Quelles sont les matières des aimants permanents ?

Quel matériau magnétique choisir pour un aimant permanent ?

Il existe cinq familles de matériaux magnétiques. Par ordre de force magnétique croissante, on retrouve les types: Flexible, Céramique, Alnico, Samarium Cobalt et Néodyme. Les informations ci-dessous résument très succinctement les propriétés de chaque type, afin de vous aider à vous orienter dans le monde passionnant mais complexe des aimants permanents.

A) Les aimants permanents flexibles

Les aimants souples sont issus d'une variété spéciale de matériaux magnétiques en ferrite dans la plupart des cas, et parfois en terres rares. Ces aimants sont fabriqués en liant des poudres magnétiques en ferrite ou en terres rares dans divers supports, comme le vinyle.

La matière : Le matériau des aimants souples arborent une couleur blanche ou brune, semblable au caoutchouc. Ce matériau peu coûteux peut être plié, enroulé et tordu, et il est facile à couper avec un cutter ou des ciseaux. Les bandes et les feuilles magnétiques sont disponibles avec un ruban adhésif double face pour une application facile sur les produits. Les matériaux stratifiés avec du vinyle blanc peuvent être imprimés en utilisant la sérigraphie ou des techniques d'impression numérique.

Les tailles et formes : Les rouleaux de feuilles magnétiques mesurent généralement 600 mm de large et 30 mètres de long. L'épaisseur varie entre 0,5 et 1 mm.

Les différentes applications : étiquetage, signalisation, affichage visuel, publicité, adhésion sur fournitures de bureau, cartes de visite, projets de bricolage, habillage de fenêtres, etc. Ce sont des des applications essentiellement visuelles.

B) Les aimants en céramique (ou ferrite)

Les aimants en céramique sont composés de ferrite de baryum ou de strontium, le matériau magnétique le plus utilisé et le moins cher disponible à ce jour.

La matière : Moyennement puissants, avec un champ magnétique profond, et présentant une bonne résistance à la démagnétisation, les aimants en céramique sont populaires pour de nombreuses applications grand public. Ce matériau est dur, cassant et de couleur anthracite.

Les tailles et formes : Disques, anneaux, arcs et blocs rectangulaires.

Applications : Utilisés couramment pour l'artisanat, les loquets de retenue, les jouets, les moteurs, haut-parleur, les freins magnétiques, et une multitude d'applications. C'est un type d'aimants permanents produit depuis plus de 50 ans et on le retrouve dans une multitude d'utilisations quotidiennes et industrielles. Le champ magnétique qu'il émet est relativement faible mais il est profond.

C) Les aimants en Alnico

Les aimants Alnico sont composés d'aluminium, de nickel et de cobalt, et sont populaires depuis les années 1930. Les aimants Alnico sont utilisés principalement dans des applications techniques, où la résistance au température élevées est primordiale

La matière : Excellent pour des applications à haute température (jusqu'à 500°C), avec une induction résiduelle élevée  et la nécessité d'une résistance à la corrosion. Les aimants alnico moulés peuvent être fabriqués dans des formes relativement complexes.

Les tailles et formes : Disques, tiges, barres et autres formes diverses.

Applications : Utilisés couramment dans les compteurs et pour des applications spécialisées de maintien à haute température.

Ce type d'aimant est rarement utilisé, les applications grand public et industrielles sont peu nombreuses, car son champ magnétique est assez faible.

D) Les aimants au samarium-cobalt (SmCo)

Les aimants Samarium-Cobalt sont une classe de matériaux magnétiques à base de terres rares qui ont été développés au début des années 1970. Aujourd'hui, les aimants au SmCo sont le plus souvent utilisés dans des applications qui nécessitent des températures élevées et des propriétés magnétiques élevées. 

Matière : Propriétés magnétiques élevées, très fragile, mais peut être utilisé en toute sécurité à des températures allant jusqu'à 250°C.

Dimensions et formes : Disques, blocs et anneaux.

Applications : Généralement utilisé pour des applications plus avancées techniquement et à haute température. 

Le prix est à la mesure de l'avantage que procure une forte induction magnétique à une température élevée.

E) Aimants néodyme fer bore (NdFeB)

Les aimants en néodyme sont des aimants en terres rares aux propriétés magnétiques les plus élevées. Composés de néodyme, de fer et de bore, ces aimants permanents puissants constituent la classe de matériaux magnétiques la plus puissante disponible sur le marché aujourd'hui.

Matière : Pas aussi cassant que le SmCo, mais ne doit pas être utilisé à des températures supérieures à 80°C, sauf nuance particulière. Le matériau des néo-aimants peut se corroder facilement dans certaines conditions, il est donc préférable de protéger la surface un revêtement zingué.

Les tailles et formes : Disques, blocs, anneaux et tiges.

Applications : Idéal pour les applications industrielles et non techniques telles que les supports, les bijoux magnétiques, les fermoirs et autres.

Pour chaque matière que nous avons vu, il existe des dizaines de nuance (ou grade) avec des inductions et des profondeurs de champ magnétique plus ou moins importantes. Le choix de la nuance s'effectue en fonction de votre nécessité de puissance ou non.

GRAPHIQUES DE COMPARAISON DES MATIÈRES DES AIMANTS.

QUEL AIMANT PERMANENT EMET LE CHAMP MAGNÉTIQUE LE PLUS PUISSANT ?

Les aimants qui délivrent le champ magnétique le plus puissant à ce jour sont fabriqués à base de Terres Rares. Parmi les terres rares, extraite essentiellement en Chine, les aimants en néodyme-fer-bore sont les plus puissants. On raisonne bien entendu à température ambiante, car le néodyme (ou NFB) perd vite de sa puissance lorsque la température devient élevée. Il peut même perdre définitivement son aimantation, et on lui préférera donc le Samarium Cobalt. Il existe des courbes qui donnent l'induction en fonction de la température. 

CRITÈRES POUR CHOISIR UN AIMANT PERMANENT ?

Parmi les critères importants, voici les 3 principaux:

l'induction résiduelle Br dont l'unité est le Gauss. C'est une indication de la puissance que l'aimant est capable d'atteindre. Pour rappel, 10000 Gauss = 1 Tesla. Cette induction est l'information la plus usuellement échangée dans le monde industriel.

La force coercitive Hc dont l'unité est le Œrsteds. C'est la force opposée à celle de l'aimant qui permettrait de le démagnétiser définitivement. Plus elle est élevée, et plus l'aimant est résistant à un autre aimant ou électroaimant.

L'énergie maximale produite BH Max dont l'unité est le Méga-Oersteds. Elle exprime l'énergie maximale (KJ) en fonction du volume de l'aimant (m3). 

Voici quelques notions de ces 3 valeurs sur 3 matières d'aimants permanents:

Ferrite C1: Br=2200 Gauss / Hc=1900 Oersteds / BH Max= 1,1 MGoe

SmCo 18 : Br=8600 Gauss / Hc=7200 Oersteds / BH Max= 18 MGoe

Néo N42  : Br=13000 Gauss /Hc=12500 Oersteds /BH Max= 41 MGoe

A dimensions égales, cela vous donne une idée de l'écart de performence entre deux blocs d'aimants permanents. Le champ magnétique en sera clairement impacté, aussi bien en force qu'en profondeur. 

Inversement, à inductions égales, deux types d'aimants auront des dimensions bien différentes. Le néodyme sera nettement plus compact que le ferrite. 

CONCLUSION:

En fonction de ce que vous souhaitez faire, vous avez toute latitude pour choisir parmi ces 5 matières. Retenez que le néodyme est le plus puissant mais le plus cher, bien que son utilisation à grande échelle depuis quelques années a permis de réduire les coûts.

Le ferrite est quant à lui, le bon à tout faire. Il est moyen dans tout, est proposé à un prix faible qui lui permet d'être encore très présent dans les industries.

Notez que la performance annoncée sur le papier est souvent optimiste par rapport à la valeur réelle de l'aimant permanent choisi. Pensez à mesurer l'aimant, voire son circuit magnétique, avec un gaussmètre ou teslamètre. Nous proposons différents modèles, classiques ou utilisant une application smartphone.