Comportement des matériaux magnétiques nanocristallins FeCuNbSiB lors du vieillissement sous contraintes thermique et électrique

Magnetic behavior of FeCuNbSiB nanocrystalline materials during thermal and electrical aging

• Auteur / Autrice : Rania Saoudi
• Direction : Laurent Morel, Marie-Ange Raulet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie electrique
• Date : Soutenance le 17/07/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire AMPERE (Ecully, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Daniel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Morel, Marie-Ange Raulet, Laurent Daniel, Abdelkader Benabou, Afef Kedous-Lebouc, Charles Joubert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelkader Benabou, Afef Kedous-Lebouc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Recuit des cristaux

Anisotropie

Ferromagnétisme

Détérioration

Matériaux nanostructurés

Mots clés libres

Matériaux nanocristallins

Ferromagnétisme

Energies d’anisotropies

Vieillissement magnétique

Caractérisations magnétiques

Capteurs de courant fluxgate

Conditions du recuit

Nanocrystalline materials

Ferromagnetism

Annealing conditions

Anisotropic energy

Magnetic aging

Magnetic characterizations

Fluxgate current sensors

Résumé

Dans le contexte de l'augmentation de l'efficacité énergétique, les systèmes électriques passent par une conception très compactée afin de réduire leurs volumes et poids, spécifiquement dans les systèmes intervenant dans les transports (automobile, ferroviaire et aérien). Cette compacité amène les matériaux magnétiques des nouveaux convertisseurs électriques à fonctionner dans environnements sévères (hautes températures et hautes fréquences). Cette thèse est consacrée pour étudier le comportement dans le temps (vieillissement) des matériaux nanocristallins FeCuNbSiB dédié à la conception des transformateurs, des inductances et des capteurs de courants. Différentes nuances de ces matériaux sont étudiées sachant que les échantillons sont fournis par APERAM Imphy sous forme des tores. En premier temps, les nanocristallins sont étudiées lors du vieillissement continu sous différentes températures. Plusieurs grandeurs macroscopiques magnétiques sont mesurées à chaque période de vieillissement. Afin d'expliquer le mécanisme du vieillissement, une analyse des énergies d'anisotropies est menée, compléter par des mesures à différentes échelles (locale, mésoscopique et microscopique). En deuxième temps, les propriétés magnétiques des nanocristallins sont suivis durant leur vieillissement thermique sous excitation alternée. Cette dernière est appliquée en utilisant des circuits électroniques conçus pour des capteurs de courant fluxgate fournis par LEM. Au final, l'impact du vieillissement magnétique des nanocristallins sur l'évolution des paramètres des capteurs est étudié.

In the context of increasing energy efficiency, electrical systems need to be designed in a very compact way in order to reduce their volume and weight, specifically in systems used in transportation (automotive, rail and airplanes). This compactness leads the magnetic materials of the new electrical converters to operate in severe environments (high temperatures and high frequencies). This thesis focuses on the behavior over time (aging) of FeCuNbSiB nanocrystalline materials dedicated to the design of transformers, inductors and current sensors. Different grades of nanocrystalline materials were provided by our collaborator APERAM Imphy in the form of wound cores. At first, nanocrystalline materials are studied during continuous aging under different temperatures. In aim to monitor aging evolution, several macroscopic magnetic properties are measured at each aging period. In order to explain the aging mechanism, an analysis of the anisotropy energies is conducted, completed by measurements at different scales (local, mesoscopic and microscopic). Thereafter, the magnetic properties of nanocrystalline materials are monitored during their thermal aging under alternating excitation. The latter is applied using electronic circuits designed for fluxgate current sensors provided by LEM. Finally, the impact of magnetic aging of nanocrystals on the evolution of sensor parameters is studied.