Aimants en Samarium-Cobalt (SmCO)

Aimants samarium-cobalt (SmCo)

Les aimants ont un rôle essentiel dans de nombreux secteurs de l'économie. Cela vaut tant pour le magnétisme permanent des aimants. L'alliage de samarium et de cobalt est très important pour la production d'aimants permanents. L’alliage métallique SmCo5, mis au point en 1966, ne contient pas de fer, contrairement à l'alliage Sm2Co17, qui contient un pourcentage de fer entre 20-25%. Jusqu'à la fin des 70s l’alliage samarium cobalt et était le matériau avec la plus forte densité de flux magnétique connu.

Notions de base du magnétisme

En général, les champs magnétiques sont des déplacements de particules chargées électriquement. Par conséquent, chaque fois que l’électricité circule à travers un conducteur électrique (par exemple, les métaux tels que le cuivre, l'aluminium, etc.). Même particules chargées d'électricité (particules de spin), comme les électrons, possède une fraction dans laquelle sont magnétiques et représentent donc de petits aimants. Depuis tous les électrons sont des particules de spin peut être déduit que toute la matière a des propriétés magnétiques. Dans la plupart des cas, ces moments magnétiques sont annulés après une courte période de temps de façon à être non-magnétique à l'extérieur. Après exposition à un champ magnétique le matériau subit un changement. Selon le comportement sous l'influence d'un champ magnétique externe, les matériaux sont distingués de cette manière: diamagnétique, paramagnétique, ferromagnétique, antiferromagnétique et des matériaux ferromagnétiques. En fait, tous les matériaux sont d'abord diamagnétiques car ils contiennent tous les électrons invariablement associés aux spins opposés. Par l'action d'un champ magnétique externe à l'intérieur de l'objet est formée d'un champ magnétique faible. Ce phénomène est si minime qu'il n’est généralement pas enregistré. Il-y-a des électrons non appariés, ils sont aimantés par un champ magnétique externe, ce qui se traduit généralement par une aimantation instable (paramagnétisme), qui magnétise le matériau en sa faveur. Après avoir enlevé le champ magnétique l'effet est arrêté. Le paramagnétisme est généralement si faible qu'il ne peut pas être observé sans aides techniques. Toutefois, si le magnétisme conserve la même orientation du spin d'électrons non appariés de façon stable, il est appelé le ferromagnétisme. Les matériaux présentant ces caractéristiques sont par conséquent appropriés pour la production d'aimants permanents.

Aimants permanents

Les matériaux ayant des propriétés ferromagnétiques sont la base principale pour la production d'aimants permanents. Ce sont des substances qui en raison de la mécanique quantique ont électrons non appariés de spin parallèle dans leurs atomes et peut donc former son propre champ magnétique. Merci à l'action d'un des districts externes du champ magnétique ayant le même spin des électrons sera d'harmoniser et de créer un champ magnétique permanent. De tels matériaux comprennent le fer, le cobalt, le nickel et des lanthanides comme les alliages samarium-cobalt, AlNiCo, néodyme ou ferrite.

Les propriétés des matériaux ferromagnétiques

Les matériaux ferromagnétiques contiennent en leur des aimants moléculaires, générés par des électrons non appariés de spin parallèle. Un champ magnétique externe ne modifie uniquement l'orientation de ces aimants élémentaires et magnétise ainsi la matière, l'intensité du champ est indépendant du champ magnétique externe. Le magnétisme des matériaux ferromagnétiques est un phénomène dû à des processus physiques quantiques complexes qui comprennent un échange d'électrons que de cette manière font l'aimantation stable et la direction de l'aimantation de celle-ci. Au cours de cette énergie du procédé, on ajoute à la matière, qui est défini masse produit de l'énergie. Dès que le champ magnétique externe est absent ce phénomène cesse d'exister. Cependant, il reste un résidu que l'on appelle la rémanence. La force coercitive détermine la place de la stabilité du champ magnétique. Le champ magnétique peut être détruite en utilisant des températures élevées (température de Curie) ou avec un traitement mécanique de la matière, ainsi que par l'utilisation d'un champ magnétique externe. Le défi dans le développement d'aimants permanents est de trouver des matériaux qui peuvent créer un champ magnétique fort et va résister aux températures élevées et de fortes contraintes mécaniques. Les alliages magnétiques qui ont de bonnes caractéristiques sont AlNiCo, SmCo, NdFeB et ferrite.

Les propriétés des alliages de samarium et de cobalt

Il existe deux types d'alliages qui peuvent atteindre une très haute densité d'énergie magnétique : 130-200 kJ / m3 pour SmCo5 et 160-260 kJ / m3 pour Sm2Co17. L’énergie produit est donc très élevée. En outre, leur portée est extrêmement stable et résistant aux influences extérieures. Les alliages de cobalt-samarium sont difficiles à démagnétiser. La température de Curie est de 450 degrés Celsius. Au-dessus de cette température, la magnétisation disparaît. L'aimant peut être facilement utilisé à une température d'environ 350 degrés, sans perte de champ magnétique. Le coefficient de densité de flux résiduel de la température est très faible et se situe entre 0.03 et 0.04% par degré centigrade. Cela signifie que le champ magnétique, avec une élévation de température, diminue légèrement. En outre, la force coercitive est extrêmement élevée et dépasse d'autres aimants permanents. Alliages samarium-cobalt ont l'avantage d'être très résistant à la corrosion.

Processus de production

Les matériaux samarium et cobalt sont fondus dans une atmosphère d'argon de gaz inerte et versé dans forme de lingots, parce qu'ils réagissent avec l'oxygène présent dans l'air. Divers ajouts d'autres matériaux allant d'améliorer les propriétés thermiques. Au cours de la solidification de la masse fondue ils sont formés de structures cristallines qui empêchent la stabilisation du champ magnétique. L'alliage peut perdre le champ magnétique très facilement et ne convient pas en tant comme matériau magnétique. Par conséquent, il est nécessaire un traitement ultérieur. Les lingots obtenus sont pulvérisés sous un gaz inerte et on les soumet à des températures de 1150-1250 ° C pour le processus de frittage. Les particules de poudre individuelles sont donc «cuits» ensemble. Au cours de ce processus doivent être menées en parallèle la vraie aimantation. Après ce processus ne sera plus possible de modifier les aimants. Le matériau peut se briser et éventuellement prendre feu.

L'utilisation d'aimants permanents

Les aimants permanents, compris ceux en samarium et cobalt, ont de nombreuses utilisations dans la vie quotidienne, par exemple, dans des systèmes de fermeture, sur les réfrigérateurs, pour la fixation d'objets et plus. Cependant, une attention particulière devrait avoir dans la conversion et la production d'énergie.
Dans les générateurs par exemple le rotor est composé de plusieurs aimants qui produisent de l'électricité. En outre, les aimants permanents peuvent également être utilisés dans des moteurs électriques pour la conversion d'énergie électrique en énergie mécanique.

Les principaux domaines d'application de SmCo

Les aimants en samarium-cobalt sont utilisés dans des applications pour lesquelles sont nécessaires des champs magnétiques très puissants dans des conditions extrêmes (températures de -40 à 350 ° C).
Les principaux domaines d'application des aimants SmCo:

 - Générateurs

- Moteurs

- Capteurs

- Plusieurs indicateurs

Aujourd'hui, l’alliage le plus utilisé est Sm2Co17 car il est moins coûteux en raison d’utilisation des matières premières inferieure. Applications spécifiques font usage de SmCo5 mais ça est nécessaire, surtout quand on a besoin de très fortes intensités du champ magnétique.

L'analyse comparative des autres types d'aimants avec aimants samarium cobalt

Aimants samarium cobalt ont comparés avec autres aimants permanents, une haute densité d'énergie, une bonne résistance à des températures élevées et des forces coercitives élevées. Cependant, il existe certaines différences qui peuvent être avantageux ou désavantageux, en fonction de l'utilisation prévue.

Comparaison avec aimants néodyme

Les composants de ces aimants sont le néodyme, fer et bore. Cette combinaison de métaux a été utilisée à partir de 1970. La densité d'énergie est sensiblement plus élevée que celle de samarium-cobalt. Cependant, l'aimant au néodyme ne peut être utilisé jusqu'à 80 degrés Celsius. En outre, il est moins résistant que d’autres aimants. On a, avec quelques ajouts, réussi à augmenter la résistance à la température et à la corrosion, mais les valeurs ne reçoivent pas à proximité des valeurs des aimants en SmCo.

Comparaison avec aimants en ferrite

Aimants de ferrite sont composés d'un alliage de fer et l'oxyde avec baryum ou strontium et a une consistance semblable à la céramique. Aimants en ferrite sont très populaires parce qu'ils ne sont pas cher et en même temps très résistant à la corrosion. En outre, ils peuvent être exposés à des températures comprises entre -40 degrés jusqu'à 250 degrés Celsius. Ces aimants ne répondent pas aux critères, si vous essayez aimants avec un champ magnétique très puissant.  Dans ce cas, nous utilisons des aimants de néodyme ou de samarium cobalt.

Comparaison avec aimants Alnico

Les aimants AlNiCo sont réalisés en un alliage d'aluminium, cobalt et nickel. Ils peuvent être utilisés jusqu'à 550 ° C, ils sont très résistants à la corrosion et ont une forte rétention. Cependant, ils ont une faible coercitivité et peuvent donc être facilement démagnétisées par des champs magnétiques externes. Dans de nombreuses applications, il a déjà été remplacé par les aimants en ferrite ou pour des utilisations à des températures plus élevées par les aimants en samarium-cobalt.

Conclusion

Les aimants en alliage de samarium-cobalt ont une densité d'énergie magnétique élevé, peuvent être utilisé à des températures allant jusqu'à 350 ° C, sont résistants aux champs magnétiques extérieurs, et sont aussi très résistants à la corrosion. Leur production est plus chère que d'autres aimants parce que le samarium est considéré un métal rare. L’utilisation de ces aimants est conseillée pour qui a besoin d’une grande intensité du champ magnétique à des températures élevées, comme pour la construction de générateurs, moteurs, capteurs et appareils de mesure.