Coercivity of NdFeB-based sintered permanent magnets : experimental and numerical approaches

par Jérôme Fliegans

Thèse de doctorat en Physique des matériaux

Sous la direction de Nora Dempsey.

Le président du jury était Olivier Isnard.

Le jury était composé de Thomas Schrefl, Sophie Rivoirard, Gérard Delette.

Les rapporteurs étaient Viorel Pop, Spomenka Kobe.

  • Titre traduit

    Coercitivité des aimants permanents Nd-Fe-B frittés : approches expérimentales et numériques


  • Résumé

    Les aimants permanents Nd-Fe-B sont actuellement les plus puissants du marché. Ils sont indispensables pour des applications telles que les moteurs des véhicules électriques ou les générateurs des éoliennes. Leurs propriétés exceptionnelles viennent des propriétés magnétiques intrinsèques de la phase Nd2Fe14B et de leur microstructure. Cependant, les machines électriques fonctionnent entre 120 et 180°C et les propriétés magnétiques extrinsèques telles que la coercitivité et la rémanence diminuent avec la température. Un moyen d’améliorer la coercitivité des aimants frittés Nd-Fe-B est la substitution du Nd par des terres rares lourdes comme le Dy, afin d’augmenter l’anisotropie magnétocristalline. Néanmoins, le Dy est un matériau critique et un objectif majeur de la recherche est actuellement de développer des aimants possédant d’excellentes propriétés magnétiques extrinsèques et contenant peu de Dy. Cela nécessite une meilleure compréhension du lien entre microstructure et coercitivité. Dans les aimants frittés Nd-Fe-B, un des points-clés est le contrôle de la taille de grain et de la répartition des phases secondaires aux joints de grains de façon à limiter la nucléation du retournement de l’aimantation et à garantir un bon découplage magnétique des grains. La première partie de la thèse est une étude comparative des caractérisations magnétiques en circuit ouvert et fermé réalisées sur des aimants frittés Nd-Fe-B. Les différences de coercitivité observées sont expliquées par les phénomènes de viscosité magnétique et d’effets de champ démagnétisant. La deuxième partie traite du procédé de diffusion aux joints de grains appliqué aux aimants frittés Nd-Fe-B et utilisant des alliages Dy-Co. Des caractérisations microstructurales ont été réalisées en complément de mesures magnétiques afin de déterminer les profils de diffusion et de coercitivité, et ainsi d’établir le lien entre les variations locales de composition chimique et le champ coercitif. De plus, des simulations micromagnétiques ont permis de décrire le retournement de l’aimantation à l’échelle nanométrique dans un modèle simplifié cœur-coquille. Enfin, la dernière partie de la thèse constitue une discussion sur la coercitivité des aimants diffusés au Dy-Co (à gradient de champ coercitif) à l’aide d’un modèle de diffusion et de simulations sur un modèle polycristallin.


  • Résumé

    Nd-Fe-B permanent magnets are the most powerful among all commercially available magnets. They play a significant role in energy applications, such as motors of electric vehicles and generators of windmills. Their outstanding properties come from the excellent intrinsic magnetic properties of the Nd2Fe14B phase and from their microstructure. However, electrical machines operate at about 120-180°C and extrinsic magnetic properties such as coercivity and remanence decrease rapidly with temperature. One way of improving coercivity of Nd-Fe-B sintered magnets is to substitute Nd with a heavy rare earth such as Dy, so as to increase the magnetocrystalline anisotropy. However, Dy is a strategic element and a major objective of the research community is therefore to develop Nd-Fe-B magnets that possess excellent extrinsic magnetic properties with a reduced content of Dy. This requires a better understanding of the link between microstructure and coercivity. The key point is the control of the grain size and the distribution of secondary phases at grain boundaries to prevent magnetization reversal and magnetic coupling. The first part of this thesis concerns a comparison of open-circuit and closed-circuit magnetization measurements carried out on Nd-Fe-B sintered magnets. The observed differences in coercivity values are discussed in terms of magnetic viscosity and demagnetizing field effects. The second part deals with the grain boundary diffusion process performed on Nd-Fe-B sintered magnets using Dy-Co alloys. Microstructural observations and magnetic measurements have been carried out to characterize the diffusion and coercivity profiles and to establish the link between local variations in composition and coercivity. Moreover, micromagnetic simulations have been performed to describe magnetization reversal at the nanoscale in a simple core-shell model. The last part constitutes a discussion about coercivity in graded magnets via a diffusion model and further simulations on a polycrystalline model.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Savoie Mont Blanc (Chambéry-Annecy). Bibliothèques universitaires. Bibliothèque électronique.
  • Bibliothèque : Université Grenoble Alpes. Bibliothèque et Appui à la Science Ouverte. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.