Thèse soutenue

Coercitivité des aimants permanents Nd-Fe-B frittés : approches expérimentales et numériques
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Auteur / Autrice : Jérôme Fliegans
Direction : Nora Dempsey
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des matériaux
Date : Soutenance le 16/12/2019
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Olivier Isnard
Examinateurs / Examinatrices : Thomas Schrefl, Sophie Rivoirard, Gérard Delette
Rapporteurs / Rapporteuses : Viorel Pop, Spomenka Kobe

Mots clés

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Résumé

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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.