Force magnétostatique et haute température
« Magnéto-Science », désigne l’étude des effets des champs magnétiques sur les procédés physique, chimiques et biologiques. Il s’agit d’exploiter les effets des forces et couples magnéto-statique, des couplages électro-magnétiques et de l’énergie magnéto-statique, de l’échelle macroscopique à l’échelle atomique.
A l’échelle macroscopique, on exploite la force magnéto-statique pour simuler la micro-gravité et réaliser en laboratoire des expériences autrement réalisées dans des tours à chute libre ou dans l’espace. Ces mêmes forces peuvent également contrôler la convection dans les fluides où les propriétés magnétiques dépendent de la température.

A l’échelle microscopique, les couplages magnétiques et électromagnétiques jouent un rôle important en élaboration des matériaux : il est possible de contrôler la texture cristalline, de modifier la forme des cristaux, des dendrites…
A l’échelle atomique, on observe dans certains systèmes (par exemple les aciers) un effet important sur les températures d’équilibre thermo-dynamique : on dispose ainsi d’un nouveau levier, qui s’ajoute aux traitements thermiques et mécaniques conventionnels, pour trouver de nouvelles voies d’élaboration de matériaux.
Certains effets sont très bien connus, et permettent d’inventer de nouvelles conditions expérimentales, par exemple en micro-gravité simulée.
D’autres sont encore à explorer comme l’effet sur la diffusion atomique, effet observé dans plusieurs systèmes métallurgiques, avec des ré
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Thèmes
Magnetic levitation
The magnetic levitation is the application of a bulk force that compensates the gravity on every part of a sample. This environment is very similar to free fall such as in drop tube or experiments in orbiting stations.
If the material is diamagnetic, such as water and organic materials, it is even possible to maintain a stable contactless environment for long run experiments (hours) at reduced costs. The magnetic levitation of water was hence demonstrated for the first time in 1991 (E.Beaugnon, R. Tournier, Levitation of organic materials, Nature 349 (6309), 134-136).
An example of such experiments is the recent measurement of free levitating water droplets oscillations (see figure on the left). A droplet is excited by an acoustic wave, resonant modes are explored, and once obtained, the acoustic wave is removed and the droplet freely oscillate. The frequency of the oscillation gives the surface tension, and the decaying of the amplitude gives the viscosity.
Magnetization at high temperature
The magnetization M of a sample can be very precisely determined by measuring the magnetic force acting on it. Such measurements are performed during solid state heat treatments and solidification processes of metals at high temperature.
This measurement allows the precise in situ monitoring of phases evolution and transformation. We have studied pure Cobalt, Co-Sn and Co-B near eutectic alloys. In the first case, we have determined that liquid undercooled Cobalt is more magnetic than solid Cobalt at the same temperature, which is contradictory with the liquid expansion and lesser Co to Co magnetic interactions. In the Co-B and Co-Sn ear eutectic alloys, we have observed for the first time a liquid to liquid phase transition at high temperature. On the left picture, an example is given for hypoeutectic CoSn (Jun Wang, Jinshan Li, Rui Hu, Hongchao Kou, Eric Beaugnon, Evidence for the structure transition in a liquid Co–Sn alloy by in-situ magnetization measurement, Materials Letters 145 (2015), 261). The red curve is the heating curve. The linear part corresponds to paramagnetic Curie Weiss law of 1/M versus T for the first liquid alloy L1 (melting is slightly above 1100 °C). Above T0, the slope of 1/M is obviously changed, revealing a new liquid structure L2 that is maintained on cooling (blue curve) until solidification (below 900°C in an undercooled state).
Techniques
High temperature magnetometer
Stable diamagnetic levitation and in situ measurements
Publications
Publications selectionnées
E.Beaugnon, R. Tournier
Levitation of organic materials
D Braithwaite, E Beaugnon, R Tournier
Magnetically controlled convection in a paramagnetic fluid
Jun Wang, Jinshan Li, Rui Hu, Hongchao Kou, Eric Beaugnon
Evidence for the structure transition in a liquid Co–Sn alloy by in-situ magnetization measurement
Materials Letters 145, 261 (2015)
Jun Wang, Jinshan Li, Rui Hu, Hongchao Kou, Eric Beaugnon
Anomalous magnetism and normal field instability in supercooled liquid cobalt
Appl. Phys. Lett. 105, 144101 (2014)
G Diguet, E Beaugnon, JY Cavaillé
Shape effect in the magnetostriction of ferromagnetic composite
Journal of Magnetism and Magnetic Materials 322,21, 3337-3341 (2010)
E Beaugnon
3D physical modeling of anisotropic grain growth at high temperature in local strong magnetic force field
Science and Technology of Advanced Materials 9 (2), 024201 (2008)
Publications LNCMI de la thématique sur HAL



