Matériaux magnétiques doux Fe-Si de hautes performances obtenus par mécanosynthèse

Résumé : Les alliages Fe-Si sont connus pour combiner d’excellentes propriétés magnétiques avec de bonnes propriétés électriques (forte résistivité électrique). Dans ce contexte nous avons recherché à élaborer des matériaux à forte teneur en Si, souvent difficiles à obtenir et mettre en forme industriellement. Des alliages magnétiques doux de type Fe-Si avec une teneur élevée en Si (4,5%, 6,5%, 10% et 15% massique) ont été obtenus avec succès à l’état nanocristallin par broyage mécanique et recuit. La formation des alliages a été étudiée par diffraction X, spectroscopie Mössbauer et analyses thermomagnétiques. La stabilité thermique de la poudre a été analysée par DSC. Des mesures d’aimantation ont été réalisées pour caractériser les performances magnétiques. La durée de broyage nécessaire pour la formation de l’alliage a été déterminée pour chaque teneur en Si. Pour les faibles temps de broyage, le recuit conduit à la formation du composé Fe3Si. Après la formation de l’alliage par le broyage mécanique, l’effet du recuit est seulement de réduire les tensions internes du second ordre, induites dans la poudre par le broyage. L’addition de Si conduit à la diminution de la température de Curie de 770 °C pour le Fe pur, à 725 °C pour une teneur de 4,5% massique de Si et à 550 °C pour 15% massique de Si. Pour les temps faibles de broyage, l’écart entre l’aimantation de la poudre avant et après recuit est dû à la formation du composé Fe3Si pendant le recuit, lequel a une aimantation plus faible que la solution solide de Feα(Si). Pour les longs temps de broyage, le recuit à 400 °C pour 4 heures n’a pas d’effet sur la valeur de l’aimantation à saturation. En augmentant la teneur en Si, l’aimantation à saturation de l’alliage Fe-Si décroit.Les alliages Ni3Fe (aussi connus comme Permalloys) présentent de meilleures propriétés magnétiques, mais ils ont une résistivité inférieure à celles des Fe-Si. Une voie attractive semble la combinaison des propriétés des 2 classes de matériaux doux en formant un composite. Les alliages Fe-Si précédemment obtenus ont été utilisés pour l’élaboration des poudres composites de type Permalloy/Fe-Si par la mécanosynthèse. Le broyage mécanique conduit à la formation des particules composites avec un aspect stratifié. Quatre heures de broyage de l’alliage Fe-Si avec du Ni3Fe ne conduisent pas à la formation des nouvelles phases, mais la formation d’un alliage ternaire Ni-Fe-Si résulte d’un recuit ultérieur à 900 °C. L’aimantation à saturation du composite augmente avec la croissance de la teneur le d’alliage Fe-Si, mais le temps de broyage ne semble avoir aucun effet sur cela.Une étude préliminaire a été réalisée sur l’élaboration des compacts composites de type Ni3Fe/Fe-Si par frittage flash, dans le but de préserver l’état nanocristallin par de basses températures de frittage. L’influence de la température de frittage et de la durée de maintien sur la structure, et les propriétés physiques des compacts est discutée. Des températures allant jusqu'à 750 °C pour une durée de maintien minimale ou un palier de 2 minutes maximum à 700 °C ne conduisent pas à la diffusion des éléments des alliages. L'augmentation de la température ou de la durée de frittage conduit à des cristallites plus grandes, mais qui restent dans le domaine nano pour les températures étudiées. La densité des compactes augmente avec la température et le palier. En outre, la résistivité diminue en augmentant ces 2 paramètres. L'effet de la teneur en Fe-Si est de diminuer la densité et en même temps d'augmenter la résistivité des compacts. La perméabilité magnétique est réduite avec l'augmentation de la température et de la durée de frittage, ainsi que lors de la diminution du contenu de Ni3Fe. Une température élevée et un long temps de maintien à la température de frittage conduisent à l’augmentation des pertes magnétiques. Le champ coercitif est également influencé par les paramètres de frittage, via l'effet qu'ils ont sur la taille des cristallites.
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Thèse
Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université Grenoble Alpes, 2017. Français. 〈NNT : 2017GREAY020〉
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Soumis le : lundi 11 décembre 2017 - 23:09:17
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Cristina Daniela Stanciu. Matériaux magnétiques doux Fe-Si de hautes performances obtenus par mécanosynthèse. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université Grenoble Alpes, 2017. Français. 〈NNT : 2017GREAY020〉. 〈tel-01661367〉

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