EP4771655A1

EP4771655A1 - Procédé de fabrication d'un aimant hautement coercitif

Info

Publication number: EP4771655A1
Application number: EP24773116.9A
Authority: EP
Inventors: Gatien BACCHETTA; Jean-Paul Garandet; Sorana LUCA; Frederico ORLANDINI KELLER
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Orano Projets SAS; Commissariat à l'Énergie Atomique et Aux Énergies Alternatives
Current assignee: Orano Projets SAS; Commissariat à l'Énergie Atomique et Aux Énergies Alternatives
Priority date: 2023-08-29
Filing date: 2024-08-27
Publication date: 2026-07-08
Also published as: FR3152632B1; WO2025046198A1; FR3152632A1

Abstract

Procédé de fabrication d'un aimant hautement coercitif L'invention concerne un procédé de fabrication d'un aimant hautement coercitif comprenant les étapes suivantes : a) on dispose : - d'une 1^èrepoudre comprenant des grains d'une phase magnétique TR₂Fe₁₄B, - d'une 2^ème poudre comprenant des terres rares lourdes et des grains d'une phase magnétique TR₂Fe₁₄B, b) on soumet la 2^ème poudre à un traitement d'hydrogénation-disproportionation, c) on mélange la 1^ère poudre avec la 2^ème poudre obtenue à l'issue de l'étape b), d) on soumet le mélange obtenu à l'issue de l'étape c) à une étape de compactage de manière à obtenir une pièce compactée, e) on soumet la pièce compactée obtenue à l'issue de l'étape d) à une étape de préfrittage, f) on soumet la pièce préfrittée obtenue à l'issue de l'étape e) à une étape de frittage.

Description

DESCRIPTION

TITRE : Procédé de fabrication d'un aimant hautement coercitif

[0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un aimant hautement coercitif, de préférence à partir d'aimants recyclés. Plus précisément, l'invention concerne les aimants permanents de type TRFeB.

[0002] Dans le cadre de la présente invention, on entend par « aimant hautement coercitif », un aimant dont la coercitivité est supérieure à 1400 kA/m à température ambiante.

[0003] Dans le cadre de la présente invention, «TR » désigne un élément ou une combinaison de deux éléments ou plus choisis parmi les terres rares (notamment les terres rares : La, Ce, Pr, Nd, Dy, Gd, Tb, Ho).

[0004] TR est majoritairement le néodyme (Nd). C'est pourquoi, l'exemple le plus courant de ces aimants permanents est l'aimant de type NdFeB dans lequel la phase cristalline NdzFe^B est la phase principale, à savoir un alliage de néodyme, de fer et de bore permettant de former un système cristallin quadratique.

[0005] Du fait de leurs excellentes propriétés magnétiques qui sont une bonne coercivité (à savoir une résistance à la désaimantation) et une rémanence élevée (autrement dit une force magnétique élevée), les aimants permanents de type NdFeB sont couramment utilisés dans diverses applications parmi lesquelles on peut notamment citer les aimants des moteurs de véhicules électriques ou hybrides, d'appareils électriques (par exemple des appareils d'électroménagers ou de climatisation), d'appareils électroniques (par exemple les disques durs) et des génératrices d'éoliennes.

[0006] Cependant, compte tenu des problématiques actuelles de protection de l'environnement et d'épuisement des ressources naturelles, notamment des terres rares, afin de satisfaire une demande perpétuellement en croissance et tout du moins pouvant dépasser les projections d'offre en ces aimants permanents pour ces différentes technologies de pointe, il est nécessaire de pouvoir recycler efficacement les aimants contenus dans ces différents appareils, dispositifs ou moteurs, dès lors que ces dispositifs sont hors d'usage, afin de limiter la production de ces aimants à partir uniquement de matières vierges extraites de gisements. [0007] Dans le cadre de la présente invention, on entend par « aimants recyclés » :

- des aimants qui ont été, en vue d'une nouvelle utilisation, récupérés (par exemple au cours d'opération de tri des déchets) dans des appareils, dispositifs, moteurs ou autres produits comprenant des aimants et qui n'étaient plus utilisés, et également

- des aimants correspondant à des rebuts de production, par exemple des rebuts de la production d'aimants (car notamment défectueux) et qui sont ainsi revalorisés.

[0008] Il existe différentes voies de recyclages des aimants permanents de type NdFeB.

[0009] Une l^ère de ces voies est le recyclage dit « direct » au cours de laquelle les aimants récupérés (par exemple d'appareils hors d'usage) sont réutilisés à l'état de blocs, après éventuellement un ou plusieurs traitements de surface et d'usinage. En d'autres termes, selon cette voie, les aimants sont produits directement à partir d'aimants recyclés. Il n'y a aucun traitement obligatoire conduisant à une modification des propriétés physicochimiques des aimants recyclés, mais simplement un traitement léger externe ou de découpe pour la mise en forme souhaitée. Il est cependant possible de réaliser un traitement de diffusion de terres rares sur ces aimants à partir de leur surface ce qui modifie leurs propriétés physico-chimiques et donc leurs propriétés magnétiques, principalement la coercivité.

[0010] Une 2^ème voie de recyclage est une voie dite « indirecte » ou « longue » au cours de laquelle les éléments chimiques constitutifs des aimants récupérés (par exemple d'appareils hors d'usage) sont séparés sous la forme d'oxydes, grâce à des traitements de pyrométallurgie ou d'hydrométallurgie. Ces oxydes ainsi obtenus sont réintroduits en amont de la fabrication de nouveaux aimants en tant que matières premières dans la synthèse des métaux, puis des alliages précurseurs.

[0011] Une 3^ème voie de recyclage connue est la voie dite « poudre » au cours de laquelle les aimants récupérés (par exemple d'appareils hors d'usage) sont réduits sous la forme de poudres. Ces poudres sont ensuite diluées dans des polymères pour fabriquer des aimants liés ou bien elles sont densifiées par des traitements thermiques pour obtenir des aimants frittés.

[0012] La voie dite « poudre » présente l'avantage de pouvoir réajuster les compositions des nouveaux aimants fabriqués à partir des aimants recyclés par des mélanges de différentes poudres et ainsi de disposer d'une certaine liberté quant à la forme finale de ces nouveaux aimants. En outre, dans le cas des aimants frittés, cette voie de recyclage repose sur des procédés de production d'aimants par métallurgie des poudres qui sont déjà mis en œuvre et parfaitement maîtrisés.

[0013] Cependant, cette voie de recyclage dite « poudre » (tout comme d'ailleurs la voie dite « directe ») ne permet pas une utilisation optimale des terres rares lourdes (Dy ou Tb) qui sont présentes dans la phase magnétique de certains aimants permanents en substitution essentiellement au néodyme (ainsi que dans une moindre mesure au praséodyme), et ce afin d'améliorer leur coercivité et leur tenue à la température. Par exemple, la teneur en Dy peut aller jusqu'à 10% en masse en moyenne pour des températures de fonctionnement de 150 à 180°C. En effet, les terres rares lourdes permettent d'augmenter l'anisotropie magnétocristalline de la phase magnétique et donc la résistance à la désaimantation.

[0014] A cet égard, il convient de rappeler qu'on distingue deux catégories de terres rares :

- les terres rares lourdes comprenant : europium (Eu), gadolimium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutécium (Lu) et yttrium (Y),

- les terres rares légères comprenant : lanthane (La), cérium (Ce), praséodyme (Pr), néodyme (Nd) et samarium (Sm).

[0015] Il est connu des procédés de fabrication des aimants permanents comprenant des terres rares lourdes que la substitution du néodyme (ainsi que dans une moindre mesure du praséodyme) par les terres rares lourdes dans l'ensemble de la phase magnétique TF FewB s'accompagne d'une diminution de la rémanence qui peut être limitée en utilisant un mélange d'une poudre pauvre en terres rares lourdes et d'une poudre riche en terres rares lourdes ou bien en diffusant les terres rares lourdes à partir de la surface des aimants frittés et le long des joints de grains. De cette manière, les terres rares lourdes sont localisées préférentiellement à la périphérie des grains magnétiques, c'est-à-dire dans les régions les plus critiques pour la désaimantation, de manière à obtenir une structure connue sous la dénomination « cœur-coquille ». La région périphérique d'un grain magnétique est donc la région dans laquelle les terres rares lourdes ont diffusé lors de la fabrication de l'aimant. [0016] En d'autres termes, les connaissances sur les procédés de fabrication des aimants comprenant des terres rares lourdes soulignent l'importance de localiser les terres rares lourdes dans une région périphérique des grains magnétiques, afin d'améliorer les gains en performances magnétiques des aimants ainsi obtenus tout en présentant également l'avantage de limiter la quantité de terres rares lourdes nécessaires à leur fabrication.

[0017] Or, au cours de la voie de recyclage dite « poudre », il est possible de co-fritter plusieurs poudres dont au moins l'une d'entre elles peut avoir été obtenue à partir d'aimants recyclés qui contenaient des terres rares lourdes. Mais dans ce cas, une part importante de ces terres rares lourdes ne va pas pouvoir diffuser en dehors des grains et va donc demeurer dans la phase magnétique de ladite poudre plutôt que de venir alimenter un effet de type cœur-coquille à la périphérie des grains initialement dépourvus de terres rares lourdes. C'est pourquoi, afin d'obtenir des performances magnétiques comparables à celles obtenues avec des procédés de fabrication des aimants permanents comprenant des terres rares lourdes à partir de matières premières vierges, au cours de cette voie de recyclage dite « poudre », il est connu de rajouter des terres rares lourdes issues des sources primaires (autrement dit des gisements de terres rares lourdes). Ou bien, si l'on souhaite recycler des aimants riches en terres rares lourdes (typiquement une teneur supérieure à 2,5% en masse), il est aussi connu de mélanger une l^ère poudre issue de ces aimants recyclés riches en terres rares lourdes avec une 2^ème poudre exempte de terres rares lourdes ou tout du moins avec une faible teneur en terres rares lourdes (typiquement une teneur inférieure à 1% en masse). Le co-frittage de ces 2 poudres ne permet de faire diffuser qu'une faible partie des terres rares lourdes contenues dans la l^ère poudre. Avec un tel mélange de poudres, l'augmentation de la coercitivité est de l'ordre de 150 kA/m par pourcentage de terre rare lourde ajouté.

[0018] Les inventeurs de la présente invention ont cherché à optimiser l'utilisation des terres rares lourdes présentes dans les aimants permanents recyclés au cours de la voie de recyclage dite « poudre ».

[0019] Les inventeurs ont ainsi cherché à améliorer la voie de recyclage dite « poudre » en proposant un nouveau procédé de fabrication d'un aimant hautement coercitif, de préférence à partir d'aimants permanents recyclés, de type TRFeB et contenant des terres rares lourdes qui repose sur cette voie de recyclage mais qui présente également d'autres caractéristiques techniques originales qui sont détaillées ci-dessous permettant :

- l'obtention d'un aimant avec des performances magnétiques élevées (à savoir une excellente coercivité tout en maintenant une rémanence élevée), et ce sans nécessairement l'ajout de terres rares lourdes issues de matières premières vierges (par exemple issues de gisements) ; ce qui minimise les impacts environnementaux et est plus économe en énergie ;

- une valorisation optimale des aimants permanents comprenant des teneurs élevées en terres rares lourdes (par exemple entre 2,5 à 10% en masse) provenant d'appareils ou dispositifs hors d'usage (autrement dit des aimants à recycler) ;

- la possibilité de l'utilisation de poudres d'aimants recyclés à hauteur de 10% à 50% en masse par rapport à la masse totale de poudres mises en œuvre pour la fabrication dudit aimant ;

- l'utilisation des lignes de production actuelles pour la fabrication des aimants.

[0020] Le procédé de fabrication d'un aimant hautement coercitif, de préférence à partir d'aimants recyclés, repose sur la voie de recyclage dite « poudre » et permet l'obtention d'un aimant dans lequel les terres rares lourdes sont localisées à la périphérie des grains de la phase magnétique, afin d'obtenir une bonne coercivité tout en maintenant une rémanence élevée, et même en optimisant ses performances magnétiques par rapport à celles d'aimants recyclés contenant lesdites terres rares lourdes.

[0021] L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un aimant hautement coercitif, (de préférence à partir d'aimants recyclés), qui comprend au moins les étapes suivantes : a) on dispose :

- d'une l^ère poudre comprenant des grains d'une phase magnétique TRzFe^B, des composés à base de métaux et une phase de joints de grains riche en terre rare, et optionnellement des grains d'une phase non-magnétique TRFe4B4, ladite l^ère poudre étant exempte de terre rare lourde ou la teneur massique en terre rare lourde exprimée par rapport à la masse de la l^ère poudre étant inférieure à 1%,

- d'une 2^ème poudre (de préférence obtenue à partir d'aimants recyclés), comprenant des terres rares lourdes, la teneur massique en terres rares lourdes, exprimée par rapport à la masse de ladite 2^ème poudre, étant comprise entre 1% et 10%, de préférence entre 2% et 5%, ladite 2^ème poudre contenant des grains d'une phase magnétique TRzFe^B, b) on soumet la 2^ème poudre à un traitement d'hydrogénation-disproportionation (aussi connu sous la dénomination anglophone « hydrogenation disproportionation ») de manière à décomposer la phase magnétique TRzFe^B en un mélange contenant des hydrures de terres rares de formule chimique TRH_X dans laquelle x est le ratio atomique de H/TR et est par exemple compris entre 2 et 3, du fer, du borure de fer (FezB) et une phase dite bêta qui comprend des TR, du fer et du bore, ledit traitement d'hydrogénation- disproportionation étant réalisé :

- soit à une température comprise entre 850°C et 950°C et à une pression d'hydrogène supérieure ou égale à 0,3 bar et inférieure à 0,5 bar,

- soit à une température comprise entre 925°C et 1025°C et à une pression d'hydrogène supérieure ou égale à 0,5 bar et inférieure à 1 bar,

- soit à une température comprise entre 950°C et 1100°C et à une pression d'hydrogène supérieure ou égale à 1 bar et inférieure ou égale à 10 bar, c) on mélange la l^ère poudre avec la 2^ème poudre obtenue à l'issue de l'étape b) dans un rapport massique qui dépend de la teneur en terres rares lourdes de la 2^ème poudre de manière à obtenir un mélange, d) on soumet le mélange obtenu à l'issue de l'étape c) à une étape de compactage de manière à obtenir une pièce compactée, e) on soumet la pièce compactée obtenue à l'issue de l'étape d) à une étape de préfrittage qui comprend les sous-étapes suivantes :

- chauffage de la température ambiante à une l^ère température comprise entre 200°C et 400°C à une vitesse de chauffage de 1°C à 5°C/minute,

- palier à ladite l^ère température comprise entre 200°C et 400°C pendant une durée comprise entre 1 heure et 3 heures,

- chauffage de ladite l^ère température comprise entre 200°C et 400°C jusqu'à une 2^ème température comprise entre 400°C et 500°C à une vitesse de chauffage de 1°C à 5°C/minute,

- palier à ladite 2^ème température comprise entre 400°C et 500°C pendant une durée comprise entre 1 heure et 3 heures,

- chauffage de ladite 2^ème température comprise entre 400°C et 500°C jusqu'à une 3^ème température comprise entre 550°C et 650°C à une vitesse de chauffage de 1°C à 5°C/minute,

- palier à ladite 3^ème température comprise entre 550°C et 650°C pendant une durée comprise entre 1 heure et 3 heures,

- chauffage de ladite 3^ème température comprise entre 550°C et 650°C jusqu'à une 4^ème température comprise entre 650°C et 750°C à une vitesse de chauffage de 5°C à 10°C/minute,

- palier à ladite 4^ème température comprise entre 650°C et 750°C pendant une durée comprise entre 10 minutes et 30 minutes, f) on soumet la pièce préfrittée obtenue à l'issue de l'étape e) à une étape de frittage de manière à obtenir un aimant, ladite étape de frittage comprend les sous-étapes suivantes :

- chauffage de ladite 4^ème température comprise entre 650°C et 750°C jusqu'à une 5^ème température comprise entre 850°C et 1050°C à une vitesse de chauffage de 5°C à 25°C/minute,

- palier à ladite 5^ème température comprise entre 850°C et 1050°C pendant une durée comprise entre 2 heures et 24 heures.

[0022] Du fait que la 2^ème poudre contient des terres rares lourdes, au cours de l'étape b) du procédé de fabrication selon l'invention, il se forme des hydrures de terres rares lourdes.

[0023] Le rapport massique de l'étape c) peut être déterminé comme suit : par exemple si la 2^ème poudre contient X% de terres rares lourdes et que l'on souhaite atteindre dans l'aimant final une teneur globale de Y%, le rapport massique de la masse m2 de la 2^ème poudre sur la masse ml de la l^ère poudre est m2/ml = Y/(X-Y).

[0024] Au cours de l'étape f) de frittage du mélange de la l^ère poudre et de la 2^ème poudre, il se forme une phase liquide (par réaction eutectique) entre les différents composés à base de métaux, la phase riche en TR, la phase magnétique TRzFe^B et la phase non- magnétique optionnelle TRFe4B4 de la l^ère poudre. Cette phase liquide a une teneur massique élevée en terres rares, de l'ordre de 90% en masse à 700°C, 80% à 900°C et 70% à 1000°C. Lors de la montée en température sous vide, les hydrures de terre rare formés à l'étape b), notamment les hydrures de terres rares lourdes sont transformés en des terres rares lourdes métalliques qui se dissolvent dans ladite phase liquide de manière à l'enrichir. Ces terres rares lourdes désormais sous la forme de terres rares lourdes métalliques sont alors disponibles pour créer une structure dite « cœur-coquille » tel que mentionnée ci-dessus autour des grains de la l^ère poudre au cours de la densification des de la l^ère poudre et de la 2^ème poudre qui se produit au cours du frittage.

[0025] Ainsi, grâce à l'étape b) du procédé de fabrication selon l'invention, les terres rares lourdes présentes dans la 2^ème poudre (de préférence une 2^ème poudre qui a été obtenue à partir d'aimants recyclés) sont extraites de la phase magnétique en étant transformées en hydrures. Cela permet d'augmenter l'activité chimique des terres rares lourdes. En effet, lors de la montée en température sous vide au cours du frittage, la transformation de ces hydrures en des terres rares lourdes métalliques les rend disponibles dans la phase liquide qui se forme également au cours du frittage.

[0026] L'étape b) du procédé de fabrication selon l'invention permet ainsi de s'affranchir d'une étape de diffusion de ces terres rares lourdes au sein des grains de la phase magnétique TRzFe^B de la 2^ème poudre ; ce qui est un processus lent et qui créerait un gradient de concentration au sein des grains riches en terres rares lourdes de la 2^ème poudre. Cela permettrait de ne valoriser in fine qu'une faible fraction de la quantité desdites terres rares lourdes. De plus, dans ce cas de diffusion, la teneur en terres rares lourdes en périphérie des grains de la l^ère poudre serait plus faible que la teneur en terres rares lourdes dans les grains de la 2^ème poudre.

[0027] A contrario, avec le procédé de fabrication selon l'invention, l'extraction des terres rares lourdes de la phase magnétique de la 2^ème poudre augmente leur potentiel chimique. A l'issue de l'étape f), les terres rares lourdes sont localisées en périphérie des grains de la phase magnétique TRzFe^B de la l^ère poudre à des teneurs plus élevées que la teneur en terres rares lourdes dans les grains de la 2^ème poudre (de préférence qui a été obtenue à partir d'aimants recyclés), de sorte que la coercivité de l'aimant ainsi obtenu est augmentée de manière très significative, et ce alors que ledit aimant contient de faibles quantités de terres rares lourdes.

[0028] Au cours de l'étape e) de préfrittage, la pièce compactée obtenue à l'issue de l'étape d) est déshydrurée. Cette opération consiste à éliminer la quasi-totalité de l'hydrogène contenu dans la pièce compactée. L'hydrogène est essentiellement présent sous la forme d'hydrures TRHx avec x proche de 2. Il s'agit de ramener la teneur globale en hydrogène dans la pièce compactée, qui est par exemple de l'ordre de 2000 ppm (0,2 % en masse) à une valeur par exemple inférieure à 100 ppm (0,01 % en masse), préférentiellement inférieure à 50 ppm (0,005 % en masse). Cette opération permet d'obtenir de meilleures propriétés magnétiques après le frittage.

[0029] Plus précisément, afin de fritter correctement un aimant NdFeB, il faut d'abord désorber complètement l'hydrogène présent à l'intérieur pour pouvoir ensuite le densifier de manière optimale. Cette désorption de l'hydrogène est réalisée pendant l'étape e) de préfrittage. Or, il est connu que la recombinaison de la phase magnétique NdzFe^B peut s'effectuer en même temps que la désorption totale de l'hydrogène. Cela est problématique car les terres rares lourdes seraient à nouveau piégées dans ladite phase magnétique et seraient alors moins disponibles pour diffuser en périphérie des grains de la l^ère poudre. L'avantage procuré par l'étape b) d'hydrogénation- disproportionation serait alors perdu avant même d'atteindre le palier de frittage.

[0030] C'est pourquoi, pour surmonter ce problème, il est indispensable de décorréler au mieux la désorption de l'hydrogène et la recombinaison des grains de la phase magnétique NdzFe^B.

[0031] Contre toute attente, les inventeurs ont découvert que la sélection des intervalles de températures et de pression à l'étape b) tels que détaillés ci-dessus permet d'obtenir une phase bêta dont la teneur massique, exprimée par rapport à la masse totale de la 2^ème poudre, peut être avantageusement comprise entre 5% et 50%. Cette phase bêta contient la quasi-totalité du bore. Or, la présence de la quasi-totalité du bore dans la phase bêta augmente les distances de diffusion de celui-ci lors de l'étape de frittage ; ce qui contribue à décorréler la désorption de l'hydrogène et la recombinaison des grains de la phase magnétique NdzFe^B.

[0032] De plus, la sélection des intervalles de températures et de pression à l'étape b) permet l'obtention à l'issue de l'étape b) de grains de taille micronique, avantageusement comprise entre 1 pm et 20 pm. Cette taille micronique permet d'augmenter les distances de diffusion du bore, du fer et des terres rares lors de l'étape de frittage, et ainsi d'éviter une recombinaison trop rapide des grains et de permettre aux terres rares lourdes de diffuser correctement en périphérie desdits grains. [0033] Enfin les inventeurs ont découvert de manière surprenante que la réalisation d'une étape e) de préfrittage et d'une étape f) de frittage telles que décrites ci-dessus contribue également à désorber l'hydrogène sans recombiner la phase magnétique.

[0034] Plus précisément, la mise en œuvre de ces étapes e) de préfrittage et f) de frittage selon les paramètres tels que décrits ci-dessus permet dès que la désorption est terminée de maximiser la quantité de terres rares lourdes en phase liquide et, en avantage additionnel d'atteindre le plus rapidement possible le palier de frittage grâce à la rampe de chauffage d'atteinte de ce palier décrite ci-dessus. En effet, comme expliqué ci-dessus, les hydrures de terres rares lourdes sont transformés en terres rares lourdes métalliques et les terres rares lourdes sont alors disponibles pour diffuser en périphérie des grains de la l^ère poudre.

[0035] Ainsi, l'originalité de la présente invention réside dans la décorrélation de la désorption de l'hydrogène et de la recombinaison des grains de la phase magnétique Nd2Fel4B grâce à la sélection des paramètres tels que décrits ci-dessus pour la mise en œuvre des étapes b) d'hydrogénation-disproportionation, ainsi que des étapes de e) préfrittage et f) de frittage.

[0036] Dans le cadre de la présente invention, un avantage additionnel est de co-fritter la l^ère poudre et la 2^ème poudre à plus basse température, car les terres rares lourdes ont déjà été extraites des grains de la phase magnétique TRzFe^B de la 2^ème poudre. Il permet ainsi de localiser les terres rares lourdes en extrême périphérie des grains de la l^ère poudre et donc d'obtenir une structure « cœur-coquille » très marquée qui permet de dépasser le gain en coercitivité obtenu pour des aimants dont les terres rares lourdes ont été ajoutées dans la masse, à savoir 150 kA/m pour un ajout de terres rares lourdes d'environ 1 % en masse.

[0037] Ce gain en termes de dilution du procédé de fabrication selon l'invention est particulièrement intéressant, car il permet d'envisager le recyclage, en voie courte, de quantités d'aimants recyclés riches en terres rares lourdes, qui resteront limitées et de permettre de fabriquer d'importantes quantités d'aimants magnétiquement performants avec un minimum d'apport de matières premières critiques. [0038] Les différentes caractéristiques techniques du procédé de fabrication selon l'invention sont décrites ci-dessous plus en détail.

[0039] Dans le cadre de la présente invention, on entend par « phase de joints de grains riche en TR », une phase métallique contenant plus de 70% en masse de terre rare combinée à des métaux, par exemple des métaux choisis parmi le fer, le cuivre et l'aluminium.

[0040] Les composés à base de métaux de la l^ère poudre peuvent comprendre des métaux choisis parmi le fer, le cuivre, l'aluminium, le gallium, le titane et le zirconium.

[0041] La l^ère poudre peut comprendre en pourcentages massiques exprimés par rapport à la masse de ladite l^ère poudre :

- entre 90% et 99%, de préférence entre 95% et 97%, de grains de la phase magnétique de type TRzFe^B,

- entre 0,5% et 3%, de préférence entre 0,5% et 2%, des composés à base de métaux,

- entre 1% et 10%, de préférence entre 2% et 5%, de la phase de joints de grains riche en terre rare,

- optionnellement entre 0,1% et 5%, de préférence entre 0,1% et 1%, de grains de la phase non-magnétique de type TRFe4B4.

[0042] La l^ère poudre peut comprendre, en pourcentages massiques exprimés par rapport à la masse de ladite l^ère poudre :

- entre 27% et 35% de terre rare,

- entre 0,9% et 1,2% de bore,

- complément à 100% d'au moins un élément métallique M choisi dans le groupe constitué par Fe, Co, Ni, pris seul ou en mélange de ceux-ci, la somme des pourcentages massiques de Ni et Co étant inférieure ou égale à 5%, et optionnellement Fe étant remplacé partiellement par au moins un élément de remplacement choisi dans le groupe constitué par Al, Cu, Ga, Nb, Zr, Ti, Mo, V, Hf, Ta, W, Sn, pris seul ou en mélange de ceux-ci, la teneur en le ou les éléments de remplacement étant inférieure ou égale à 3%.

[0043] Comme expliqué ci-dessus, la teneur massique en terres rares lourdes est inférieure à 1% dans la l^ère poudre.

[0044] La l^ère poudre présente de préférence une granulométrie comprise entre 3 pm et 7 pm. [0045] La l^ère poudre peut avoir été obtenue à partir :

- de matières premières vierges (par exemple des métaux purs et/ou des alliages) qui sont totalement exemptes de terres rares lourdes ou dont la teneur massique est inférieure à 1%, ou

- d'aimants recyclés qui sont totalement exempts de terres rares lourdes ou dont la teneur massique est inférieure à 1%, ou encore

- d'un mélange de matières premières vierges et d'aimants recyclés qui sont totalement exempts de terres rares lourdes ou dont la teneur massique est inférieure à 1%.

[0046] Lorsque la l^ère poudre a été obtenue totalement ou en partie à partir de matières premières vierges, ces dernières sont choisies parmi les métaux purs et/ou les alliages. De préférence, il s'agit de métaux purs.

[0047] Lorsque la l^ère poudre a été obtenue totalement ou en partie à partir de matières vierges, ces dernières peuvent avoir été soumises aux étapes suivantes :

- une étape de coulée sur roue, suivie

- d'une étape de décrépitation sous hydrogène et/ou de broyage à jet de gaz (connu aussi sous la dénomination anglophone : broyage de type Jet Mill).

[0048] Tout d'abord, le mélange de matières premières vierges (autrement dit la « charge de base ») est chauffée, de préférence sous pression partielle de gaz neutre ou bien sous vide, à une température avantageusement comprise entre 1350°C et 1550°C, de manière à obtenir un bain de matière en fusion.

[0049] Le bain de matière en fusion est ensuite coulé sur une roue en rotation refroidie. La matière en fusion est ainsi solidifiée par trempe. La vitesse de refroidissement peut être comprise entre 500 K/s et 5000 K/s. Les rubans fondus obtenus peuvent avoir une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5 mm, de préférence entre 0,15 et 0,35 mm.

[0050] L'étape de décrépitation sous hydrogène permet d'obtenir une l^ère poudre dont la granulométrie est comprise entre 50 pm et quelques millimètres.

[0051] La décrépitation sous hydrogène peut être réalisée à une température comprise entre 10°C et 500°C, de préférence entre 20°C et 150°C, et à une pression d'hydrogène comprise entre 0,01 MPa et 5 MPa, de préférence entre 0,08 MPa et 0,25 MPa. [0052] La durée de l'étape de décrépitation sous hydrogène peut être comprise entre 1 heure et 5 heures.

[0053] L'étape de broyage à jet de gaz permet d'obtenir une l^ère poudre dont la taille médiane est comprise entre 2 pm et 10 pm, de préférence entre 3 pm et 6 pm, avec une finesse granulométrique dont le rapport du 9^ème décile au 1^er décile, ou autrement dit « D90/D10 », est inférieure à 10, de préférence inférieur à 5. Des équipements commerciaux tels que des broyeurs commercialisés par la société Hosokawa-Alpine sous les dénominations commerciales AFG100, AFG200 et AFG400 peuvent être utilisés pour cette étape de broyage à jet de gaz. Ils comportent une chambre étanche dans laquelle un gaz inerte sous une pression comprise entre 2 et 8 bars, est introduit par trois buses convergentes, et la poudre à broyer par une trémie permettant de contrôler le débit d'alimentation. Le flux de gaz emporte la poudre dans son sillage et la relâche en passant dans un tourbillon engendré par un système nommé « cyclone ». De manière à améliorer la finesse granulométrique, ces équipements peuvent être munis d'un sélecteur inertiel qui empêche les plus grosses particules de sortir de la chambre de broyage.

[0054] Lorsque la l^ère poudre a été obtenue totalement ou en partie à partir d'aimants recyclés, ces derniers peuvent avoir été soumis à une étape de décrépitation sous hydrogène et/ou de broyage à jet de gaz.

[0055] Les caractéristiques techniques de l'étape de décrépitation sous hydrogène et de broyage à jet de gaz peuvent être celles qui ont été décrites pour l'obtention de la l^ère poudre à partir de matières premières vierges.

[0056] La 2^ème poudre présente de préférence une granulométrie comparable à celle de la première poudre de manière à faciliter le mélange de la l^ère poudre avec la 2^ème poudre à l'étape c) du procédé de fabrication selon l'invention. La 2^ème poudre présente de préférence une granulométrie entre 3 pm et 7 pm.

[0057] La 2^ème poudre peut comprendre, en pourcentages massiques exprimés par rapport à la masse de ladite 2^ème poudre :

- entre 27% et 35% de terre rare, dont entre 1% et 10%, de préférence entre 2% et 5%, de terre rare lourde,

- entre 0,9% et 1,2% de bore, - complément à 100% d'au moins une élément métallique M choisi dans le groupe constitué par Fe, Co, Ni, pris seul ou en mélange de ceux-ci, la somme des pourcentages massiques de Ni et Co étant inférieure ou égale à 5% et, optionnellement Fe étant remplacé partiellement par au moins un élément de remplacement choisi dans le groupe constitué par Al, Cu, Ga, Nb, Zr, Ti, Mo, V, Hf, Ta, W, Sn, pris seul ou en mélange de ceux- ci, la teneur en le ou les éléments de remplacement étant inférieure ou égale à 3%.

[0058] Cela signifie que la 2^ème poudre comprend, en pourcentages massiques exprimés par rapport à la masse de ladite 2^ème poudre, entre 1% et 10%, de préférence entre 2% et 5%, de terre rare lourde.

[0059] La 2^ème poudre peut avoir été obtenue à partir :

- de matières premières vierges (par exemple des métaux purs et/ou des alliages) dont la teneur massique en terres rares lourdes est comprise entre 1% et 10%, de préférence entre 2% et 5%, ou

- d'aimants recyclés dont la teneur massique en terres rares lourdes est comprise entre 1% et 10%, de préférence entre 2% et 5%, ou encore

- d'un mélange de matières premières vierges et d'aimants recyclés dont la teneur massique en terres rares lourdes est comprise entre 1% et 10%, de préférence entre 2% et 5%.

[0060] Comme expliqué ci-dessus, le procédé de fabrication d'un aimant selon l'invention met en œuvre de préférence des aimants recyclés.

[0061] C'est pourquoi, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la 2^ème poudre a été obtenue uniquement à partir d'aimants recyclés. Ces aimants recyclés comprennent des terres rares lourdes. Le pourcentage massique de ces terres rares lourdes, exprimé par rapport à la masse de ladite 2^ème poudre, est compris entre 1% et 10%, de préférence entre 2% et 5%.

[0062] De manière avantageuse, la 2^ème poudre a été obtenue à partir d'aimants recyclés qui ont été soumis au traitement suivant :

- une étape de décrépitation sous hydrogène, optionnellement suivie

- d'un broyage à jet de gaz. [0063] L'étape de décrépitation sous hydrogène permet d'obtenir une 2^ème poudre grossière dont la granulométrie est comprise entre 50 pm et quelques millimètres.

[0064] Les caractéristiques techniques de l'étape de décrépitation sous hydrogène et de broyage à jet de gaz pour l'obtention de la 2^ème poudre peuvent être celles qui ont été décrites pour l'obtention de la l^ère poudre à partir de matières premières vierges ou d'aimants recyclés.

[0065] Lorsque la 2^ème poudre a été obtenue totalement ou en partie à partir d'aimants recyclés, ces derniers peuvent avoir été soumis à une étape de décrépitation sous hydrogène et/ou de broyage à jet de gaz. Les caractéristiques techniques de l'étape de décrépitation sous hydrogène et de broyage à jet de gaz peuvent être celles qui ont été décrites pour l'obtention de la l^ère poudre à partir de matières premières vierges.

[0066] Lorsque la 2^ème poudre a été obtenue totalement ou en partie à partir de matières vierges, ces dernières peuvent avoir été soumises aux étapes suivantes :

- une étape de coulée sur roue, suivie

- d'une étape de décrépitation sous hydrogène et/ou de broyage à jet de gaz.

[0067] Les caractéristiques techniques des étapes de coulée sur roue, de décrépitation sous hydrogène et de broyage à jet de gaz peuvent être celles qui ont été décrites ci-dessus pour l'obtention de la l^ère poudre à partir de matières premières vierges.

[0068] Le traitement d'hydrogénation-disproportionation peut être réalisé sous vide, à savoir en chauffant sous vide la 2^ème poudre à une température telle que décrite ci-dessus avant l'introduction d'hydrogène. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la 2^ème poudre est chauffée à une température telle que décrite ci-dessus après l'introduction d'hydrogène.

[0069] La 2^ème poudre peut être chauffée jusqu'à l'obtention de la température souhaitée telle que décrite ci-dessus pour l'étape b) avec une vitesse de chauffage comprise entre l°C/minute et 30°C/minute.

[0070] A l'étape b), les températures telles que décrites ci-dessus sont appropriées pour ne pas occasionner une agglomération de particules entre elles. [0071] A l'étape b), les pressions telles que décrites ci-dessus sont appropriées pour ne pas occasionner une perte de texture de l'aimant.

[0072] A titre d'exemple, à une pression de 0,8 bar, la température de traitement de l'étape b) peut être comprise entre 925°C et 1025°C.

[0073] La durée du traitement d'hydrogénation-disproportionation peut être comprise entre 10 minutes et 3 heures. Cette durée dépend de la température de traitement d'hydrogénation-disproportionation : elle est plus faible à haute température. En effet, une durée de traitement trop importante à haute température occasionnerait des hétérogénéités macroscopiques au sein de la microstructure de l'aimant obtenu avec le procédé de fabrication.

[0074] A l'issue du traitement d'hydrogénation-disproportionation, la 2^ème poudre peut être soumise à un refroidissement sous hydrogène, afin d'empêcher la recombinaison des éléments pour reformer la phase magnétique TRzFe^B, et donc conserver le mélange d'hydrures de terres rares de formule chimique TRH_X, du fer, du borure de fer (FezB) et de la phase bêta, jusqu'à la température ambiante (à savoir environ 20°C).

[0075] Optionnellement, avant la réalisation de l'étape c) du procédé de fabrication selon l'invention, la 2^ème poudre est fracturée afin d'améliorer le contact entre les hydrures des terres rares et la phase liquide au cours de l'étape f) de manière à ce que les terres rares lourdes métalliques se dissolvent au mieux dans la phase liquide. Cette étape peut être nécessaire si les particules de la 2^ème poudre se sont réagglomérées au cours du traitement d'hydrogénation-disproportionation, mais également si leur microstructure n'est pas la plus adaptée, à savoir notamment si les hydrures sont localisés au sein des grains plutôt qu'en périphérie. La 2^ème poudre peut avoir été fracturée par au moins une technique de broyage choisie parmi le broyage à jet de gaz, le broyage planétaire, le broyage par attrition et le broyage cryogénique.

[0076] L'étape c) de mélange de la l^ère poudre et de la 2^ème poudre obtenue à l'issue de l'étape b) est avantageusement effectuée pendant au moins 30 minutes, de préférence plus d'une heure, de manière à obtenir un mélange homogène.

[0077] Le mélange obtenu à l'issue de l'étape c) peut être versé dans un moule (présentant la forme en négatif de l'aimant à fabriquer) pour réaliser l'étape d) de compactage. [0078] L'étape d) de compactage peut être réalisée en utilisant une compaction transverse, axiale, isostatique à froid ou un pressage isostatique avec caoutchouc (aussi connu sous la dénomination « RIP », à savoir l'acronyme anglophone pour « Rubber Isostatic Pressing »), de manière à obtenir une pièce compactée dite « pièce à vert ». Par exemple, le mélange est compacté en appliquant une pression uni-axiale comprise entre 50 MPa et 300 MPa.

[0079] La densité de la pièce compactée obtenue à l'issue de l'étape d) est avantageusement comprise entre 50% et 70% de la densité théorique de l'aimant final

[0080] Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, à l'issue de l'étape c) et avant la réalisation de l'étape d) de compactage, le mélange obtenu à l'issue de l'étape c) est soumis à un champ magnétique pour orienter les grains du mélange et obtenir in-fine un aimant anisotrope qui présente une rémanence élevée. De préférence, le champ magnétique est supérieur à 1 Tesla, plus préférentiellement supérieur à 2 Tesla. De préférence, le champ magnétique n'excède pas 8 Tesla. Cette application du champ magnétique peut être réalisée lorsque le mélange obtenu à l'issue de l'étape c) a été versé dans le moule.

[0081] De préférence, l'étape e) de préfrittage est réalisée sous vide secondaire de manière à éviter la démixtion de la phase TRFeB, et ce en présence d'hydrogène. Un vide secondaire correspond à une pression inférieure à 10^-4 mbar, de préférence inférieure à 5.10^-5 mbar.

[0082] Ensuite, l'étape f) de frittage est réalisée de manière à obtenir un aimant. Il s'agit de la consolidation par traitement thermique de la pièce compactée, avec éventuellement une fusion, partielle ou totale, de certains de ses constituants (mais pas de tous ses constituants, de sorte que la pièce compactée n'est pas transformée en une masse liquide).

[0083] L'étape f) de frittage est avantageusement réalisée dans un environnement ne contenant sensiblement pas d'oxygène, d'eau ou d'hydrogène, de préférence sous vide secondaire.

[0084] A l'issue de l'étape f) du procédé de fabrication selon l'invention, on obtient un aimant dont la densité est avantageusement supérieure à 7,4 g. cm^-3. [0085] Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, à l'issue de l'étape f), l'aimant ainsi obtenu est soumis à un refroidissement. De préférence, il s'agit d'un refroidissement rapide, à savoir supérieur à 20°C/min, plus préférentiellement d'environ 30°C/min, de la température de frittage jusqu'à la température ambiante ou, le cas échéant jusqu'à la température du début de l'étape optionnelle de recuisson décrite ci-dessous.

[0086] L'aimant obtenu à l'issue de l'étape f), le cas échéant à l'issue du refroidissement si celui-ci est mis en œuvre, peut être ensuite soumis à une étape de recuisson.

[0087] En effet, la recuisson permet d'augmenter la résistance à la désaimantation de l'aimant. L'homme du métier maîtrise les conditions de réalisation de l'étape de recuisson.

[0088] Par exemple, si l'aimant a été soumis à un refroidissement rapide jusqu'à une température de 50°C, l'étape de recuisson peut comprendre le profil thermique suivant :

- un chauffage de 50°C à 820°C à 5°C/min ;

- un palier à 820 °C pendant 2 heures ;

- un refroidissement de 820°C à 50°C à 20°C/min ;

- un chauffage de 50°C à une température comprise entre 460°C et 650°C à 5°C/min ;

- un palier à une température comprise entre 460°C et 650°C pendant 2 heures ;

- un refroidissement de la température comprise entre 460°C et 650°C à 50°C à 30°C/min.

[0089] Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, à l'issue de l'étape f) de frittage, le cas échéant à l'issue du refroidissement si celui-ci est mis en œuvre ou de l'étape de recuisson si celle-ci est mise en œuvre, l'aimant peut être usiné et/ou subir un traitement de surface, par exemple un polissage ou l'application d'un revêtement pour prévenir de l'oxydation et de la corrosion.

[0090] A l'issue du procédé de fabrication décrit précédemment, un aimant ne possède pas d'aimantation propre. L'aimant peut ainsi être soumis à une aimantation complémentaire : par exemple, l'aimant peut être soumis à un champ d'aimantation parallèle à la direction d'alignement du champ magnétique utilisé pour orienter les grains du mélange et obtenir un aimant anisotrope comme décrit plus haut. Le champ magnétique peut présenter une intensité supérieure à 4 Tesla, de préférence supérieure à 5 Tesla. Ces valeurs élevées sont généralement obtenues en mode pulsé. [0091] En d'autres termes, à l'issue de l'étape f) de frittage, l'aimant ainsi obtenu peut être soumis à au moins l'une des étapes suivantes (à savoir l'une de ces étapes ou toute combinaison de celles-ci) choisies parmi :

- un refroidissement, par exemple une étape de refroidissement telle que décrite ci- dessus ;

- une étape de recuisson, par exemple une étape de recuisson telle que décrite ci-dessus ;

- une étape d'usinage et/ou de traitement de surface, par exemple une étape d'usinage et/ou de traitement de surface telle que décrite ci-dessus ;

- une étape d'aimantation complémentaire, par exemple une étape d'aimantation complémentaire telle que décrite ci-dessus.

[0092] Ces étapes optionnelles réalisées après l'étape f) de frittage sont parfaitement à la portée de l'homme du métier.

[0093] La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de la partie expérimentale ci-dessous qui décrit, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation du procédé de fabrication d'un aimant selon l'invention.

[0094] PARTIE EXPERIMENTALE :

[0095] Préparation de la l^ère poudre

[0096] Une l^ère poudre comprenant en pourcentages massiques exprimés par rapport à la masse de ladite l^ère poudre :

- 33,5% d'un mélange des deux terres rares Nd et Pr (selon les pourcentages massiques suivants : 75% de Nd et 25% de Pr, ces pourcentages massiques étant exprimés par rapport à la masse totale desdites deux terres rares) ;

- B : 0,99% ; Co : 0,5% ; Al : 0,2% ; Cu : 0,12% ; Ga : 0,10% ;

- impuretés : O : 160 ppm, N : 13 ppm, H : 14 ppm, C : 180 ppm, S : 28 ppm,

- Fe : complément à 100%, a été préparée de la manière suivante.

[0097] On disposait initialement de matières premières vierges sous forme massive des différents métaux tels que détaillés ci-dessus et dans les quantités indiquées également ci-dessus (autrement dit la « charge de base »). [0098] Cette charge de base a été chauffée. La fusion a été effectuée sous pression partielle d'argon (400 mbar) dans un creuset en alumine à une température maximale de 1450°C de manière à obtenir un bain de fusion.

[0099] Le bain de matière en fusion a été coulé sur une roue à base de cuivre refroidie à l'eau et ayant une vitesse de rotation permettant l'obtention de rubans cristallisés d'une épaisseur comprise entre 150 pm et 400 pm, d'une épaisseur moyenne de 250 pm.

[0100] Les rubans ainsi obtenus ont été recueillis dans un bac refroidi par circulation d'eau de manière à les refroidir jusqu'à température ambiante.

[0101] Les rubans ont ensuite été placés dans une enceinte étanche d'un four pour une étape de décrépitation.

[0102] L'étape de décrépitation a été réalisée de la manière suivante. L'enceinte a été mise sous vide primaire (à savoir une pression inférieure à 1 mbar, de préférence inférieure à 10’² mbar), puis remplie d'hydrogène pour atteindre une pression de 2 bars. Ensuite, l'enceinte a été mise sous vide primaire pour évacuer l'hydrogène, puis elle a été chauffée à une température de 550°C pendant 2 heures pour obtenir une déshydruration partielle, puis refroidie jusqu'à la température ambiante (à savoir environ 20°C) sous argon.

[0103] La poudre grossière ainsi obtenue a ensuite été homogénéisée dans un mélangeur dans lequel 0,05% en masse de stéarate de zinc avait été introduit, le pourcentage massique de stéarate de zinc étant exprimé par rapport à la masse de ladite poudre grossière. Le stéarate de zinc est un lubrifiant qui permet de faciliter l'établissement d'un lit fluidisé lors de l'étape de broyage à jet de gaz (jet mill). Cette homogénéisation a duré 1 heure et demie.

[0104] La poudre homogénéisée ainsi obtenue a ensuite été introduite dans un broyeur à jet de gaz en lit fluidisé. Le gaz utilisé était de l'azote. La pression de broyage, le diamètre des buses et la vitesse de sélecteur ont été ajustés pour obtenir une l^ère poudre dont la taille médiane de particule mesurée en ligne par un granulomètre laser était de 5 pm.

[0105] Préparation de la 2^ème poudre

[0106] Une 2^ème poudre comprenant en pourcentages massiques exprimés par rapport à la masse de ladite 2^ème poudre : - Nd : 21,7%,

- Pr : 6,6%,

- Dy : 4,0%,

- B : 1,07%,

- Co : 1,01%,

- Al : 0,69%,

- Cu : 0,15%,

- Fe : complément à 100%, a été préparée de la manière suivante.

[0107] On disposait initialement d'aimants recyclés de dimensions 8 x 28 x 5 mm qui comprenaient les différents métaux tels que détaillés ci-dessus et dans les quantités indiquées également ci-dessus.

[0108] Les aimants recyclés ont été placés dans une enceinte étanche d'un four pour l'étape de décrépitation. L'enceinte a été mise sous vide primaire, puis remplie d'hydrogène pour atteindre une pression de 0,8 bars. Ce traitement a permis d'hydrurer la totalité du matériau mais également de peler les revêtements métalliques.

[0109] La poudre grossière ainsi obtenue a été chauffée sous hydrogène dans la même enceinte à 950°C pendant 3 heures sous 0,8 bar d'hydrogène après une rampe de chauffe de 5°C/min. Le tout a ensuite été refroidi naturellement sous hydrogène jusqu'à température ambiante.

[0110] La poudre obtenue a ensuite été introduite sous atmosphère contrôlée dans un bol de broyage, ainsi que des billes en inox de 8 mm de diamètre pour un ratio billes/poudre de 1 :2. Ce bol a été plongé dans un bain d'azote liquide jusqu'à thermalisation. L'ensemble a ensuite été broyé dans un vibro-broyeur, puis le contenu du bol a été transféré en boîte à gant. La taille de la 2^ème poudre était comprise entre 1 pm et 20 pm.

[0111] Ensuite, selon l'étape c) du procédé de fabrication, la l^ère poudre a été mélangée avec la 2^ème poudre obtenue à l'issue de l'étape b) dans un rapport massique qui dépend de la teneur en TR lourdes de la 2^ème poudre pendant 30 minutes dans un mélangeur, dans une enceinte sous atmosphère contrôlée. [0112] Le rapport massique de la masse m2 de la 2^ème poudre sur la masse ml de la l^ère poudre était égal à m2/ml = 25/75.

[0113] Le mélange obtenu à l'issue de l'étape c) a ensuite été introduit dans différents moules cylindriques de 22 mm de hauteur et 14 mm en diamètre intérieur en caoutchouc qui ont été soumis à un champ magnétique de 7 Tesla pour orienter les particules.

[0114] Ensuite, l'étape d) de compactage du procédé de fabrication selon l'invention a été réalisée en soumettant le mélange contenu dans ces différents moules à une compaction isostatique à froid à 1500 bar de manière à obtenir des pièces compactées.

[0115] Puis, l'étape e) de préfrittage du procédé de fabrication selon l'invention a été réalisée sur ces pièces compactées sous vide secondaire selon le profil thermique suivant :

- chauffage à 5°C/min de la température ambiante jusqu'à l^ère température de 300°C, puis palier pendant 2 heures à ladite l^ère température de 300°C,

- chauffage à 5°C/min de la l^ère température 300°C jusqu'à une 2^ème température de 500°C, puis palier pendant 2 heures à ladite 2^ème température de 500°C,

- chauffage à 5°C/min de ladite 2^ème température de 500°C jusqu'à une 3^ème température de 600°C, puis palier pendant 2 heures à 600°C,

- chauffage à 5°C/min de ladite 3^ème température de 600°C jusqu'à une 4^ème température de 700°C, puis palier pendant 30 minutes à ladite 4^ème température de 700°C.

[0116] Ensuite, l'étape f) de frittage du procédé de fabrication selon l'invention a été réalisée sur ces pièces préfrittées sous vide secondaire selon le profil thermique suivant :

- chauffage de ladite 4^ème température de 700°C jusqu'à une 5^ème température de 975°C à une vitesse de chauffage de 10°C/minute,

- palier à ladite 5^ème température de 975°C pendant une durée de 12 heures.

[0117] A la fin de ce dernier palier à ladite 5^ème température de 975°C, de l'argon a été introduit jusqu'à atteindre une pression absolue de 2 bar de manière à obtenir des aimants.

[0118] Ensuite, les aimants ont été soumis à un refroidissement avec une vitesse de refroidissement de 15°C/min de 975°C jusqu'à 30°C.

[0119] Puis, les aimants ont ensuite été soumis à une étape de recuisson sous vide secondaire selon le profil thermique suivant : - chauffage à 5°C/min de 50°C jusqu'à 820°C,

- palier à 820°C pendant 2 heures,

- refroidissement à 20°C/min de 820°C jusqu'à 50°C,

- chauffage à 5°C/min de 50°C jusqu'à 500°C,

- palier à la température de 500°C pendant 2 heures,

- refroidissement à 15°C/min de 500°C jusqu'à la température ambiante.

[0120] Les aimants ainsi obtenus de forme cylindrique ont été usinés au moyen d'une rectifieuse et d'une meule diamant pour éliminer la couche d'oxyde et obtenir des surfaces parallèles.

[0121] Par ailleurs, des aimants dits « comparatifs » ont été fabriqués à partir de 100% de la l^ère poudre, et ce de la même manière que ces aimants selon l'invention.

[0122] Les propriétés magnétiques des aimants selon l'invention et des aimants comparatifs sont détaillées dans le tableau 1 ci-dessous dans lequel :

- Br est la rémanence (exprimée en T),

- Hcj est la coercitivité (exprimée en kA/m),

- (BH)max est le produit énergétique maximum (exprimé en kJ/m³),

- Dy est la teneur massique en dysprosium (exprimée en %),

- gain en coercitivité (exprimé en kA/m)

[0123]

Tableau 1

[0124] Pour comprendre l'intérêt de l'invention, il faut estimer le gain en coercitivité par pourcentage de Dy dans les aimants finaux. Par rapport aux aimants comparatifs, le gain de coercitivité des aimants selon l'invention est de 191 kA/m. Rapportée à la quantité de Dy introduite, cela représente un gain de 191 kA/m/%Dy. Comme expliqué ci-dessus, il est connu que lorsque du Dy issu de matériaux vierges est introduit dans la fabrication d'un aimant, ce gain en coercitivité n'est que d'environ 150 kA/m/%Dy. Cette valeur est inférieure au gain en coercitivité obtenu avec des aimants fabriqués selon le procédé de fabrication de l'invention. Ces expérimentations démontrent que la présente invention permet d'obtenir des aimants avec un gain optimisé en coercitivité.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un aimant hautement coercitif, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes : a) on dispose :

- d'une l^ère poudre comprenant des grains d'une phase magnétique TRzFe^B (« TR » désignant un élément ou une combinaison de deux éléments ou plus choisis parmi les terres rares), des composés à base de métaux et une phase de joints de grains riche en terre rare, et optionnellement des grains d'une phase non-magnétique TRFe4B4, ladite l^ère poudre étant exempte de terre rare lourde ou la teneur massique en terre rare lourde exprimée par rapport à la masse de la l^ère poudre étant inférieure à 1%,

- d'une 2^ème poudre comprenant des terres rares lourdes, la teneur massique en terres rares lourdes, exprimée par rapport à la masse de ladite 2^ème poudre, étant comprise entre 1% et 10%, de préférence entre 2% et 5%, ladite 2^ème poudre contenant des grains d'une phase magnétique TRzFe^B, b) on soumet la 2^ème poudre à un traitement d'hydrogénation-disproportionation de manière à décomposer la phase magnétique TRzFe^B en un mélange contenant des hydrures de terres rares de formule chimique TRH_X dans laquelle x est le ratio atomique de H/TR, du fer, du borure de fer ( FezB) et une phase dite bêta qui comprend des TR, du fer et du bore, ledit traitement d'hydrogénation-disproportionation étant réalisé :

2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la l^ère poudre comprend, en pourcentages massiques exprimés par rapport à la masse de ladite l^ère poudre : - entre 90% et 99%, de préférence entre 95% et 97%, de grains de la phase magnétique de type TRzFe^B,

3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la l^ère poudre comprend, en pourcentages massiques exprimés par rapport à la masse de ladite l^ère poudre :

- entre 27% et 35% de terre rare,

- entre 0,9% et 1,2% de bore,

4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la 2^ème poudre comprend, en pourcentages massiques exprimés par rapport à la masse de ladite 2^ème poudre :

- entre 0,9% et 1,2% de bore,

- complément à 100% d'au moins une élément métallique M choisi dans le groupe constitué par Fe, Co, Ni, pris seul ou en mélange de ceux-ci, la somme des pourcentages massiques de Ni et Co étant inférieure ou égale à 5% et, optionnellement Fe étant remplacé partiellement par au moins un élément de remplacement choisi dans le groupe constitué par Al, Cu, Ga, Nb, Zr, Ti, Mo, V, Hf, Ta, W, Sn, pris seul ou en mélange de ceux- ci, la teneur en le ou les éléments de remplacement étant inférieure ou égale à 3%.

5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la l^ère poudre a été obtenue à partir :

- de matières premières vierges qui sont totalement exemptes de terres rares lourdes ou dont la teneur massique est inférieure à 1%, ou

- d'aimants recyclés qui sont totalement exempts de terres rares lourdes ou dont la teneur massique est inférieure à 1%, ou

6. Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que les matières premières vierges ont été soumises aux étapes suivantes :

- une étape de coulée sur roue, suivie

7. Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que les aimants recyclés ont été soumis à une étape de décrépitation sous hydrogène et/ou de broyage à jet de gaz.

8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la 2^ème poudre a été obtenue à partir :

- de matières premières vierges dont la teneur massique en terres rares lourdes est comprise entre 1% et 10%, de préférence entre 2% et 5%, ou

- d'aimants recyclés dont la teneur massique en terres rares lourdes est comprise entre 1% et 10%, de préférence entre 2% et 5%, ou

9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite 2^ème poudre a été obtenue à partir d'aimants recyclés qui ont été soumis au traitement suivant :

- une étape de décrépitation sous hydrogène, optionnellement suivie

- d'un broyage à jet de gaz.

10. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la 2^ème poudre a été fracturée par au moins une technique de broyage choisie parmi le broyage à jet de gaz, le broyage planétaire, le broyage par attrition et le broyage cryogénique.

11. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'à l'issue de l'étape c) et avant la réalisation de l'étape d) de compactage, le mélange obtenu à l'issue de l'étape c) est soumis à un champ magnétique, de préférence un champ magnétique supérieur à 1 Tesla.

12. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé ce que l'aimant obtenu à l'issue de l'étape f) de frittage est soumis à au moins l'une des étapes choisies parmi un refroidissement, une étape de recuisson, une étape d'usinage et/ou de traitement de surface et une étape d'aimantation complémentaire.

13. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la durée du traitement d'hydrogénation-disproportionation de l'étape b) est comprise entre 10 minutes et 3 heures.