SmFeN Samarium Fer Azote Terres rares Matériaux magnétiques permanents
En 1990, le professeur irlandais Coey a synthétisé des composés intermétalliques interstitiels RE2Fe17Nx par réaction en phase gaz-solide. Les recherches ont révélé que les composés Sm2Fe17Nx possédaient d'excellentes propriétés magnétiques intrinsèques, annonçant la naissance des aimants permanents à base de terres rares SmFeN. Le produit énergétique magnétique maximal théorique de l'aimant permanent samarium-fer-azote atteint 62 MGOe (légèrement inférieur à celui du Nd2Fe14B, 64 MGOe), et sa coercivité et sa température de Curie sont bien supérieures à celles du néodyme-fer-bore, ce qui le rend plus largement utilisé dans les environnements à haute température tels que les moteurs.
Outre ses excellentes propriétés magnétiques, le samarium fer azote présente une bonne résistance à la corrosion et à l'oxydation. Comparé au samarium cobalt, il ne contient pas d'éléments métalliques stratégiques. Comparé au néodyme fer bore, il ne nécessite pas l'utilisation de terres rares coûteuses telles que le praséodyme, le néodyme, le dysprosium et le terbium (avec une teneur en samarium relativement élevée et un prix bas), et remplit pleinement les conditions pour devenir un nouveau type de matériau d'aimant permanent. Ces perspectives prometteuses ont fait du samarium fer azote un sujet brûlant dans la recherche et le développement de matériaux d'aimant permanent. Depuis la découverte par Coey et al. des matériaux d'aimant permanent à base de terres rares Sm2Fe17Nx, la recherche sur ces matériaux a connu une vague rapide dans le monde entier, avec des centaines de laboratoires investissant dans ce domaine. Cependant, une série d'expériences ultérieures a prouvé que ce matériau d'aimant permanent n'était pas un succès sur la voie de l'industrialisation, et une situation de recherche à chaud et à froid est apparue.
Ces dernières années, avec le développement rapide de l'industrie automobile et la miniaturisation et l'allègement des appareils électroniques, les exigences en matière de température ambiante et de performances magnétiques des aimants permanents ont augmenté. Les aimants permanents à base de terres rares Sm2Fe17Nx, dotés d'une bonne stabilité thermique et d'excellentes propriétés magnétiques, ont de nouveau attiré l'attention du public en raison de leur potentiel d'application. Ils ont également marqué le début d'une nouvelle tendance en recherche et développement. Le développement et l'utilisation intensifs des terres rares ont entraîné une hausse des prix. La hausse du prix du Nd a entraîné une augmentation du coût de production du Nd-Fe-B, tandis que le Sm, une terre rare, est relativement excédentaire. Le développement du Sm-Fe-N est bénéfique pour réduire les coûts et renforcer l'utilisation globale des ressources en terres rares. Ainsi, le Sm-Fe-N est susceptible de remplacer le Nd-Fe-B et de devenir le matériau d'aimant permanent à base de terres rares de quatrième génération, tant en termes de propriétés magnétiques que de coûts de production.
Après plus de 20 ans de recherche et d'exploration, le problème de la production industrielle à grande échelle de Sm-Fe-N n'a toujours pas été résolu. Des recherches ont montré que le Sm-Fe-N se décompose en SmN et Fe à des températures supérieures à 873 K, perdant ainsi ses propriétés magnétiques permanentes, ce qui limite considérablement son application dans les aimants frittés. Actuellement, le Sm-Fe-N ne peut être utilisé que pour la préparation d'aimants moulés par injection, d'aimants liés et d'aimants en caoutchouc. Initialement, des composés organiques tels que le nylon et la résine époxy étaient utilisés comme liants. Cependant, ces liants ne pouvaient être utilisés qu'en dessous de 200 °C et ne permettaient pas d'exploiter pleinement les avantages du Sm2Fe17Nx en termes de performances à haute température. Par conséquent, la clé de la concurrence entre les aimants Sm2Fe17Nx et les aimants Nd-Fe-B réside dans la manière de réaliser des avancées technologiques et dans la possibilité de développer de nouveaux liants. Ces dernières années, certains métaux à bas point de fusion ont suscité un vif intérêt, et certains liants, tels que le zinc et l'étain, ont été utilisés. Cependant, l'utilisation de métaux à bas point de fusion comme le zinc réduit la force de magnétisation à saturation, ce qui entraîne une valeur maximale (BH) plus basse. Il est donc essentiel de trouver un adhésif performant pour exploiter pleinement les performances du Sm2Fe17Nx. Parallèlement, la préparation d'aimants densifiés en Sm2Fe17Nx reste un objectif prioritaire pour les chercheurs, car ces aimants présentent de meilleures propriétés magnétiques théoriques.
Selon les statistiques de l'Association japonaise des aimants adhésifs, sur la base des performances magnétiques élevées, de la résistance élevée à la corrosion, de la résistance à la démagnétisation à haute température et des avantages de bonne liberté de formation des matériaux magnétiques samarium fer azote, leurs directions d'application sont principalement dans les domaines de la communication d'informations, de la production industrielle, de l'électronique domestique et de l'automobile, y compris les haut-parleurs/haut-parleurs, les moteurs d'obturateur d'appareil photo, les moteurs de broche, l'adsorption de disque, les rouleaux magnétiques, les moteurs de ventilateur, les moteurs linéaires, les équipements de machines entièrement automatiques, les moteurs à grande vitesse, les climatiseurs, les moteurs domestiques, les capteurs magnétiques, les pompes, les machines auxiliaires, etc.
À l'heure actuelle, le Sm2Fe17Nx a réalisé des progrès significatifs dans la préparation et l'application d'aimants liés, mais la densification reste un objectif poursuivi par de nombreux chercheurs en matériaux magnétiques. Une fois un procédé de préparation adapté mis au point, il sera possible d'atteindre ses propriétés magnétiques théoriques et d'accélérer la commercialisation des aimants en nitrure de fer samarium.