Nomenclature des qualités d'aimants Alnico et différences de composition des noyaux

Les aimants Alnico (aluminium-nickel-cobalt) sont une classe d'aimants permanents développée au début du XXe siècle, reconnus pour leur excellente stabilité thermique, leur résistance à la corrosion et leur forte induction magnétique à haute température. Ils sont principalement composés de fer (Fe), d'aluminium (Al), de nickel (Ni) et de cobalt (Co), avec de faibles ajouts de cuivre (Cu), de titane (Ti) ou de niobium (Nb) pour affiner leur microstructure et améliorer leurs propriétés magnétiques.

Les aimants Alnico sont classés en différentes qualités selon leur composition et leurs performances magnétiques, avec des désignations courantes telles que Alnico 2, Alnico 5, Alnico 8 et Alnico 9. De plus, certaines qualités spécifiques, comme les aimants SmCo (samarium-cobalt) de type 2:17, sont parfois mentionnées en raison de leur teneur en cobalt, bien qu'elles appartiennent à une famille différente d'aimants aux terres rares. Cet article porte sur les différentes qualités d'aimants Alnico et leur nomenclature, tout en les distinguant brièvement des autres aimants contenant du cobalt.

2. Nomenclature des nuances d'Alnico : bases et normes

2.1 Nomenclature standard MMPA

La norme la plus répandue pour désigner les aimants Alnico est celle de la MMPA (Magnetic Materials Producers Association) , qui attribue des grades numériques (par exemple, Alnico 2, Alnico 5, Alnico 8) en fonction de leurs propriétés magnétiques et de leur composition. Ces grades sont normalisés afin d'aider les utilisateurs à choisir l'aimant adapté à des applications spécifiques.

2.2 Nomenclature chinoise

En Chine, les qualités d'Alnico sont souvent désignées par une combinaison de lettres et de chiffres du pinyin chinois . Par exemple :

• LNG ouLNGT Les préfixes indiquent le moulage Alnico (où « LNGT » inclut le titane).
• Les préfixes F désignent l'Alnico fritté.
• Les nombres suivant le préfixe représentent la valeur minimale du produit énergétique maximal (BH)max en kJ/m³.
• Un suffixe « J » peut indiquer un alliage à haute coercivité.

2.3 Autres conventions d'appellation

Certains fabricants utilisent des noms commerciaux comme Columax, Alcomax, Hycomax ou Ticonal , bien que ceux-ci soient moins courants dans la littérature technique moderne. Les grades numériques MMPA restent les plus universellement compris.

3. Différences de composition du noyau entre les différentes qualités d'Alnico

La principale différence entre les nuances d'Alnico réside dans leur teneur en cobalt (Co) , qui influence directement leurs propriétés magnétiques. D'autres éléments comme le nickel (Ni), l'aluminium (Al), le cuivre (Cu) et le titane (Ti) jouent également un rôle crucial dans leurs performances. Vous trouverez ci-dessous une description détaillée des principales nuances d'Alnico et de leur composition :

3.1 Alnico 2

• Composition : Environ 5 % Al, 15 % Ni, 20 % Co, 55 % Fe, 1 % Cu .
• Propriétés magnétiques:
  • Rémanence (Br) : Modérée (environ 0,7–0,9 T).
  • Coercivité (Hc) : Faible (environ 40–50 kA/m).
  • Produit énergétique maximal (BHmax) : Faible (environ 5–10 kJ/m³).
• Caractéristiques:
  • Isotrope (propriétés magnétiques non directionnelles).
  • Convient aux applications à faible champ où le coût et la facilité de magnétisation sont prioritaires.
  • Souvent utilisé dans les capteurs, les relais et les moteurs de faible puissance.

3.2 Alnico 5

• Composition : Environ 8 % Al, 15 % Ni, 24 % Co, 35 % Fe, 4 % Cu, 1 % Ti .
• Propriétés magnétiques:
  • Rémanence (Br) : Élevée (environ 1,0–1,3 T).
  • Coercivité (Hc) : Modérée (environ 48–160 kA/m).
  • Produit énergétique maximal (BHmax) : Modéré à élevé (environ 25–40 kJ/m³).
• Caractéristiques:
  • Anisotropie (propriétés magnétiques directionnelles obtenues par traitement thermique dans un champ magnétique).
  • Performances équilibrées et bonne stabilité thermique.
  • Largement utilisé dans les moteurs électriques, les générateurs, les haut-parleurs et les séparateurs magnétiques.

3.3 Alnico 8

• Composition : Environ 8 % Al, 24 % Ni, 14 % Co, 46 ​​% Fe, 2 % Ti .
• Propriétés magnétiques:
  • Rémanence (Br) : Très élevée (environ 1,1–1,4 T).
  • Coercivité (Hc) : Élevée (environ 160–240 kA/m).
  • Produit énergétique maximal (BHmax) : Élevé (environ 35–50 kJ/m³).
• Caractéristiques:
  • Anisotrope avec des performances magnétiques supérieures à celles de l'Alnico 5.
  • Excellente stabilité thermique et résistance à la corrosion.
  • Utilisé dans les moteurs, capteurs et équipements audio haute performance nécessitant une puissance magnétique maximale.

3.4 Alnico 9

• Composition : Similaire à l'Alnico 8 mais avec des proportions légèrement ajustées (par exemple, une teneur plus élevée en Co ou Ti).
• Propriétés magnétiques:
  • Rémanence (Br) : Comparable à Alnico 8.
  • Coercivité (Hc) : Supérieure à celle de l'Alnico 8.
  • Produit énergétique maximal (BHmax) : Parmi les plus élevés de la famille Alnico.
• Caractéristiques:
  • Moins courant que l'Alnico 5 et 8, mais utilisé dans des applications spécialisées nécessitant des performances magnétiques extrêmes.

3.5 Tendances clés en matière de composition et de performance

• Teneur en cobalt : Une teneur plus élevée en Co augmente généralement la rémanence (Br) et le produit énergétique maximal (BHmax), mais peut réduire légèrement la coercivité (Hc) à moins d'être équilibrée avec d'autres éléments comme le Ti.
• Teneur en nickel : Une teneur plus élevée en Ni améliore la coercivité et la stabilité thermique, mais peut réduire la rémanence si elle n'est pas équilibrée avec du Co.
• Aluminium et cuivre : Ces éléments contribuent à la formation de la microstructure souhaitée (par exemple, des précipités allongés de NiAl pour l'anisotropie de forme) et améliorent les propriétés magnétiques.
• Titane : Ajouté dans certaines qualités (par exemple, Alnico 8) pour affiner la structure du grain et améliorer la coercivité.

4. Comparaison avec d'autres aimants contenant du cobalt : SmCo de type 2:17

Bien qu'il ne s'agisse pas d'un aimant de qualité Alnico, l'aimant samarium-cobalt (SmCo) de type 2:17 mérite d'être mentionné en raison de sa teneur en cobalt et de ses performances élevées. Contrairement à l'Alnico, le SmCo appartient à la famille des aimants aux terres rares et offre des propriétés magnétiques supérieures, moyennant un coût de matériau et de fabrication plus élevé.

4.1 Composition

• SmCo de type 2:17 : Contient environ 23 à 28 % de Co , ainsi que du Sm (samarium), du Fe (fer), du Cu (cuivre) et du Zr (zirconium).
• Propriétés magnétiques:
  • Rémanence (Br) : Jusqu'à 1,1–1,2 T.
  • Coercivité (Hc) : Extrêmement élevée (jusqu'à 2000–2500 kA/m).
  • Produit énergétique maximal (BHmax) : Très élevé (jusqu'à 250–300 kJ/m³).
• Caractéristiques:
  • Stabilité thermique exceptionnelle (fonctionne jusqu'à 350–400°C).
  • Très résistant à la corrosion et à la démagnétisation.
  • Utilisé dans les secteurs de l'aérospatiale, de la défense et dans les applications industrielles de pointe où la performance prime sur le coût.

4.2 Principales différences par rapport à l'Alnico

• Famille de matériaux : L'Alnico est un aimant en alliage métallique, tandis que le SmCo est un aimant à base de terres rares.
• Performances magnétiques : Le SmCo surpasse nettement l'Alnico en termes de coercivité et de produit énergétique, mais il est plus cher.
• Stabilité thermique : Les deux offrent une excellente stabilité, mais le SmCo a une limite supérieure de température plus élevée.
• Applications : L'Alnico est privilégié pour les applications à haute température et à faible coût, tandis que le SmCo est utilisé lorsque des performances maximales sont essentielles.

5. Sélection basée sur le rapport coût-efficacité et l'application

Le choix de la nuance d'Alnico dépend d'un équilibre entre performances magnétiques, stabilité thermique, résistance à la corrosion et coût . Une teneur en cobalt plus élevée améliore généralement les performances, mais augmente le coût des matériaux et de la fabrication. Le meilleur rapport coût-efficacité varie selon l'application.

5.1 Applications à faible coût et à faibles performances

• Alnico 2 : Convient aux capteurs, relais et moteurs de faible puissance où une sortie magnétique modérée est suffisante.

5.2 Applications à performances équilibrées

• Alnico 5 : La qualité la plus couramment utilisée, offrant un bon équilibre entre coût et performance pour les moteurs électriques, les générateurs et les haut-parleurs.

5.3 Applications hautes performances

• Alnico 8 : Utilisé dans les moteurs, capteurs et équipements audio haute performance où une puissance magnétique maximale est requise et où le coût est moins important.

5.4 Applications spécialisées

• Alnico 9 ou SmCo : Réservé aux applications de niche exigeant des performances extrêmes ou une stabilité thermique supérieure aux capacités de l'Alnico.

6. Conclusion

Les aimants Alnico sont classés en différentes qualités (par exemple, Alnico 2, 5, 8, 9) selon leur composition et leurs propriétés magnétiques, la teneur en cobalt étant le principal critère de différenciation. Les qualités à forte teneur en cobalt (par exemple, Alnico 8) offrent des performances magnétiques supérieures, mais à un coût plus élevé, tandis que les qualités à faible teneur en cobalt (par exemple, Alnico 2) constituent une solution économique pour les applications moins exigeantes. La nomenclature normalisée MMPA et les systèmes basés sur le pinyin chinois aident les utilisateurs à identifier et à sélectionner la qualité adaptée à leurs besoins.

Bien que les aimants Alnico conservent leur valeur grâce à leur stabilité thermique et leur résistance à la corrosion, ils sont concurrencés par les aimants aux terres rares comme le SmCo dans les applications hautes performances. Cependant, les avantages uniques de l'Alnico lui assurent une place de choix dans des secteurs tels que l'automobile, l'aérospatiale et l'électronique grand public. La clé d'une rentabilité optimale réside dans le choix de la qualité de l'aimant en fonction des exigences spécifiques de l'application, garantissant ainsi le meilleur compromis entre performance et coût.