Assemblages magnétiques hermétiquement scellés pour applications sous vide et hydrogène

Solutions magnétiques hermétiques pour les environnements sous vide et hydrogène

L’étanchéité hermétique est essentielle dans les applications où il est essentiel d’empêcher l’entrée ou la sortie de gaz, de liquides et de particules. Cet article met en évidence l’importance des assemblages magnétiques hermétiquement fermés, en particulier dans les environnements sous vide et ceux nécessitant une protection contre l’hydrogène. L'hydrogène peut attaquer de manière agressive les aimants en néodyme-fer-bore (NdFeB), et le scellement hermétique offre des solutions efficaces.

Joints hermétiques : un aperçu

Les joints hermétiques créent une barrière hermétique pour empêcher le passage de la substance dans ou hors d'un récipient de protection. Largement utilisés dans des secteurs tels que l'emballage alimentaire, les dispositifs médicaux, l'électronique, les MEMS, les capteurs et l'aérospatiale, les joints hermétiques protègent les composants sensibles des facteurs environnementaux et préservent l'environnement des contenus potentiellement nocifs.

Les aimants aux terres rares, tels que les aimants en néodyme (NdFeB) et en samarium-cobalt (SmCo), peuvent généralement être utilisés dans des environnements sous vide, mais leur compatibilité dépend de plusieurs facteurs.

Aimants dans les applications sous vide :

Les aimants peuvent être utilisés dans les applications sous vide ; cependant, certaines considérations particulières sont nécessaires dans les domaines suivants :

Sélection du Matériau de l'aimant:

Sélectionnez un aimant permanent qui ne fait pas partie du groupe lié. Les matériaux magnétiques liés sont fabriqués en utilisant des résines pour lier la poudre. Les résines sont des matériaux polymères, tels que des résines thermoplastiques ou thermodurcissables, du caoutchouc ou des élastomères, tels que le nylon. Ces matériaux ont des valeurs TML (Total Mass Loss) et CVCM (Collected Volatile Condensable Material) élevées. Aimants aux terres rares (samarium cobalt or Néodyme Fer Bore), Alnico et Céramique conviennent.

Sélection d'un traitement de surface :

Les matériaux magnétiques peuvent être utilisés sans revêtement dans des conditions de vide poussé, mais dans des conditions de vide poussé, à des pressions inférieures à 10 mTorr, un traitement de surface doit être envisagé. Les traitements de surface métalliques sont les plus souhaitables, car les revêtements polymères dégazent. Cependant, notre PR1010 a été testé et s'est avéré conforme aux normes considérées comme très bonnes pour les applications spatiales (voir les caractéristiques de dégazage sur la fiche technique du PR1010). Nous proposons les types de traitements de surface suivants compatibles sous vide :

1. Nickel Placage
2. Chromate d'aluminium IVD
3. PR1010 

Sélection du matériau de la pièce polaire :

La pièce polaire ou le chemin de retour doit être sélectionné avec soin. Pensez à utiliser de l'acier inoxydable CRES410, ou si le matériau est sujet à l'oxydation, envisagez le nickelage. Si vous utilisez du CRS1010, du CRS1018 ou un autre acier à faible teneur en carbone, ou des aciers spécialisés tels que le Vanadium Permendur, Hiperco 50, Carpenter 50 ou équivalent, le placage au nickel est recommandé.

 Fixation de l'aimant :

Les aimants peuvent être fixés de deux manières :

1. Mécaniquement
2. En utilisant des matériaux de liaison

Si l’aimant est fixé mécaniquement, le dégazage pose moins de problèmes. Envisagez l'utilisation de fixations ventilées pour éviter que les gaz ne soient piégés dans les trous filetés.

Si l'aimant est fixé à l'aide de matériaux de liaison, utilisez des époxydes et des adhésifs avancés avec de faibles valeurs TML et CVCM. Nous proposons plusieurs époxy. Contactez-nous avant de prendre une décision et nous travaillerons avec vous pour sélectionner le bon adhésif ou époxy.

Assembler les pièces :

Assembler les pièces est très important. Les pièces DOIVENT être soigneusement nettoyées. La manipulation doit être effectuée à l’aide de gants compatibles salle blanche. À très basse pression, même une empreinte digitale pose problème. Nous ne vous suggérons pas de le faire vous-même. Nous avons l’expérience nécessaire pour monter un ensemble compatible sous vide.

1. Dégazage : dans les applications sous vide, le dégazage est une préoccupation importante. Le dégazage fait référence à la libération de gaz piégés par des matériaux lorsqu'ils sont soumis à des environnements à basse pression. Cela peut entraîner une contamination du vide et affecter les performances des équipements sensibles. Comme mentionné précédemment, les aimants aux terres rares peuvent dégazer s'ils ne sont pas correctement recouverts ou traités, contaminant ainsi les équipements sensibles dans les environnements sous vide poussé. Pour atténuer ce phénomène, les aimants aux terres rares sont souvent recouverts de matériaux comme le nickel, l'or ou l'époxy, qui réduisent le dégazage et protègent l'aimant des effets du vide.
2. Oxydation de surface : Les aimants en néodyme sont particulièrement sujets à l’oxydation, qui peut être exacerbée dans le vide en raison de l’absence d’air et d’humidité. Les revêtements sont également essentiels pour prévenir l’oxydation, en particulier lorsque ces aimants sont utilisés dans des conditions d’ultra-vide (UHV).
3. Stabilité mécanique : Dans des conditions de vide, l'absence de pression d'air peut avoir un impact sur l'intégrité mécanique de l'aimant, en particulier si l'aimant a été collé ou s'il repose sur des adhésifs. La sélection des bons adhésifs compatibles avec le vide et la garantie d'une bonne étanchéité sont essentielles pour maintenir l'intégrité structurelle de l'aimant.
4. Considérations relatives à la température : les environnements sous vide impliquent souvent des conditions de température extrêmes. Les aimants aux terres rares peuvent perdre leur magnétisme à des températures élevées. Il est donc important de prendre en compte les propriétés thermiques du matériau magnétique et l'environnement d'application spécifique.

Matériaux et méthodes pour le scellement hermétique

Les joints hermétiques peuvent être fabriqués à partir de métaux, de céramiques, de verres et de polymères. Les métaux et les céramiques sont préférés pour leur imperméabilité aux gaz comme la vapeur d'eau, l'hydrogène et l'hélium. Les méthodes de scellement hermétiques courantes comprennent :

1. Soudage : des techniques telles que le soudage au laser et le soudage par faisceau d'électrons joignent les métaux pour des performances hermétiques élevées.
2. Liaison par thermocompression : utilise la chaleur et la pression pour assembler les métaux, souvent dans des emballages de semi-conducteurs.
3. Joints de compression : formés en pressant deux pièces ensemble, idéaux pour les applications à haute pression et à haute température.
4. Adhésion : Liaisons formées par attraction de surface entre des substrats et des adhésifs, tels que l'époxy.

Assemblages magnétiques hermétiquement scellés pour applications sous vide