Comment sont fabriqués les aimants Alnico

L’Alnico est un alliage composé principalement d’une combinaison d’Aluminium, de Nickel, de Cobalt et de Fer plus des niveaux variables de Cuivre, de Titane et de Niobium.

La composition chimique exacte au sein du grade d’Alnico dépend du grade d’Alnico. Un exemple de composition est donné ci-dessous.

Composition typique de l’alliage Alnico

Un exemple pour l’Alnico 8 fritté est – 31,5% de fer, 36% de cobalt, 13,5% de nickel, 7,2% d’aluminium, 3,5% de cuivre, 7,5% de titane et 0,8% de niobium.

Les aimants Alnico peuvent être fabriqués soit par frittage, soit par les procédés de coulée plus courants. La structure de l’Alnico est celle d’une microstructure de barreau Fe-Co fortement magnétique dans une matrice Ni-Al faiblement magnétique – l’anisotropie de la forme du barreau donne à l’Alnico sa coercivité.

CAST ALNICO

Chaque grade d’Alnico a sa propre composition d’éléments en proportions variables. Les éléments pour l’Alnico sont mis dans un four (un four à induction est couramment utilisé) et sont fondus à 1750-1780 deg C. Une quantité d’aluminium (Al) plus élevée que nécessaire est ajoutée initialement parce qu’une partie de l’Al est perdue au fil du temps en raison de sa fusion à 680 deg C. Par conséquent, le temps pris pendant le processus de coulée est très important car il affecte le rapport Ni:Al.

L’alliage Alnico fondu est versé dans des moules en sable. Les moules en sable qui ont été préparés au préalable pour la forme requise de l’aimant. Le moule en sable contient des volumes qui sont les formes pour l’aimant qui sont reliés par des tubes horizontaux (runners) et des tubes verticaux (risers). Lorsque l’alliage magnétique fondu est versé dans le moule, il peut facilement déplacer tout l’air pour remplir tous les espaces et les vides (la méthode pour créer avec succès des moules en sable est un processus technique). Comme le moulage utilise des canaux et des élévateurs, le rendement n’est pas de 100 %. Le moule en sable et le moulage sont refroidis rapidement pour éviter la formation d’une seconde phase gamma. Il existe parfois des plaques spéciales au fond des moules, appelées « chills », qui facilitent le refroidissement. Et parfois, le sable utilisé est un sable exothermique. Le sable exothermique donne une vitesse de refroidissement différente et la plaque « chill » permet une croissance cristalline colonnaire ou semi-colonnaire pour produire des qualités d’Alnico avec les valeurs Br les plus élevées. La vitesse de refroidissement et aussi l’état de surface de l’aimant sont affectés par la quantité de sable utilisée dans le moule, la taille des grains de sable et les propriétés du sable.

Une fois que l’aimant a refroidi, le moule en sable est cassé et les aimants récupérés (le sable est recyclé ; les canaux et les élévateurs et retirés et recyclés). Un cycle de traitement thermique en présence d’un champ magnétique élimine toute seconde phase indésirable et donne certaines des propriétés magnétiques finales. Une étape finale de revenu donne les coefficients de température et les propriétés magnétiques finales (amélioration de la coercivité Hc et Hci de l’aimant). Les étapes de traitement thermique et de revenu peuvent être modifiées pour donner une réduction de la fragilité de ces aimants mais cela est très coûteux.

Si nécessaire, les aimants sont rectifiés à la taille finie. L’aspect tel que coulé de l’Alnico est une couleur gris foncé/noir avec une texture rugueuse (la texture provient du moule en sable). La finition usinée est une couleur métallique brillante et lisse. Les performances de l’aimant ne sont pas affectées si les faces non polaires restent moulées (ce qui est moins cher), bien que certains clients préfèrent que toutes les faces soient usinées pour des raisons esthétiques. Si nécessaire, les aimants sont également magnétisés avant d’être emballés.

La coulée est la seule méthode pour produire de grands aimants Alnico. Des aimants jusqu’à 30 kg, peut-être même plus lourds, peuvent être produits par coulée. Il peut y avoir de très petites poches d’air à l’intérieur des aimants Alnico coulés – ceci est parfaitement normal et n’est pas préjudiciable à l’aimant.

ALNICO FRITTÉ

L’Alnico fritté est fabriqué par un procédé de poudre pressée. Le mélange souhaité de poudres métalliques est pressé dans une matrice qui est très proche de la forme finale souhaitée. L’aimant « vert » qui en résulte est ensuite fritté à environ 1260 degrés C dans une atmosphère d’hydrogène pour fusionner la poudre. Les aimants sont en fait structurellement plus résistants que l’Alnico coulé (il est toujours recommandé d’éviter de placer des aimants dans des applications où ils doivent supporter des charges, car ils se briseront). Bien que le frittage puisse entraîner une légère variation de la forme par rapport à la forme « verte », des tolérances relativement étroites sont obtenues sans qu’il soit nécessaire de procéder à un usinage/meulage supplémentaire. En général, les aimants Alnico frittés sont de petite taille et pèsent moins de 30 grammes. Le procédé de production d’Alnico fritté convient à la production en série.