Cette page présente brièvement les concepts de base nécessaires à la compréhension du ferromagnétisme, de l’hystérésis, de la densité de flux et de l’intensité du champ, des forces d’attraction magnétiques et enfin du thème principal de la démagnétisation.
Magnétisme des matériaux ferromagnétiques
Un matériau ferromagnétique magnétisé est caractérisé par un nombre élevé de domaines magnétiques qui sont orientés dans la même direction ou se sont associés pour former de plus grands domaines magnétiques. En conséquence, le flux magnétique des domaines individuels s’ajoute à un flux total plus grand, qui apparaît comme un magnétisme résiduel ou un champ parasite magnétique à l’extérieur du matériau ferromagnétique. Le champ magnétique est une quantité vectorielle caractérisée par une quantité (champ H) et une direction. Par définition, les lignes de champ magnétique circulent du pôle nord magnétique (N) au pôle sud magnétique (S).
Cependant, un matériau démagnétisé peut être magnétisé à tout moment en:
- Un champ magnétique d’intensité suffisamment élevée
- Une transformation dans la structure cristalline (par exemple, la formation, la flexion)
- Lorsque de forts courants électriques traversent le matériau
Le ferromagnétisme ne peut être éliminé physiquement. Un état démagnétisé est un état où les domaines alignés ont été subdivisés en domaines plus petits avec différentes directions d’aimantation. De cet état, aucune magnétisation substantielle ne résulte.
courbe d’hystérésis magnétique
Les propriétés magnétiques d’un matériau ferromagnétique sont décrites par des points caractéristiques de la courbe d’hystérésis magnétique:
Au cours de la première aimantation, le matériau passe à travers la courbe d’aimantation initiale.
Bsat est la densité de flux de saturation. À ce stade, tous les domaines magnétiques du matériau sont entièrement alignés en raison du champ externe Hsat.
Br est la rémanence du matériau. Après le retrait du champ Hsat, le flux magnétique suit la courbe supérieure du point (Hsat / Bsat) au point (H=0 / Br). La rémanence définit le magnétisme résiduel restant dans le matériau après l’aimantation de saturation.
Hc est la force coercitive du matériau. Hc définit combien de force de champ est nécessaire pour démagnétiser un matériau totalement saturé. La force de champ requise pour la démagnétisation doit être de polarité opposée (inversion) à la force de champ de magnétisation Hsat, donc -Hc.
La démagnétisation avec le champ d’inversion Hc ne fonctionne que sur un échantillon de matériau magnétisé de géométrie simple et symétrique. Les pièces techniques à géométrie irrégulière et constituées de matériaux ayant des propriétés magnétiques différentes (par exemple des pièces durcies) doivent être démagnétisées en faisant baisser la courbe d’hystérésis plusieurs fois (plus d’informations ci-dessous).
Force de champ H et densité de flux B
Le vecteur de force de champ H décrit la force du champ magnétique générée par les « courants libres » sans influence de l’aimantation M de la matière. Par des courants libres, on entend soit des courants électriques dans un conducteur ou des moments dipolaires magnétiques au niveau atomique. Les deux sources ont une charge mobile en commun, les électrons.
La force du champ magnétique à une distance r [m] autour du conducteur est définie comme suit pour un conducteur droit:
H = I / 2πr (e1)
L’unité est: [H] = [A/m] Ampère/mètre
Avec la magnétisation M de matière, le champ magnétique actuel H est défini comme la densité de flux B:
B = μ0(H + M) = μ0(H + (μr – 1)H) = μ0μrH (e2)
L’unité est: [B] = [T] Tesla
Les facteurs μ0 et μr sont la perméabilité magnétique relative du vide (constante) et respectivement du matériau ferromagnétique. La perméabilité magnétique relative (pente dans la courbe d’hystérésis bleue ci-dessus) n’est pas constante, mais dépend du champ H: μr = μr(H).
Un matériau magnétiquement hautement conducteur, par ex. Les feuilles de transformateur (μr plus de 10 000) présentent une perméabilité magnétique relative élevée. En revanche, les matériaux ferromagnétiques suivants ont une faible perméabilité magnétique: aciers martensitiques durcis, métaux durs (μr en dessous de 20) et aciers inoxydables à faible fraction ferritique. Les aciers austénitiques sont fondamentalement non magnétisables et ont par conséquent une perméabilité magnétique de près de 1.
La perméabilité magnétique relative indique la force avec laquelle un matériau peut être magnétisé à une certaine intensité de champ H. Il s’agit donc d’une mesure de la perméabilité de la matière aux champs magnétiques. Un matériau ayant un indice de perméabilité élevé peut être attiré magnétiquement plus fortement.
Les mesureurs (Gaussmètres) de champ magnétique convergent entre la densité de flux et la force de champ en réglant en interne μr = 1. Ceci est permis car le capteur ne mesure pas « à l’intérieur » du matériau ferromagnétique, mais toujours à l’extérieur du matériau, donc dans l’air. Dans l’air, μr est approximativement 1. De l’équation (e2) suit: 1mT ^ = 7.96A/cm.
Attraction magnétique
Les champs magnétiques conduisent à des forces d’attraction sur des objets magnétisables et sur des champs magnétiques de polarité opposée.
Deux équations sont introduites par lesquelles la force d’attraction magnétique peut être calculée. La première équation (e3) est utilisée pour calculer les forces entre deux surfaces et la seconde (e4) pour estimer l’attraction magnétique sur de petits objets (par exemple, des particules ferromagnétiques).
Force d’attraction magnétique entre deux surfaces
Ce cas est présent par exemple dans un joug avec la zone A et un objet ferromagnétique avec la même zone A située directement au-dessus.
Fm = μ0 · H2 · A/2 (e3)
H: force de champ dans l’entrefer entre les deux surfaces A [m2]
Force d’attraction magnétique sur de petits objets
La force d’attraction sur de petits objets magnétisables, par exemple les particules ferromagnétiques peuvent être approchées en utilisant l’équation suivante:
Fm = μ0 · V · Χ · H · (∇ · H) (e4)
V: objet volume [m3]
Χ: susceptibilité magnétique (susceptibilité: mesure d’une propriété magnétique d’un matériau, Χ = μr – 1)
H: Force de champ sur l’objet
∇ · H = gradient(H): gradient de force de champ (gradient: changement de champ / distance)
Il y a encore une relation carrée entre la force d’attraction Fm et la force de champ H. Il est également évident qu’un gradient(H) de force de champ élevé conduit à une force d’attraction plus élevée sur des objets ferromagnétiques.
Le matériau ferromagnétique est toujours entraîné dans la direction d’intensité augmentant du champ. Une puce ferromagnétique est attiré au bord d’une géométrie ou dans le coin d’une bobine de démagnétisation, car la force de champ est maximale dans ces endroits. Dans un champ complètement homogène sans gradients de champ, il n’y a pas de force d’attraction sur le matériau ferromagnétique.
Attraction magnétique de l’acier austénitique usiné
Un cas fréquent dans la pratique est la nécessité de rendre l’acier austénitique (AISI 306, AISI 316, etc.) complètement amagnétique après usinage, déformation, etc., afin qu’aucune force d’attraction magnétique ou autre effet d’interférence magnétique ne puisse se produire. Le traitement mécanique peut localement entraîner une augmentation du nombre de perméabilité en raison de changements structurels (austénite -> martensite).
La démagnétisation par champ alternatif ne peut pas éliminer la propriété d’attraction magnétique d’un acier austénitique dans des champs inhomogènes. La perméabilité magnétique relative n’est que très peu modifiée par le processus. Les modifications de perméabilité ne peuvent normalement être obtenues que par des procédés de recuit spéciaux.
Pourquoi démagnétiser?
La démagnétisation des pièces ferromagnétiques dans l’industrie devient de plus en plus un processus nécessaire. Le traitement ultérieur des pièces démagnétisées offre des avantages décisifs dans de nombreux domaines et améliore la qualité des produits finaux (voir domaines d’application).
Les parties entièrement démagnétisées restent démagnétisées sur de très longues périodes de temps lorsqu’elles sont correctement manipulées, stockées et transportées sans l’effet de champs magnétiques significatifs.
Comment démagnétiser?
Les matériaux ferromagnétiques peuvent être démagnétisés selon les trois méthodes suivantes:
- Chauffage par rapport à la température de Curie (la température de Curie dépend de l’alliage. Pour les aciers industriels, il est d’environ 500°C à 800°C. Conversion du ferromagnétisme au paramagnétisme).
- Vibrations (réorientation des domaines magnétiques en raison de l’énergie vibratoire).
- Création d’un champ magnétique opposé afin que le flux magnétique tombe à zéro dans un point de mesure défini sur le matériau.
- Inversion de la polarité par un champ magnétique alternant pour la distribution aléatoire des domaines magnétiques (dans la plupart des cas, la méthode de choix).
Démagnétisation avec champ alternatif
Cette méthode est caractérisée par un champ magnétique alternatif avec une amplitude initialement élevée, qui se réduit ensuite à une amplitude la plus basse possible. Ce processus semble très simple, mais de nombreux détails sont nécessaires pour obtenir de bons résultats.
Paramètres de processus décisifs:
- Fréquence: taux de variation de l’inversion de polarité. Faible fréquence pour une profondeur de pénétration élevée dans le matériau.
- Force du champ: intensité du champ alternatif. En général, une force de champ élevée est recherchée pour inverser les zones magnétiques dures dans le matériau.
- Décrémentation d’amplitude: une mesure pour la réduction des amplitudes du champ alterné.
- Symétrie de champ: symétrie du champ alternatif par rapport au champ zéro. La symétrie fait que les domaines doivent être vortexés sans une préférence permanente.
- Zone effective: mesure du volume de champ produit par la bobine dans laquelle l’effet de démagnétisation a lieu.
- Homogénéité du champ dans la zone effective: mesure de l’uniformité du champ dans la zone effective.
- Direction de flux: direction du champ alternatif magnétique par rapport à l’objet à démagnétiser.
Ces paramètres individuels doivent être définis et présentés dans un système de démagnétisation de la meilleure manière possible. C’est l’une de nos compétences de base.
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