaux de base. Vous pouvez utiliser des aimants néodyme collés, des aimants SmCo collés ou des aimants ferrite collés en fonction des besoins de votre application.
Mélange et moulage
Le processus de mélange permet d'obtenir une souche uniformément répartie de matériau collé pour le processus de moulage où il est mis en forme. Le processus de moulage est au cœur de la fabrication des aimants collés, avec quatre options de traitement disponibles comme suit :
Moulage par injection
Le néodyme et la ferrite sont couramment utilisés comme matériaux magnétiques dans le moulage par injection. Le mélange de matériaux est soumis à des températures de fusion élevées avant d'être injecté dans une cavité de moule spécialement conçue pour le refroidissement.
Vous pouvez utiliser plusieurs cavités de moule lorsque vous entreprenez une production en grande quantité afin d'accroître l'efficacité. Le moulage par injection vous permet de fabriquer des aimants collés de forme complexe, car vous pouvez créer des moules de forme unique.
Collage par compression
Le collage par compression est synonyme de fabrication d'aimants en néodyme collés. Dans ce processus, les grains de poudre de néodyme sont d'abord encapsulés par le liant liquéfié pendant le mélange. Le mélange de poudres enrobées est ensuite transféré dans une cavité de presse où des pressions élevées le compactent dans la forme souhaitée.
Un processus de durcissement à haute température (150°C-175°C) dans un four suit le collage par compression pour durcir et solidifier davantage le liant. Le procédé de collage par compression permet d'obtenir des densités de flux plus élevées pour les aimants collés que pour ceux fabriqués par moulage par injection.
Calendriers
Le calandrage utilise principalement des poudres de ferrite pour le matériau magnétique et du caoutchouc souple comme liant pour fabriquer des feuilles continues aux propriétés magnétiques. Le NdFeB trouve une utilisation limitée avec un matériau hybride combinant les éléments suivants NdFeB et un composé de ferrite plus commun.
Le mélange contenant du caoutchouc et des matériaux magnétiques est conduit vers des rouleaux chauffés successifs appliquant une grande force de compression. La combinaison de la chaleur et de la pression transforme le mélange en feuilles plus ou moins longues et très tendues.
Extrusion
L'extrusion utilise les mêmes matières premières que le calandrage, c'est-à-dire des ferrites, du NdFeB ou des hybrides NdFeB/ferrite avec des élastomères flexibles. La nature abrasive des matériaux NdFeB et ferrite exige que l'outillage soit revêtu d'un matériau résistant à l'usure.
Le matériau mélangé et chauffé est acheminé sous pression vers une filière chaude par l'intermédiaire d'une vis d'extrusion. Le produit extrudé, qui prend le profil transversal de la cavité de la filière, est soit empilé, soit coupé dans les longueurs souhaitées.
Finition
La précision dimensionnelle des matériaux collés dans les processus mis en évidence est élevée, ce qui rend les opérations secondaires inutiles. Cependant, vous pouvez toujours entreprendre des opérations de finition telles que le découpage et le poinçonnage pour extraire les stratifiés dans la forme souhaitée.
Revêtement
Pour les aimants collés rigides tels que le néodyme, le revêtement offre une protection de surface contre la corrosion tout en améliorant la durabilité. Les matériaux de revêtement couramment utilisés pour le collage sont l'époxy et le nickelage.
Magnétisation
Le processus de magnétisation des matériaux magnétiques liés consiste à les soumettre à de grands champs magnétiques pendant de brèves périodes. Ce processus peut être exécuté de manière anisotrope ou isotrope, avec plus ou moins de succès.
Une trajectoire isotrope pour les matériaux magnétiques liés simplifie le processus de fabrication, car l'absence de magnétisation résiduelle facilite la manipulation du processus.
Comparaison entre aimants frittés et aimants collés
Le tableau suivant met en évidence les différences entre les aimants frittés et les aimants collés.
| PROPRIÉTÉ | SINTERED | OBLIGATOIRE |
| Force magnétique | Fabrique des aimants très puissants. | Les aimants sont moins puissants. |
| Résistance mécanique | Résistance mécanique relativement faible par rapport au produit de référence. | Résistance mécanique élevée grâce à l'adhérence accrue des particules. |
| Flexibilité | Les formes d'aimants que vous pouvez obtenir sont limitées. | Capable de réaliser des formes d'aimants très complexes. |
| Matières premières | Il n'utilise généralement que des poudres magnétiques. | Nécessite l'utilisation d'un matériau magnétique en poudre et d'un liant polymère. |
| Précision dimensionnelle | ont une faible précision dimensionnelle nécessitant un traitement secondaire. | Ils présentent une grande précision dimensionnelle grâce à la formation unique et ne nécessitent pas de traitement ultérieur. |
| Perte de traitement | Les processus secondaires entraînent d'importantes pertes de matières. | La formation d'un composant unique permet d'enregistrer de faibles pertes matérielles. |
| Orientation magnétique | Ne peut être magnétisé que dans le sens indiqué lors du pressage du moule. | La nature isotrope du matériau permet une magnétisation dans un arrangement multipolaire. |
| Produit énergétique maximal (BHMAX) | Présente des valeurs BH plus importantes dépassant 50M. | Enregistrer des valeurs de BH beaucoup plus faibles en dessous de 10M. |
| Coût | Coût élevé dû à l'utilisation de la poudre de matériau magnétique 100% et à la nécessité d'un traitement secondaire. | Le coût est moins élevé en raison de la faible quantité de poudre nécessaire et de la réduction de l'usinage. |
Conclusion
Que vous souhaitiez fabriquer des aimants permanents ou temporaires, il s'agit d'un processus séquentiel.
Idéalement, le processus de fabrication de l'aimant détermine la qualité et les caractéristiques du produit final.
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