Un aimant en Néodyme (Nd-Fe-B)est un aimant de terre rare commun composé de néodyme (Nd), de fer (Fe), de bore (B) et de métaux de transition.Ils ont des performances supérieures dans les applications en raison de leur champ magnétique puissant, qui est de 1,4 teslas (T), une unité d'induction magnétique ou de densité de flux.
Les aimants en néodyme sont classés selon la manière dont ils sont fabriqués, frittés ou liés.Ils sont devenus les aimants les plus utilisés depuis leur développement en 1984.
À l’état naturel, le néodyme est ferromagnétique et ne peut être magnétisé qu’à des températures extrêmement basses.Lorsqu’il est combiné avec d’autres métaux, comme le fer, il peut être magnétisé à température ambiante.
Les capacités magnétiques d’un aimant en néodyme sont visibles sur l’image de droite.
Les deux types d’aimants aux terres rares sont le néodyme et le samarium-cobalt.Avant la découverte des aimants en néodyme, les aimants en samarium-cobalt étaient les plus couramment utilisés, mais ont été remplacés par des aimants en néodyme en raison des coûts de fabrication des aimants en samarium-cobalt.
Quelles sont les propriétés d’un aimant en néodyme ?
La principale caractéristique des aimants en néodyme est leur puissance par rapport à leur taille.Le champ magnétique d'un aimant en néodyme se produit lorsqu'un champ magnétique lui est appliqué et que les dipôles atomiques s'alignent, ce qui constitue la boucle d'hystérésis magnétique.Lorsque le champ magnétique est supprimé, une partie de l’alignement reste dans le néodyme magnétisé.
Les qualités des aimants en néodyme indiquent leur force magnétique.Plus le numéro de classe est élevé, plus la puissance de l'aimant est forte.Les chiffres proviennent de leurs propriétés exprimées en méga gauss Oersteds ou MGOe, qui est le point le plus fort de sa courbe BH.
L'échelle de notation « N » commence à N30 et va à N52, bien que les aimants N52 soient rarement utilisés ou seulement dans des cas particuliers.Le chiffre « N » peut être suivi de deux lettres, comme SH, qui indiquent la coercivité (Hc) de l'aimant.Plus le Hc est élevé, plus la température que le néo-aimant peut supporter avant de perdre sa puissance est élevée.
Le tableau ci-dessous répertorie les qualités d'aimants en néodyme les plus couramment utilisées.
Les propriétés des aimants en néodyme
Rémanence :
Lorsque le néodyme est placé dans un champ magnétique, les dipôles atomiques s'alignent.Après avoir été retirée du champ, une partie de l’alignement reste créant du néodyme magnétisé.La rémanence est la densité de flux qui reste lorsque le champ externe revient d'une valeur de saturation à zéro, qui est l'aimantation résiduelle.Plus la rémanence est élevée, plus la densité de flux est élevée.Les aimants en néodyme ont une densité de flux de 1,0 à 1,4 T.
La rémanence des aimants en néodyme varie en fonction de leur fabrication.Les aimants en néodyme fritté ont un T de 1,0 à 1,4.Les aimants en néodyme collés ont une résistance de 0,6 à 0,7 T.
Coercitivité :
Une fois le néodyme magnétisé, il ne revient pas à une magnétisation nulle.Pour le ramener à une magnétisation nulle, il doit être repoussé par un champ dans la direction opposée, appelé coercivité.Cette propriété d’un aimant est sa capacité à résister à l’influence d’une force magnétique externe sans être démagnétisé.La coercivité est la mesure de l'intensité nécessaire d'un champ magnétique pour réduire la magnétisation d'un aimant à zéro ou la résistance d'un aimant pour être démagnétisé.
La coercivité est mesurée en unités oersted ou ampères étiquetées Hc.La coercivité des aimants en néodyme dépend de la manière dont ils sont fabriqués.Les aimants en néodyme fritté ont une coercivité de 750 Hc à 2 000 Hc, tandis que les aimants en néodyme lié ont une coercivité de 600 Hc à 1 200 Hc.
Produit énergétique :
La densité de l’énergie magnétique est caractérisée par la valeur maximale de la densité de flux multipliée par l’intensité du champ magnétique, qui correspond à la quantité de flux magnétique par unité de surface.Les unités sont mesurées en teslas pour les unités SI et son Gauss, le symbole de la densité de flux étant B. La densité de flux magnétique est la somme du champ magnétique externe H et de la polarisation magnétique du corps magnétique J en unités SI.
Les aimants permanents ont un champ B dans leur noyau et leurs environs.La direction de l’intensité du champ B est attribuée aux points situés à l’intérieur et à l’extérieur de l’aimant.Une aiguille de boussole dans un champ B d’un aimant se dirige vers la direction du champ.
Il n’existe pas de moyen simple de calculer la densité de flux de formes magnétiques.Il existe des programmes informatiques capables de faire le calcul.Des formules simples peuvent être utilisées pour des géométries moins complexes.
L'intensité d'un champ magnétique est mesurée en Gauss ou Teslas et constitue la mesure courante de la force d'un aimant, qui est une mesure de la densité de son champ magnétique.Un gaussmètre est utilisé pour mesurer la densité de flux d'un aimant.La densité de flux d'un aimant en néodyme est de 6 000 Gauss ou moins car il présente une courbe de démagnétisation en ligne droite.
Température de Curie :
La température de Curie, ou point de Curie, est la température à laquelle les matériaux magnétiques modifient leurs propriétés magnétiques et deviennent paramagnétiques.Dans les métaux magnétiques, les atomes magnétiques sont alignés dans la même direction et se renforcent mutuellement.L'augmentation de la température de Curie modifie la disposition des atomes.
La coercitivité augmente à mesure que la température augmente.Bien que les aimants en néodyme aient une coercivité élevée à température ambiante, elle diminue à mesure que la température augmente jusqu'à atteindre la température de Curie, qui peut être d'environ 320°C ou 608°F.
Quelle que soit la puissance des aimants en néodyme, des températures extrêmes peuvent altérer leurs atomes.Une exposition prolongée à des températures élevées peut leur faire perdre complètement leurs propriétés magnétiques, qui commencent à 80° C ou 176° F.
Comment sont fabriqués les aimants en néodyme ?
Les deux procédés utilisés pour fabriquer des aimants en néodyme sont le frittage et le collage.Les propriétés des aimants finis varient en fonction de la manière dont ils sont produits, le frittage étant la meilleure des deux méthodes.
Comment sont fabriqués les aimants en néodyme
Frittage
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Fusion:
Le néodyme, le fer et le bore sont mesurés et placés dans un four à induction sous vide pour former un alliage.D'autres éléments sont ajoutés pour des qualités spécifiques, telles que le cobalt, le cuivre, le gadolinium et le dysprosium, pour renforcer la résistance à la corrosion.Le chauffage est créé par des courants de Foucault électriques dans le vide pour empêcher les contaminants d’entrer.Le mélange de néo-alliages est différent pour chaque fabricant et chaque qualité d'aimant en néodyme.
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Poudrage :
L'alliage fondu est refroidi et transformé en lingots.Les lingots sont broyés au jet dans une atmosphère d’azote et d’argon pour créer une poudre de la taille d’un micron.La poudre de néodyme est mise dans une trémie pour être pressée.
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Pressage:
La poudre est pressée dans une matrice légèrement plus grande que la forme souhaitée par un processus appelé refoulement à une température d'environ 725°C. La forme plus grande de la matrice permet un retrait pendant le processus de frittage.Lors du pressage, le matériau est exposé à un champ magnétique.Il est placé dans une deuxième matrice pour être pressé dans une forme plus large afin d'aligner la magnétisation parallèlement à la direction de pressage.Certaines méthodes incluent des dispositifs permettant de générer des champs magnétiques pendant le pressage afin d'aligner les particules.
Avant que l'aimant pressé ne soit relâché, il reçoit une impulsion démagnétisante pour le laisser démagnétisé afin de créer un aimant vert, qui s'effrite facilement et possède de mauvaises propriétés magnétiques.
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Frittage :
Le frittage, ou frittage, compacte et forme l'aimant vert en utilisant la chaleur en dessous de son point de fusion pour lui conférer ses propriétés magnétiques finales.Le processus est soigneusement surveillé dans une atmosphère inerte et sans oxygène.Les oxydes peuvent détruire les performances d'un aimant en néodyme.Il est comprimé à des températures atteignant 1080°C mais en dessous de son point de fusion pour forcer les particules à adhérer les unes aux autres.
Une trempe est appliquée pour refroidir rapidement l'aimant et minimiser les phases, qui sont des variantes de l'alliage ayant de mauvaises propriétés magnétiques.
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Usinage:
Les aimants frittés sont meulés à l'aide d'outils de coupe en diamant ou en fil pour les façonner selon les tolérances correctes.
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Placage et revêtement :
Le néodyme s'oxyde rapidement et est sujet à la corrosion, ce qui peut lui faire perdre ses propriétés magnétiques.À titre de protection, ils sont recouverts de plastique, de nickel, de cuivre, de zinc, d'étain ou d'autres formes de revêtements.
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Magnétisation:
Bien que l'aimant ait une direction de magnétisation, il n'est pas magnétisé et doit être brièvement exposé à un champ magnétique puissant, qui est une bobine de fil qui entoure l'aimant.La magnétisation implique des condensateurs et une haute tension pour produire un courant fort.
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L'inspection finale:
Des projecteurs de mesure numériques vérifient les dimensions et la technologie de fluorescence X vérifie l'épaisseur du placage.Le revêtement est testé d'autres manières pour garantir sa qualité et sa résistance.La courbe BH est testée par un graphique d'hystérésis pour confirmer le grossissement complet.
Collage
Le collage, ou collage par compression, est un processus de pressage qui utilise un mélange de poudre de néodyme et d'un liant époxy.Le mélange est composé à 97 % de matériau magnétique et à 3 % d'époxy.
Le mélange époxy et néodyme est comprimé dans une presse ou extrudé et durci dans un four.Étant donné que le mélange est pressé dans une matrice ou soumis à une extrusion, les aimants peuvent être moulés dans des formes et des configurations complexes.Le processus de collage par compression produit des aimants avec des tolérances serrées et ne nécessite aucune opération secondaire.
Les aimants liés par compression sont isotropes et peuvent être magnétisés dans n’importe quelle direction, y compris les configurations multipolaires.La liaison époxy rend les aimants suffisamment puissants pour être fraisés ou tournés mais pas percés ou taraudés.
Fritté radial
Les aimants en néodyme à orientation radiale sont les aimants les plus récents sur le marché des aimants.Le procédé de production d'aimants à alignement radial est connu depuis de nombreuses années mais n'était pas rentable.Les développements technologiques récents ont rationalisé le processus de fabrication, facilitant ainsi la production d'aimants orientés radialement.
Les trois processus de fabrication d'aimants en néodyme à alignement radial sont le moulage sous pression anisotrope, l'extrusion arrière par pressage à chaud et l'alignement du champ rotatif radial.
Le processus de frittage garantit qu’il n’y a pas de points faibles dans la structure des aimants.
La qualité unique des aimants alignés radialement réside dans la direction du champ magnétique, qui s’étend autour du périmètre de l’aimant.Le pôle sud de l’aimant se trouve à l’intérieur de l’anneau, tandis que le pôle nord se trouve sur sa circonférence.
Les aimants en néodyme à orientation radiale sont anisotropes et sont magnétisés de l'intérieur de l'anneau vers l'extérieur.La magnétisation radiale augmente la force magnétique des anneaux et peut être façonnée selon plusieurs motifs.
Les aimants annulaires radiaux en néodyme peuvent être utilisés pour les moteurs synchrones, les moteurs pas à pas et les moteurs CC sans balais pour les secteurs de l'automobile, de l'informatique, de l'électronique et des communications.
Applications des aimants en néodyme
Convoyeurs de séparation magnétique :
Dans la démonstration ci-dessous, le tapis roulant est recouvert d'aimants en néodyme.Les aimants sont disposés avec des pôles alternés tournés vers l’extérieur, ce qui leur confère une forte emprise magnétique.Les objets qui ne sont pas attirés par les aimants tombent tandis que les matériaux ferromagnétiques tombent dans un bac de collecte.
Disques durs:
Les disques durs comportent des pistes et des secteurs avec des cellules magnétiques.Les cellules sont magnétisées lorsque les données sont écrites sur le lecteur.
Micros pour guitare électrique :
Un micro de guitare électrique détecte les cordes vibrantes et convertit le signal en un faible courant électrique à envoyer à un amplificateur et un haut-parleur.Les guitares électriques diffèrent des guitares acoustiques qui amplifient leur son dans la boîte creuse située sous les cordes.Les guitares électriques peuvent être en métal massif ou en bois et leur son est amplifié électroniquement.
Traitement de l'eau:
Les aimants en néodyme sont utilisés dans le traitement de l'eau pour réduire le tartre dû à l'eau dure.L'eau dure a une teneur élevée en minéraux de calcium et de magnésium.Avec le traitement magnétique de l’eau, l’eau traverse un champ magnétique pour capturer le tartre.La technologie n’a pas été entièrement reconnue comme efficace.Il y a eu des résultats encourageants.
Commutateurs Reed :
Un interrupteur à lames est un interrupteur électrique actionné par un champ magnétique.Ils disposent de deux contacts et de lames métalliques dans une enveloppe en verre.Les contacts de l'interrupteur sont ouverts jusqu'à ce qu'ils soient activés par un aimant.
Les interrupteurs Reed sont utilisés dans les systèmes mécaniques comme capteurs de proximité dans les portes et fenêtres pour les systèmes d'alarme antivol et d'inviolabilité.Dans les ordinateurs portables, les interrupteurs à lames mettent l'ordinateur portable en mode veille lorsque le couvercle est fermé.Les claviers à pédales pour orgues à tuyaux utilisent des interrupteurs à lames qui se trouvent dans un boîtier en verre pour les contacts afin de les protéger de la saleté, de la poussière et des débris.
Aimants à coudre :
Les aimants cousus en néodyme sont utilisés pour les fermoirs magnétiques sur les sacs à main, les vêtements et les dossiers ou classeurs.Les aimants à coudre sont vendus par paires, un aimant étant a+ et l'autre a-.
Aimants pour prothèses dentaires :
Les prothèses dentaires peuvent être maintenues en place par des aimants intégrés dans la mâchoire du patient.Les aimants sont protégés de la corrosion due à la salive par un placage en acier inoxydable.Du nitrure de titane céramique est appliqué pour éviter l'abrasion et réduire l'exposition au nickel.
Butées de porte magnétiques :
Les butées de porte magnétiques sont des butées mécaniques qui maintiennent une porte ouverte.La porte s'ouvre, touche un aimant et reste ouverte jusqu'à ce que la porte soit retirée de l'aimant.
Fermoir à bijoux :
Les fermoirs magnétiques pour bijoux sont livrés avec deux moitiés et sont vendus par paire.Les moitiés comportent un aimant dans un boîtier en matériau non magnétique.Une boucle métallique à l'extrémité attache la chaîne d'un bracelet ou d'un collier.Les boîtiers d'aimants s'emboîtent les uns dans les autres, empêchant les mouvements latéraux ou de cisaillement entre les aimants pour fournir un maintien solide.
Haut-parleurs:
Les haut-parleurs convertissent l’énergie électrique en énergie mécanique ou en mouvement.L'énergie mécanique comprime l'air et convertit le mouvement en énergie sonore ou en niveau de pression acoustique.Un courant électrique, envoyé à travers une bobine de fil, crée un champ magnétique dans un aimant fixé au haut-parleur.La bobine mobile est attirée et repoussée par l'aimant permanent, qui fait bouger le cône auquel la bobine mobile est attachée d'avant en arrière.Le mouvement des cônes crée des ondes de pression qui sont entendues sous forme de son.
Capteurs de freinage antiblocage :
Dans les freins antiblocage, des aimants en néodyme sont enveloppés dans des bobines de cuivre dans les capteurs du frein.Un système de freinage antiblocage contrôle l'accélération et la décélération des roues en régulant la pression de conduite appliquée au frein.Les signaux de commande, générés par le contrôleur et appliqués à l'unité de modulation de pression de freinage, proviennent des capteurs de vitesse de roue.
Les dents de l'anneau du capteur tournent devant le capteur magnétique, ce qui provoque une inversion de polarité du champ magnétique qui envoie un signal de fréquence à la vitesse angulaire de l'essieu.La différenciation du signal est l'accélération des roues.
Considérations sur l'aimant en néodyme
En tant qu’aimants les plus puissants et les plus puissants au monde, les aimants en néodyme peuvent avoir des effets négatifs néfastes.Il est important de les traiter correctement en tenant compte des dommages qu’ils peuvent causer.Vous trouverez ci-dessous une description de certains des effets négatifs des aimants en néodyme.
Effets négatifs des aimants en néodyme
Blessures corporelles:
Les aimants en néodyme peuvent sauter ensemble et pincer la peau ou provoquer des blessures graves.Ils peuvent sauter ou claquer ensemble à plusieurs pouces ou plusieurs pieds de distance.Si un doigt gêne, il peut être cassé ou gravement blessé.Les aimants en néodyme sont plus puissants que les autres types d’aimants.La force incroyablement puissante qui les unit peut souvent être surprenante.
Rupture de l'aimant :
Les aimants en néodyme sont fragiles et peuvent se décoller, s'écailler, se fissurer ou se briser s'ils s'entrechoquent, ce qui fait voler de petits morceaux de métal pointus à grande vitesse.Les aimants en néodyme sont constitués d'un matériau dur et cassant.Bien qu’ils soient fabriqués en métal et aient un aspect métallique brillant, ils ne sont pas durables.Des lunettes de protection doivent être portées lors de leur manipulation.
Garder loin des enfants:
Les aimants en néodyme ne sont pas des jouets.Les enfants ne devraient pas être autorisés à les manipuler.Les petits peuvent présenter un risque d’étouffement.Si plusieurs aimants sont avalés, ils s’attacheront les uns aux autres à travers les parois intestinales, ce qui entraînera de graves problèmes de santé nécessitant une intervention chirurgicale d’urgence immédiate.
Danger pour les stimulateurs cardiaques :
Une intensité de champ de dix gauss à proximité d'un stimulateur cardiaque ou d'un défibrillateur peut interagir avec le dispositif implanté.Les aimants en néodyme créent des champs magnétiques puissants qui peuvent interférer avec les stimulateurs cardiaques, les DCI et les dispositifs médicaux implantés.De nombreux dispositifs implantés se désactivent lorsqu'ils se trouvent à proximité d'un champ magnétique.
Médias magnétiques :
Les champs magnétiques puissants des aimants en néodyme peuvent endommager les supports magnétiques tels que les disquettes, les cartes de crédit, les cartes d'identité magnétiques, les cassettes, les bandes vidéo, et endommager les anciens téléviseurs, magnétoscopes, écrans d'ordinateur et écrans CRT.Ils ne doivent pas être placés à proximité d'appareils électroniques.
GPS et Smartphones :
Les champs magnétiques interfèrent avec les boussoles ou magnétomètres et les boussoles internes des smartphones et appareils GPS.L'Association du transport aérien international et les règles et réglementations fédérales américaines couvrent l'expédition des aimants.
Allergie au nickel :
Si vous êtes allergique au nickel, le système immunitaire considère le nickel comme un intrus dangereux et produit des produits chimiques pour le combattre.Une réaction allergique au nickel se traduit par une rougeur et une éruption cutanée.Les allergies au nickel sont plus fréquentes chez les femmes et les filles.Environ 36 pour cent des femmes de moins de 18 ans sont allergiques au nickel.La façon d’éviter l’allergie au nickel est d’éviter les aimants en néodyme recouverts de nickel.
Démagnétisation :
Les aimants en néodyme conservent leur efficacité jusqu'à 80 °C ou 175 °F. La température à laquelle ils commencent à perdre leur efficacité varie selon la qualité, la forme et l'application.
Inflammable:
Les aimants en néodyme ne doivent pas être percés ou usinés.La poussière et la poudre produites par le broyage sont inflammables.
Corrosion:
Les aimants en néodyme sont recouverts d'une certaine forme de revêtement ou de placage pour les protéger des éléments.Ils ne sont pas étanches et rouilleront ou se corroderont s’ils sont placés dans des environnements humides ou humides.
Normes et réglementations pour l'utilisation d'aimants en néodyme
Bien que les aimants en néodyme possèdent un champ magnétique puissant, ils sont très fragiles et nécessitent une manipulation particulière.Plusieurs agences de surveillance industrielle ont élaboré des réglementations concernant la manipulation, la fabrication et l'expédition des aimants en néodyme.Une brève description de quelques-unes des réglementations est répertoriée ci-dessous.
Normes et réglementations pour les aimants en néodyme
Société Américaine des Ingénieurs en Mécanique:
L'American Society of Mechanical Engineers (ASME) a des normes pour les dispositifs de levage sous le crochet.La norme B30.20 s'applique à l'installation, à l'inspection, aux essais, à la maintenance et au fonctionnement des appareils de levage, ce qui comprend les aimants de levage où l'opérateur positionne l'aimant sur la charge et guide la charge.La norme ASME BTH-1 est appliquée conjointement avec l'ASME B30.20.
Analyse des risques et maîtrise des points critiques:
L'analyse des risques et leur maîtrise des points critiques (HACCP) est un système de gestion préventive des risques reconnu à l'échelle internationale.Il examine la sécurité alimentaire face aux risques biologiques, chimiques et physiques en exigeant l'identification et le contrôle des dangers à certains stades du processus de production.Il propose une certification pour les équipements utilisés dans les installations alimentaires.HACCP a identifié et certifié certains aimants de séparation utilisés dans l'industrie alimentaire.
Département de l'agriculture des Etats-Unis:
L'équipement de séparation magnétique a été approuvé par le Service de commercialisation agricole du Département de l'agriculture des États-Unis comme étant conforme à deux programmes de transformation des aliments :
- Programme d'examen de l'équipement laitier
- Programme d'examen de l'équipement pour la viande et la volaille
Les certifications sont basées sur deux normes ou lignes directrices :
- Conception sanitaire et fabrication d’équipements de transformation des produits laitiers
- Conception sanitaire et fabrication d'équipements de transformation de la viande et de la volaille répondant aux exigences d'hygiène NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014
Restriction d'utilisation de substances dangereuses :
Les réglementations RoHS (Restriction de l'utilisation de substances dangereuses) limitent l'utilisation de retardateurs de flamme au plomb, au cadmium, au biphényle polybromé (PBB), au mercure, au chrome hexavalent et à l'éther diphénylique polybromé (PBDE) dans les équipements électroniques.Étant donné que les aimants en néodyme peuvent être dangereux, RoHS a élaboré des normes pour leur manipulation et leur utilisation.
Organisation de l'aviation civile internationale :
Les aimants sont considérés comme une marchandise dangereuse pour les expéditions en dehors de la zone continentale des États-Unis vers des destinations internationales.Tout matériau emballé, destiné à être expédié par voie aérienne, doit avoir une intensité de champ magnétique de 0,002 Gauss ou plus à une distance de sept pieds de tout point de la surface de l'emballage.
Administration fédérale de l'aviation :
Les colis contenant des aimants expédiés par avion doivent être testés pour répondre aux normes établies.Les paquets d'aimants doivent mesurer moins de 0,00525 gauss à 15 pieds du paquet.Les aimants puissants et puissants doivent avoir une certaine forme de blindage.Il existe de nombreuses réglementations et exigences à respecter pour l'expédition d'aimants par voie aérienne en raison des risques potentiels pour la sécurité.
Restriction, évaluation, autorisation des produits chimiques :
Restriction, évaluation et autorisation des produits chimiques (REACH) est une organisation internationale qui fait partie de l'Union européenne.Il réglemente et élabore des normes pour les matières dangereuses.Il contient plusieurs documents qui précisent l'utilisation, la manipulation et la fabrication appropriées des aimants.Une grande partie de la littérature fait référence à l’utilisation d’aimants dans les dispositifs médicaux et les composants électroniques.
Conclusion
- Les aimants en néodyme (Nd-Fe-B), appelés néo-aimants, sont des aimants de terres rares courants composés de néodyme (Nd), de fer (Fe), de bore (B) et de métaux de transition.
- Les deux procédés utilisés pour fabriquer des aimants en néodyme sont le frittage et le collage.
- Les aimants en néodyme sont devenus les plus largement utilisés parmi les nombreuses variétés d’aimants.
- Le champ magnétique d'un aimant en néodyme se produit lorsqu'un champ magnétique lui est appliqué et que les dipôles atomiques s'alignent, ce qui constitue la boucle d'hystérésis magnétique.
- Les aimants en néodyme peuvent être produits dans n'importe quelle taille mais conservent leur force magnétique initiale.
Heure de publication : 11 juillet 2022