Comment le temps et la température affectent la stabilité des aimants permanents

La capacité d’un aimant permanent à supporter un champ magnétique externe est due à l’anisotropie cristalline du matériau magnétique qui « verrouille » les petits domaines magnétiques en place.Une fois la magnétisation initiale établie, ces positions restent les mêmes jusqu'à ce qu'une force dépassant le domaine magnétique verrouillé soit appliquée, et l'énergie nécessaire pour interférer avec le champ magnétique produit par l'aimant permanent varie pour chaque matériau.Les aimants permanents peuvent générer une coercivité extrêmement élevée (Hcj), maintenant l'alignement des domaines en présence de champs magnétiques externes élevés.

La stabilité peut être décrite comme les propriétés magnétiques répétitives d'un matériau dans des conditions spécifiées pendant la durée de vie de l'aimant.Les facteurs qui affectent la stabilité de l'aimant comprennent le temps, la température, les changements de réluctance, les champs magnétiques défavorables, les rayonnements, les chocs, les contraintes et les vibrations.

Le temps a peu d’effet sur les aimants permanents modernes, qui, selon des études, changent immédiatement après la magnétisation.Ces changements, appelés « fluage magnétique », se produisent lorsque des domaines magnétiques moins stables sont affectés par des fluctuations d'énergie thermique ou magnétique, même dans des environnements thermiquement stables.Cette variation diminue à mesure que le nombre de régions instables diminue.

Il est peu probable que les aimants aux terres rares subissent cet effet en raison de leur coercivité extrêmement élevée.Une étude comparative du temps plus long par rapport au flux magnétique montre que les aimants permanents nouvellement magnétisés perdent une petite quantité de flux magnétique au fil du temps.Pendant plus de 100 000 heures, la perte de matériau samarium-cobalt est pratiquement nulle, tandis que la perte de matériau Alnico à faible perméabilité est inférieure à 3 %.

Les effets de la température se répartissent en trois catégories : les pertes réversibles, les pertes irréversibles mais récupérables et les pertes irréversibles et irrécupérables.

Pertes réversibles : ce sont les pertes qui se rétablissent lorsque l'aimant revient à sa température d'origine, la stabilisation de l'aimant permanent ne peut pas éliminer les pertes réversibles.Les pertes réversibles sont décrites par le coefficient de température réversible (Tc), comme indiqué dans le tableau ci-dessous.Tc est exprimé en pourcentage par degré Celsius. Ces chiffres varient en fonction de la qualité spécifique de chaque matériau, mais sont représentatifs de la classe de matériau dans son ensemble.En effet, les coefficients de température de Br et Hcj sont significativement différents, de sorte que la courbe de démagnétisation aura un « point d'inflexion » à haute température.

Pertes irréversibles mais récupérables : Ces pertes sont définies comme la démagnétisation partielle d'un aimant due à une exposition à des températures élevées ou basses, ces pertes ne peuvent être récupérées que par remagnétisation, le magnétisme ne peut pas se rétablir lorsque la température revient à sa valeur initiale.Ces pertes surviennent lorsque le point de fonctionnement de l'aimant est inférieur au point d'inflexion de la courbe de démagnétisation.Une conception efficace d'aimant permanent doit avoir un circuit magnétique dans lequel l'aimant fonctionne avec une perméabilité supérieure au point d'inflexion de la courbe de démagnétisation à la température élevée attendue, ce qui empêchera les modifications de performances à haute température.

Perte irréversible et irrécupérable : les aimants exposés à des températures extrêmement élevées subissent des modifications métallurgiques qui ne peuvent pas être récupérées par remagnétisation.Le tableau suivant montre la température critique pour divers matériaux, où : Tcurie est la température de Curie à laquelle le moment magnétique fondamental est randomisé et le matériau est démagnétisé ;Tmax est la température de fonctionnement pratique maximale du matériau primaire dans la catégorie générale.

Les aimants sont rendus stables en température en les démagnétisant partiellement en les exposant à des températures élevées de manière contrôlée.La légère diminution de la densité de flux améliore la stabilité de l'aimant, puisque les domaines les moins orientés sont les premiers à perdre leur orientation.De tels aimants stables présenteront un flux magnétique constant lorsqu’ils seront exposés à des températures égales ou inférieures.De plus, un lot stable d'aimants présentera une variation de flux plus faible les uns par rapport aux autres, puisque le haut de la courbe en cloche avec des caractéristiques de variation normales sera plus proche de la valeur de flux du lot.


Heure de publication : 07 juillet 2022