Rev. Phys. Appl. (Paris) 9, 819-836 (1974)
DOI: 10.1051/rphysap:0197400905081900

Matériaux durs pour aimants permanents

H. Lemaire

Société d'Etudes et de Recherches Magnétiques « SERMAG » Laboratoire de Recherche d'Aimants Ugimag, 1 à 3, rue Alfred-Gueymard, Boite Postale N° 26, 38401 Saint-Martin-d'Hères, France

Abstract
Often ignored, for unseen, permanent magnets are increasingly becoming valuable components for electronical and electrotechnical devices, used in a large scale for loud-speakers, doors latches, low power motors, ..., as well as in measuring systems, separators, microwaves devices. The total number of unit magnets produced per year in a large plant amounts to several hundreds of millions, since the small magnet weighing 4 mg in a high quality material as Cobalt-Rare Earth and used in electric watches, till the big 40 kg magnet, directly cast in Ticonal 600, for the stator of an electric generator. The same 107 factor in the weight can be found in the coercivities of ferromagnetic materials, going from 10-2 Oe for very soft materials to 105 Oe for very hard materials. This review deals with the various hard materials now in production, illustrated by a few new laboratory results. If the old theory of pinned Bloch walls, initially developed for magnet steels, comes back again for cobalt-rare earths alloys substituted with copper and iron, the origin of the properties of most modern hard materials is interpreted in terms of single domain fine - particle theory : in one case, magnetization reversal is governed, either by a shape anisotropy (Ticonals, powder magnets) or a crystal anisotropy (platinum-cobalt alloy, hard ferrites) - in the other case, it is governed by nucleation of reversed domains or unpinning of Bloch walls (sintered cobalt-rare earths magnets). The study of first magnetization curves, as well as intrinsic curves or recoil curves, is very useful to distinguish between various mechanisms of coercivity, and is illustrated here by new results obtained on high coercivity materials, as Ticonal 2000 ((BHmax) = 6.5 × 106 G.Oe), Sermalloy P, Plasto-Ferrite magnets Ferriflex 10 very well oriented ((BH)max = 2.0 x 106 G.Oe) and Cobalt-Rare Earth Coramag. Although an increase in coercivity is usually followed by a decrease in remanence, this does not appear in intermetallic compounds based on transition and rare earth metals, thus allowing very high specific energies. Synthesis, mechanical and magnetic shaping, thermal properties of these compounds are showed and discussed.

Résumé
Souvent ignorés, parce que rarement visibles, les aimants permanents sont maintenant devenus des composants indispensables de l'électronique et de l'électrotechnique, que ce soit pour l'emploi grand public (haut-parleurs, fermetures de portes, moteurs à puissance fractionnaire) ou pour le professionnel (appareils de mesure, séparateurs, circuits pour hyperfréquences). Et il faut compter par centaines de millions d'unités les aimants qu'une grande usine est capable de produire chaque année, depuis l'aimant de 4 mg en nuance performante à base de cobalt-terres rares et destiné aux transducteurs de l'horlogerie, jusqu'à l'aimant de 40 kg, coulé en une seule pièce dans la nuance Ticonal 600, pièce maîtresse du stator d'un générateur. Ce facteur de 107 dans le poids se retrouve presque dans les coercivités intrinsèques des ferromagnétiques industriels qui s'étagent de 10-2 Oe pour les très bons matériaux doux à 105 Oe pour les matériaux durs les plus récents. A l'occasion d'une revue des principaux matériaux pour aimants permanents fabriqués couramment, les divers mécanismes concourant à la coercivité intrinsèque des aimants modemes sont présentés et illustrés par des exemples tirés de nos plus récents résultats. Si l'ancienne théorie de l'accrochage des parois de Bloch, développée autrefois pour les aciers, revient à la mode avec les alliages cobalt-terres rares substitués au cuivre et au fer, l'origine des propriétés de la plupart des aimants modemes s'interprète en termes de théorie des fines particules : barrière au renversement de l'aimantation, gouvemée par l'anisotropie de forme (Ticonals, Aimants en poudre) ou l'anisotropie monocristalline (Platine-Cobalt, Ferrites dures) - barrière à la nucléation de domaines inverses ou au décrochage de parois (Aimants Cobalt-Terres Rares frittés). L'examen des courbes de première aimantation, des courbes de désaimantation intrinsèque, des cycles de recul, permet de différencier ces mécanismes de coercivité, que l'on illustre par la présentation de résultats relatifs aux nuances à forte coercivité comme le nouveau Ticonal 2000 à grande énergie spécifique ((BH)max = 6,5 MG.Oe), le Platine-Cobalt Sermalloy P, le caoutchouc magnétique totalement orienté ((BH)max = 2 MG. Oe) et surtout les aimants Cobalt-Terres Rares Coramag. Alors que, jusqu'à ces demières années, l'augmentation de coercivité s'accompagnait toujours d'une baisse de la rémanence, l'apparition des composés intermétalliques de cobalt et de terres rares renverse cette situation et permet d'atteindre facilement des énergies spécifiques très élevées. La préparation, les possibilités de mise en forme mécanique et magnétique, les propriétés thermiques des aimants cobalt terres rares sont présentées et discutées.

PACS
7560 - Magnetic domain effects, magnetization curves, and hysteresis.
3120E - Permanent magnets.
3120G - Microwave magnetic devices.

Key words
coercive force -- domain walls -- magnetic materials -- magnetisation -- reviews -- Co rare earth -- Tircanol 600 -- ferromagnetic materials -- coercivities -- Cu substituted -- Fe substituted -- single domain fine particle theory -- mechanical shaping -- Pt Co alloy -- Co rare earth Coramag -- reversed domain nucleation -- plastoferrite magnets -- Ferriflex 10 -- permanent magnets -- electrotechnical devices -- low power motors -- measuring systems -- separators -- microwave devices -- pinned Bloch walls -- magnet steels -- hard materials -- magnetization reversal -- shape anisotropy -- powder magnets -- crystal anisotropy -- hard ferrites -- magnetization curves -- intrinsic curves -- recoil curves -- high coercivity materials -- Ticonal 2000 -- remanence -- specific energies -- magnetic shaping -- thermal properties -- Sermalloy P