Compréhension de l'évolution de la coercitivité dans les aimants NdFeB en fonction de la microstructure

par Jérôme Fliegans

Projet de thèse en Physique des materiaux

Sous la direction de Nora Dempsey.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles (LITEN - CEA) (laboratoire) depuis le 07-10-2016 .


  • Résumé

    Depuis quelques années, les aimants permanents ont trouvé de nouveaux débouchés dans les technologies des énergies renouvelables (génératrices éoliennes, véhicules hybrides). Les aimants utilisés dans ce type d'applications sont essentiellement des composés ternaires à base de terres rares, de type Nd2Fe14B ; ils présentent des propriétés magnétiques remarquables : une induction magnétique rémanente de l'ordre de 1,4 T et une forte coercitivité (paramètre représentant la résistance au retournement de leur aimantation). Toutefois, aux températures de fonctionnement de l'ordre de 180°C, la coercivité ne peut être maintenue à un niveau élevé qu'en ajoutant des terres rares lourdes (Dy, Tb) en substitution au Nd. Cette substitution présente plusieurs inconvénients importants. Le premier est d'ordre économique et stratégique car les ressources de Dy sont limitées au niveau mondial. Le second provient de la baisse d'aimantation qu'entraine la substitution du Nd. La thèse vise donc à la meilleure compréhension des processus de retournement de l'aimantation au sein de ces matériaux afin de proposer des évolutions des procédés pour réduire les ajouts de terres rares lourdes. Le travail proposé comprend la réalisation de microstructures contrôlées de NdFeB sur lesquelles les propriétés magnétiques seront mesurées. Des caractérisations structurales (TEM) permettront de fournir des représentations de la microstructure nécessaires à l'interprétation et la mise en données des modèles numériques. Enfin, une approche de modélisation micromagnétique originale sera mise en œuvre pour simuler le retournement de l'aimantation à l'échelle microscopique et pour comparer les résultats de tels calculs aux données expérimentales.

  • Titre traduit

    Microstructure effects on the coercivity of NdFeB magnets


  • Résumé

    Use of permanent magnets in renewable energy technologies, such as wind power generators and hybrid vehicles motors, is rapidly growing at the industrial scale. Most of permanent magnets are constituted by the ternary compound Nd2Fe14B. These magnets exhibit remarkable magnetic properties: remanent induction value of 1.4 T and the best coercitive force (or the strength toward magnetization reversal) encountered in hard magnets. However, for the operating temperature (typically 180 °C in electric motors), coercitive force is currently maintained at sufficient levels by the substitution of Nd element by Dysprosium. This substitution has two major drawbacks: the first one is linked to the scarcity and high cost of Dysprosium and the second comes from the decrease in the remanent induction involved by the replacement of Nd by Dy. In this context, the thesis will focus on the physical process involved in the magnetization reversal in NdFeB in order to be able to propose some improvement in the manufacturing process liable to allow a reduction of Dy content in magnets. The research work implies the synthesis of NdFeB magnets with tailored microstructures that will be further measured in order to establish their magnetization curves. Microstructural examination by TEM will supply fine representation of the grains and grains boundaries required for the interpretation of previous data. Such a fine representation will be also used for the pre-processing of micromagnetic simulations. These micromagnetic simulations will be implemented to describe the magnetization reversal at the microscopic scale and the results will be compared to experimental data.