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Matériaux ferromagnétiques
Les matériaux ferromagnétiques sont fortement attirés par les aimants. Quels métaux sont magnétiques ? Et pourquoi l’acier inoxydable réagit-il parfois aux aimants, et parfois non ?
Quels matériaux un aimant attire-t-il ?
Parmi tous les matériaux magnétiques, les matériaux ferromagnétiques sont les plus importants en pratique. Ce sont des matériaux qui réagissent suffisamment fortement à un champ magnétique pour être attirés par un aimant. Certains matériaux ferromagnétiques peuvent également être utilisés comme matériaux magnétiques. Les métaux ferromagnétiques les plus connus sont :
- le fer ;
- le nickel ;
- le cobalt.
De nombreux alliages sont également magnétiques, en particulier lorsqu’ils contiennent du fer, du nickel ou du cobalt. C’est pourquoi de nombreuses nuances d’acier réagissent fortement à un aimant.
Que signifie ferromagnétique ?
Un matériau est ferromagnétique lorsque les moments magnétiques présents dans le matériau peuvent s’aligner. Il en résulte une forte attraction par un champ magnétique externe. Dans certains matériaux, une partie de cet alignement magnétique subsiste après la suppression du champ magnétique externe. Le matériau est alors magnétisé.
En termes simples : un matériau ferromagnétique est clairement attiré par un aimant. C’est la réaction que l’on observe lorsqu’un aimant adhère à de l’acier.
Magnétique ou ferromagnétique ?
Dans la pratique, les termes « magnétique » et « ferromagnétique » sont souvent utilisés indifféremment. Techniquement, il existe une différence. Un objet est magnétique lorsqu’il se comporte lui-même comme un aimant, avec un pôle nord et un pôle sud. Un objet est ferromagnétique lorsqu’il est fortement attiré par un aimant. Une plaque d’acier est donc généralement ferromagnétique. Ce n’est que lorsqu’elle a été magnétisée qu’elle se comporte elle-même comme un aimant.
Pour les applications industrielles, c’est surtout la propriété ferromagnétique qui est importante : le matériau est-il suffisamment attiré pour pouvoir être retenu, séparé ou détecté ?
Quels métaux sont magnétiques ?
| Matériau | Réaction à un aimant | Explication |
| Fer | Fortement magnétique | L’un des principaux métaux ferromagnétiques. |
| Acier | Généralement fortement magnétique | Contient du fer ; la réaction dépend de la composition et de la structure. |
| Fonte | Généralement magnétique | Matériau contenant du fer avec une réaction magnétique nette. |
| Nickel | Magnétique | L’un des éléments ferromagnétiques connus. |
| Cobalt | Magnétique | Ferromagnétique et utilisé dans certains matériaux magnétiques. |
| Acier inoxydable ferritique | Magnétique | Par exemple certaines nuances de la série 400. |
| Acier inoxydable martensitique | Magnétique | Utilisé notamment pour des couteaux, arbres et pièces d’usure. |
| Acier inoxydable austénitique | Généralement non magnétique ou faiblement magnétique | Par exemple 304 et 316 ; peut devenir localement légèrement magnétique par déformation. |
| Néodyme-fer-bore | Magnétique dur | Utilisé comme matériau d’aimant permanent puissant. |
| Samarium-cobalt | Magnétique dur | Matériau d’aimant permanent, adapté notamment aux températures plus élevées. |
| Ferrite | Magnétique dur | Matériau d’aimant céramique largement utilisé. |
| Alnico | Magnétique dur | Alliage à base d’aluminium, de nickel et de cobalt. |
Quels matériaux ne sont pas, ou à peine, attirés ?
De nombreux métaux ne sont pas magnétiques en pratique. Un aimant standard n’y adhère pas.
| Matériau | Réaction à un aimant ordinaire | Explication |
| Aluminium | Non magnétique | N’est pas attiré par un aimant ordinaire. |
| Cuivre | Non magnétique | N’est pas attiré par un aimant ordinaire. |
| Laiton | Non magnétique | Alliage de cuivre et de zinc. |
| Bronze | Non magnétique | Alliage à base de cuivre, souvent avec de l’étain. |
| Or | Non magnétique | Un test à l’aimant peut aider à détecter une contamination grossière ou une imitation. |
| Argent | Non magnétique | N’est pas attiré par un aimant ordinaire. |
| Plomb | Non magnétique | Pas de force d’attraction pratique. |
| Zinc | Non magnétique | Pas de force d’attraction pratique. |
| Étain | Non magnétique | Pas de force d’attraction pratique. |
| Titane | Non magnétique | Souvent utilisé lorsqu’une faible influence magnétique est souhaitée. |
| Plastique, bois, verre, caoutchouc | Non magnétique | Pertinent uniquement s’il contient un matériau ferromagnétique ou si un tel matériau se trouve derrière. |
Toutefois, la plupart des métaux mentionnés ci-dessus peuvent être séparés par courants de Foucault dans les applications de recyclage.
Pourquoi tous les métaux ne sont-ils pas magnétiques ?
Le magnétisme est déterminé par la structure interne d’un matériau. Dans les matériaux ferromagnétiques, de petites zones magnétiques, appelées domaines, peuvent s’aligner dans la même direction. Elles se renforcent alors mutuellement, ce qui produit une forte réaction à un champ magnétique.
Dans les matériaux non ferromagnétiques, cela ne se produit pas, ou seulement très faiblement. C’est pourquoi l’aluminium, le cuivre ou le laiton ne sont pas visiblement attirés par un aimant ordinaire, même s’il s’agit de métaux.
Matériaux magnétiques doux et durs
Les matériaux ferromagnétiques sont souvent divisés en matériaux magnétiques doux et matériaux magnétiques durs.
Matériaux magnétiques doux
Les matériaux magnétiques doux sont faciles à magnétiser, mais perdent en grande partie leur magnétisme lorsque le champ magnétique disparaît. Le fer recuit en est un exemple. Ces matériaux sont utiles dans les circuits magnétiques, les électroaimants et les applications où le champ magnétique doit agir temporairement. Dans la séparation magnétique, les particules de fer sont attirées par le champ magnétique externe sans devoir rester elles-mêmes fortement magnétiques.
Matériaux magnétiques durs
Les matériaux magnétiques durs restent magnétiques après magnétisation. Ils sont utilisés pour les aimants permanents. Exemples : ferrite, néodyme-fer-bore, samarium-cobalt et alnico. Pour les aimants permanents, il est important que le matériau conserve sa magnétisation, même sous l’influence de la température, de champs magnétiques externes, de charges et des conditions d’utilisation.
L’acier inoxydable est-il magnétique ?
L’acier inoxydable peut être magnétique, mais ce n’est pas systématique. La réaction magnétique dépend surtout de la structure de l’acier inoxydable.
Les aciers inoxydables ferritiques et martensitiques sont généralement magnétiques. Les aciers inoxydables austénitiques, comme les nuances 304 et 316, sont généralement non magnétiques ou faiblement magnétiques à l’état recuit. Le formage à froid, le pliage, le soudage ou l’usinage peuvent rendre l’acier inoxydable austénitique localement légèrement magnétique.
Un test à l’aimant est donc utile comme indication rapide, mais pas comme méthode complète d’identification du matériau.
Que signifie cela pour la séparation magnétique ?
Dans la séparation magnétique, la question n’est pas seulement de savoir si un matériau est magnétique. D’autres facteurs déterminent également si une particule sera réellement captée :
- composition du matériau ;
- taille et forme de la particule ;
- distance par rapport à l’aimant ;
- intensité et gradient du champ magnétique ;
- couche de produit et vitesse d’écoulement ;
- température ;
- humidité, graisse ou adhérence du produit ;
- conception du séparateur magnétique.
Les particules ferromagnétiques comme le fer, l’acier et les copeaux peuvent être captées efficacement avec le bon séparateur magnétique. Les métaux faiblement magnétiques ou non ferromagnétiques nécessitent une autre approche. Dans le recyclage, l’aluminium et le cuivre sont par exemple souvent séparés avec des séparateurs à courants de Foucault.