Dans quel matériau les bobines peuvent-elles être enroulées ?
Dans la production de bobines, le fil utilisé joue un rôle central. Si le cuivre est sans aucun doute le matériau conducteur le plus couramment utilisé, en particulier pour les projets de bobines spécifiques aux clients, il est également intéressant de tester d'autres fils pour bobines, en fonction de l'application.
Dans cet article, nous nous concentrons sur la large gamme de matériaux disponibles pour les bobines. Chaque matériau possède des propriétés différentes qui influencent le poids, la résistance, la flexibilité, la conductivité thermique/électrique et, bien sûr, le coût de production des bobines.
Le cuivre
Le cuivre est le plus courant des fils conducteurs d'électricité et il est le plus souvent utilisé pour les bobines de solénoïdes. Il présente une faible résistance électrique et permet au courant de circuler facilement. En termes de conductivité, il n'est surpassé que par l'argent, à l'exception des supraconducteurs. L'aluminium n'arrive qu'en quatrième position dans le tableau de la conductivité, derrière l'or.
Un facteur important pour l'utilisation du cuivre est qu'il peut être configuré et façonné pour créer n'importe quel type de bobine. D'ailleurs, le cuivre n'est pas seulement connu comme le matériau le plus courant pour les fils de bobines, mais il est également utilisé dans la production de cartes de circuits imprimés.
L'aluminium
Si l'aluminium est choisi pour la fabrication de bobines, c'est généralement pour des raisons de poids ou de coût. Le prix de l'aluminium est souvent nettement inférieur à celui du cuivre. L'aluminium est très résistant, souple et donc facile à façonner. Il présente une conductivité élevée pour la chaleur et le courant électrique (mais à cet égard, elle est bien moins bonne que celle du cuivre). Lorsqu'il est exposé à l'air, le métal de base est recouvert d'une fine couche d'oxyde transparente qui protège le métal sous-jacent de la corrosion. Sa légèreté permet une accélération efficace des pièces mobiles, ce qui améliore les performances.
L'utilisation de fils d'aluminium améliore la qualité sonore des haut-parleurs et des bobines acoustiques. L'inconvénient de l'aluminium est que les possibilités de contact sont limitées. Hormis le soudage au laser, aucun autre procédé de soudage n'est possible. Par conséquent, des méthodes mécaniques telles que les contacts à déplacement d'isolant, le sertissage ou le collage doivent être utilisées.
L'argent
L'argent est l'un des métaux conducteurs les plus courants. Il possède la conductivité électrique la plus élevée de tous les métaux. Si l'argent n'est pas utilisé plus souvent que le cuivre dans la fabrication des bobines, c'est parce qu'il est moins abondant et donc plus cher. Il est également sensible à l'oxydation.
L'or
L'or est ductile et malléable, ce qui facilite sa transformation en fil. C'est un métal mou qui peut être configuré pour les petits circuits électroniques et les bobines. Comme l'or ne réagit pas facilement avec d'autres éléments et qu'il résiste à la corrosion et au ternissement, il constitue un excellent matériau conducteur pour la production de bobines. C'est encore plus vrai pour le contact avec les composants environnants en raison de sa très faible résistance de contact. L'inconvénient est, comme vous pouvez le deviner, le coût élevé et la disponibilité limitée de l'or. D'un point de vue mécanique, le poids élevé doit également être pris en compte ; l'or est l'un des métaux les plus lourds.
Aluminium recouvert de cuivre (CCA) : Le matériau tendance dans la fabrication de bobines
Alternative la plus courante au fil de cuivre ou d'aluminium, une combinaison de ces deux métaux s'est imposée pour la fabrication de bobines. L'aluminium recouvert de cuivre, connu sous le nom de fil CCA, est plus léger que le fil de cuivre pur en raison de sa faible densité. Toutefois, la résistance à la traction du fil CCA est également inférieure à celle du fil de cuivre pur. Il peut également y avoir des erreurs de transmission dans la construction. Le CCA est fabriqué en liant une couche de cuivre pur à une âme en aluminium. Lorsqu'il est tréfilé, le CCA contient naturellement moins de cuivre que le fil de cuivre pur, mais offre pratiquement la même conductivité, seule la résistance étant légèrement supérieure. Comment cela est-il possible ? Il s'agit d'un phénomène électrique appelé "effet de peau". L'effet de peau est la tendance du courant alternatif à haute fréquence à se répartir dans le conducteur, de sorte que la densité du courant est plus élevée près de la surface du conducteur (ou peau). L'effet de peau ne se produisant qu'à haute fréquence, le fil CCA est particulièrement adapté à ce type d'applications. Pour la fabrication d'articles de bobinage, le fil CCA est tout aussi pertinent en raison de la combinaison de l'avantage de poids (aluminium) et de la bonne soudabilité et brasabilité du cuivre.
Alliages à haute résistance comme matériau conducteur dans la production de bobines
Parmi la multitude d'alliages de cuivre disponibles, certains jouent également un rôle important dans la production de bobines. Les alliages dits "à haute résistance" sont principalement utilisés en raison de leur résistance à la rupture supérieure à celle du cuivre pur. Ils présentent également des valeurs de contrainte de traction et d'allongement plus élevées. Les fils HTW et XHTW du fournisseur Elektrisola peuvent constituer une option intéressante, notamment pour des applications telles que les haut-parleurs, les casques, les moteurs vibrants ou les micromoteurs, ainsi que dans l'industrie aérospatiale ou l'électronique grand public en général.
Matériaux conducteurs rarement utilisés dans la fabrication de bobines
Les fils fabriqués à partir des matériaux suivants sont rarement utilisés dans la production de bobines :
Carbone
Le fil de carbone est moins cher à produire et supprime les interférences radioélectriques (RFI) et électromagnétiques (EMI). Il est utilisé dans la construction de véhicules et comme fil de remplacement.
Manganine
La manganine est un alliage composé de cuivre, de manganèse et de nickel. La manganine, également appelée constantine, présente une très faible variation de résistance en fonction des fluctuations de température, est très résistante à la corrosion par la chaleur et présente une grande stabilité à long terme.
Le titane
Le titane possède de bonnes propriétés mécaniques et physiques. Il est résistant aux acides et facile à configurer, à fabriquer et à souder. La résistance à la corrosion du fil de titane en a fait un composant majeur des industries aérospatiale, chimique et médicale.
Nickel-chrome
Le fil de nickel-chrome est composé de nickel, de chrome et de fer. Il est robuste et résistant à l'oxydation et présente une bonne ductilité et une bonne soudabilité. Les différents types de nichrome ont une désignation numérique qui indique la quantité de nickel qu'ils contiennent. Les types de nichrome sont les suivants : nichrome 20, 30, 40, 60, 70 et 80. La température de fonctionnement du nichrome varie entre 1050° C et 1180° C.
Kanthal
Le kanthal est un alliage de fer-chrome-aluminium (FeCrAl) utilisé dans les applications de résistance et de haute température. Il forme une couche protectrice d'oxyde d'aluminium qui sert à la fois de conducteur thermique et d'isolant. Le kanthal a une température de fusion extrêmement élevée de 1425° C.
Nickel
Le fil de nickel se réchauffe rapidement et présente une très faible résistance. Malheureusement, le fil de nickel fond facilement à haute température et ne peut donc être utilisé que dans des applications à température contrôlée.
Conclusion regarding the most suitable wire material in the manufacture of solenoid coils
Le cuivre est et reste le matériau le plus courant dans la fabrication des bobines, mais en fonction de l'utilisation prévue, des performances requises ou du prix visé, il vaut également la peine de tester d'autres matériaux de fil. Au cours des dernières années, l'aluminium ou l'aluminium recouvert de cuivre (fil CCA) en particulier se sont imposés comme des options très répandues pour la production de bobines.
