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Des scientifiques de l'Institut national des sciences des matériaux du Japon ont réussi à simuler l’inversion de l'aimantation des aimants Nd-Fe-B (néodyme fer bore). Cette simulation a été rendue possible en utilisant des modèles à éléments finis à grande échelle construits sur la base de données tomographiques obtenues par microscopie électronique.
a Acquisition d'une série d'images FIB-SEM pour un aimant Nd-Fe-B à déformation à chaud (zone rognée de 0,8 × 0,8 µm2 montrée). b Traitement des images incluant la segmentation 2D et la conversion des coupes de grains en nuages de points. c Génération de grains convexes 3D empilés isolés les uns des autres par la phase intergranulaire. Les jonctions triples sont rendues invisibles sauf pour une région zoomée montrant le maillage autour de l'une d'elles. Crédit photo : Institut national des sciences des matériaux du Japon. Cliquez ici pour voir l'image en grand format dans l'article d'étude en libre accès (au moment de la publication). De plus, le communiqué de presse propose d'autres images et des informations simplifiées.
Ces simulations ont éclairé des caractéristiques microstructurales qui entravent la « coercivité », une mesure quantifiant la résistance d'un aimant à la démagnétisation dans des champs magnétiques opposés. Les nouveaux modèles basés sur la tomographie devraient guider vers le développement d'aimants permanents durables à performances ultimes.
La génération d'énergie verte, les transports électriques et d'autres industries de haute technologie dépendent largement d'aimants permanents haute performance, parmi lesquels les aimants Nd-Fe-B sont les plus forts et les plus demandés.
La coercivité des aimants Nd-Fe-B industriels est jusqu'à présent bien en dessous de sa limite physique. Pour résoudre ce problème, des simulations micromagnétiques sur des modèles réalistes des aimants peuvent être employées.
Une nouvelle approche pour reconstruire la microstructure réelle des aimants Nd-Fe-B ultrafins à grains en modèles à grande échelle est proposée dans cette recherche.
Plus précisément, les données tomographiques issues d'une série d'images 2D obtenues par microscopie électronique à balayage (SEM) combinées à un polissage FIB (focused ion beam) précis peuvent être converties en un modèle à éléments finis 3D de haute qualité.
Cette approche basée sur la tomographie est universelle et peut être appliquée à d'autres matériaux polycristallins pour résoudre un large éventail de problèmes en science des matériaux. Les simulations micromagnétiques sur les modèles basés sur la tomographie ont reproduit la coercivité des aimants Nd-Fe-B ultrafins et en ont expliqué le mécanisme.
Les caractéristiques microstructurales liées à la coercivité et à la nucléation de l'inversion de l'aimantation ont été révélées. Ainsi, le modèle développé peut être considéré comme un jumeau numérique des aimants Nd-Fe-B – une représentation virtuelle d'un objet conçue pour refléter précisément sa physique.
Les jumeaux numériques proposés des aimants Nd-Fe-B sont suffisamment précis pour reproduire à la fois la microstructure et les propriétés magnétiques qui peuvent être mis en œuvre dans le problème inverse de la conception d'aimants permanents haute performance sur demande.
Par exemple, lorsque les chercheurs fournissent les propriétés magnétiques requises pour une application spécifique (par exemple, traction ou moteur à force magnétique variable), un pipeline de recherche basé sur les données intégrant des jumeaux numériques pourra proposer la composition optimale, les conditions de traitement et la microstructure de l'aimant pour cette application, réduisant ainsi significativement le temps de développement.
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Tout cela vise à résoudre le problème de la conception d'aimants permanents alternatifs haute performance sur demande. Ce n'est pas un petit problème. Actuellement, la production d'aimants, la source de matières premières et le traitement sont largement contrôlés par le Parti communiste chinois.
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Cela fait de ce travail une question de sécurité nationale pour un grand nombre de nations. Les intentions déclarées des communistes ne sont pas ce qui construit de meilleurs niveaux de vie, augmentent la sécurité de l'humanité ou améliorent la santé, la richesse et la sécurité des personnes à travers la planète.
Ainsi, cette recherche est cruciale. Un « Merci » est adressé à cette équipe de recherche avec l'espoir d'obtenir davantage de financement pour explorer plus en profondeur tout ce que cette recherche peut offrir.
Par Brian Westenhaus via New Energy and Fuel
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