<Desc/Clms Page number 1>
" PERFECTIONNEMENTS AUX ALLIAGES MAGNETIQUES "
La présente invention vise les matières magnétiques et plus particu- lièremmt les alliages ferro-nickel caractérisés par de très faibles pertes totales en watts* Les alliages ferro-nickel sont déjà connus et ont été utili- sés pour la constitution des noyaux de transformateurs ou des bobines de char- ge pour circuits téléphoniques.
Ils sont employés en toutes circonstances pour réduire les pertes magnétiques à un petit nombre de watts*
Il a été jusqu'ici impossible d'obtenir des matières magnétiques d'épaisseur normale (par exemple de 0,35 mm), qui soient susceptibles d'as- surer, lorsqu'on les applique aux noyaux des transformateurs, une perte tota-
<Desc/Clms Page number 2>
le réduite à 0,88 watt par kg. sous une induction B égale à 10.000 Gauss et une fréquencede 60 p.S.
La présente invention permet l'établissement d'alliages ferro- nickel offrant une perte totale en watts plus réduite qu'il n'a été possible de le faire jusqu'ici, l'alliage convenant particulièrement pour la conatitu.. tion des noyaux de transformateurs- L'invention couvre aussi les procédés d'é- tablissement de ces alliages.
Suivant la présente invention, on utilise 40 à 50% environ de nickel du commerce, et 60 à 50% de fer du commercey et on fond ces matières dans m four à induction en atmosphère réductrice ou non oxydante (par exemple l'hydro- gène ou le vide)- La billette obtenue est mise sous forme de feuilles offrant l'épaisseur désirée, et on lui fait). subir un recuit d'une durée de deux heures environ dans une atmosphère réductrice ou non oxydante, telle que l'hydrogène ou le vide, à une température d'environ 1,300 C
L'alliage obtenu se caractérise par une très faible perte en watts.
Ainsi, dans les tôles d'épaisseur normale (par exemple 0,35 mm.) la matière offre une perte totale en watts pratiquement inférieure à 0,88'watt par kg. et une perte hystérétique sensiblement inférieure à 0,506 watt par kg. pour une induction B égale à 10. 000 Gauss à une fréquence de 60 P.S.
Si on les compare, ces résultats offrent des avantages marqués sur ceux qu'on tire des aciers au silicium, puisque la perte totale en watts varie, pour ces derniers, de 0,99 à 1,21 watt par kg., et des meilleurs alliages fer- ro-nickel pour lesquels la perte en watts dépasse un peu 0,88 watt par kg. et les pertes hystérétiques 0,506 watt par kg.
Jusqu'ici, on a fondu les alliages ferro-nickel dans un four à arc.
On a trouvé cependant que, si on les fondait dans un four de ce genre, ils renferment généralement une petite quantité d'azote et que la présence de cet azote dans l'alliage augmente la perte en watts. La société demanderesse a reconnu que les résultats les plus satisfaisants sont obtenue si on effectue l'opération dans un four à induction et en atmosphère non oxydante ou réduc- trice (hydrogène ou vide par exemple). Dans ces conditions, la présence de l'azote, plus particulièrement d'azote naissant, se produisant au cours du fonctionnement du four à arc, eet évitée et on améliore les caractéristique* magnétiques de l'alliage.
<Desc/Clms Page number 3>
La billette obtenue au moyen du four de fusion peut 'être éliminée à chaud ou à froid et mise sous forme de feuilles offrant l'épaisseur désirée.
La Société demanderesse a obtenu de bons résultats avec ces deux modes de laminage, Alors que les meilleures ttles d'acier au silicium ne peuvent pas se laminer à une épaisseur inférieure à 0,35 mm, sans une augmentation sensi- ble de la perte totale en watts résultant des pertes hystérétiques plus consi- dérables pour les tôles minces, avec la matière objet du brevet,il est possible de réduire l'épaisseur des tôles à 0,15 mm. environ, d'obtenir facilement ces tôles et d'obtenir des pertes en watts très réduites. par exemple, avec une épaisseur de 0,35 mm., la perte totale en watts est environ de 0,792 watt par kg. pour l'intensité d'induction B égale à
10.000 et la fréquence de 60 P.S., avec des tales de 0,32 mm., de 0,23 mm.
et
0,18 mm. d'épaisseur, les pertes'totales, dans les mêmes conditions sont de 0,737, 0,627 et 0,596 watt par kg-
La Société demanderesse est d'avis que les feuilles d'une épaisseur réduite à 0,025 mm. peuvent se laminer industriellement, et de telles feuilles pour certaines fréquences(par exemple toutes les fréquences dépassant sensi- clement 60 P.S. et les fréquences de T.S.F.) peuvent avantageusement s'em- ployer , sans qu'il y ait une notable augmentation du prix de l'alliage. Des feuilles d'une épaisseur de 0,25 à 0,30 mm. donnent des pertes en watts très satisfaisantes, et cette épaisseur peut économiquement s'obtenir par les pro- cédés objet du brevet.
Après laminage de l'alliage à l'épaisseur désirée, on recuit cet alliage en atmosphère réductrice ou non oxydante (hydrogène ou vide par exem- ple) à une température élevée, la période de recuit variant entre deux et dix heures environ* La température de recuit utilisée affecte les caractéris- tiques électriques ultérieures de l'alliage,.et pour obtenir le meilleur ré- sultat, il est bon de ne pas opérer sensiblement au-dessous de 1,200 C. par exemple, on peut très avantageusement employer 1,300 C. valeur de température dont on ne doit pas s'écarter sensiblement.
Si la température de recuit est sensiblement au-dessous de 1.200 C., au contraire, on a trouvé que la perte totale en watts par kg. est beaucoup plus élevée qu'elle ne le serait si l'al- liage était recuit pendant le m'ème temps à 1.300 C.
Bien que la période de recuit puisse varier pratiquement de deux
<Desc/Clms Page number 4>
à dix heures, en général, il peut avoir lieu de la prolonger, si on le désire, étant donné que sa prolongation est sans influence,fâcheuse sur la valeur des pertes totales et qu'on peut même, avec une durée de traitement plus prolon- gée, réduire ces pertes, particulièrement dans des zones de basses températu- res, par suite de l'action purificatrice de l'hydrogène' Par exemple, si on o . recuit les talas dans l'hydrogène à 1.200 C.
pendant 24 heures, la perte to- tale an watts approche au voisinage de la valeur qu'elle prendrait si les tô- les étaient recuites dans l'hydrogène pendant deux heures à 1.300 C., sans cependant atteindre cette valeur*
La Société demanderesse a trouvé qu'un alliage à teneur de nickel voisine de 47% et à teneur de fer de 53% environ donne, lorsqu'on le recuit pendant deux heures à 1.300 C. environ, une perte totale très faible par kg. o en watts. Bien qu'un alliage à teneur en nickel de l'ordre de 51% donne, lors- qu'on le'recuit de la même façon, une perte en watts très acceptable, on a reconnu que l'alliage contenant 47% de nickel donne pratiquement des pertes moindres que l'alliage à 51%. sous une induction de 10.000 et à fréquence de 60 P.S.
@ La Société demanderesse est présentement de l'avis qpe les zones des teneurs en nickel les plus économiques et les meilleures, sont exztre 40 et 50%, car elle a observé que les pertes par hystérésis les plus faibles se pro- duisent avec une teneur en nickel variant entre 35 & 70%, tandis qu'on obtient la résistance maximum (80 microhms par cm.3 avec une teneur en mixel de 35%, ce qui fait quew en définitive, la combinaison la meilleure pour conciler les faibles pertes hystérétiques et les faibles pertes par courants de Foucault, se tient environ dans la zone séparant 35 et 75% de nickel.
La résistance de l'alliage décroit très rapidement à mesure que la teneur en nickel augmente au delà de 35 %, et corrane la parte hystérésis mini- mun apparait avec une teneur en nickel variant entre 40 et 60%. la composi- tion qui réalise le minimum de pertes totales pour une épaisseur désirée de tôle, s'obtient par un recuit approprié d'un alliage d'une teneur en nickel variant entre environ 40 et 50 % de nickel.
Entre ces deux points, on ob- tient le minimum de pertes hystérétiques en même temps qu'une résistance rela- tivement élevée, et par conséquent de faibles pertes par courants de Foucault,, et par suite un total -très faible des pertes* @
<Desc/Clms Page number 5>
tûie teneur plus faible en nickel a pour effet de conférer à l'al liage une résistance plus élevée, et par conséquent des courants de Foucault plus faibles, mais elle élève les pertes hystérétiques, de sorte que le total des pertes est plus élevé que le total atteint avec des teneurs en nickel de
40 à 50% De marne façon, pour une teneur en nickel plus élevée que 50%, les pertes hystérétiques sont réduites,
mais la résistance deviant si faible que les courants de Foucault croissant assez pour augmenter la perte totale au point qu'elle dépasse celle de l'alliage de 40 à 50% de nickel. La Société demanderesse a trouvé que la plupart des alliages ferro-nickel contenant de
40 à 50% de nickel offrant, lorsqu'on les recuit dans l'hydrogène à une tem- pérature supérieure à 1.100 C., une structure cristalline relativement gros..
Bière manifestant la présence de plagioclases et de macles, ou un assemblage de cristaux rectilignes. Bies que l'existence de cette structure cristalline ne garantisse pas que le total des pertes tombe nécessairement au-dessous de
0,88 watt par kg., il n'en a pas moins été constaté que la meilleure structure cristalline, telle qu'indiqué ci-dessus:
réalise les meilleures propriétés magnétiques de 1'alliage,
Donc, pour obtenir les meilleurs résulats magnétiques, c'est-à-dire les pertes totale minimum et la perméabilité la plus élevée, il convient de recuire l'alliage, de façon à lui donner une structure homogène et une crista- lisation grossière, environ 10 à 40 grains par mm,q. avec une tendance marquée aux plagioclases et aux macles rectilinéaires.
Comme le nickel est l'élément le plus coûteux de l'alliage, il est très désirable de maintenir la teneur en nickel aussi faible qu'on le peut pour des qualités hystérétiques données. En même temps, il est désirable qu'on utilise une teneur en nickel susceptible d'améliorer les pertes totales, en réduisant les pertes par courants de Foucault, sans entraîner de dépense ad- ditionnelle de laminage et d'usinage du matériel qu'on doit mettre sous forme de tôles
Une tôle normale de 0,35 mm. d'épaisseur par exemple, ayant une teneur en nickel de 40 à 50%. assure, non seulement une faible perte totale en watts et de faibles pertes hystérétiques, mais en même temps assure un mi- nimum de saturation et permet de travailler à de fortes densités, ce qui est une importante considération pour tous les appareils de puissance appréciable.
<Desc/Clms Page number 6>
Les tôles préparées suivant les indications ci-dessus et offrant une épaisseur de 0,15 et 0,18 mm et contenant environ 47% de nickel .donnant une perte totale de l'ordre de 0,378 watt par kg. pour B égal à 10.000 et une fréquence de 60 P.S. La Société demanderesse préfère cependant utiliser des tôles ayant une épaisseur d'environ 0,3 mm., car les tôles de cette épaisseur se travaillent plus économiquement que les tôles plus minces et assurant une perte totale moindre en watts, c'est-à-dire nettement inférieure à 0,88 watt par kg., en même tarnpa qu'une perte hystérétique inférieure à 0,506 watt par kg. Par exemples une tôle ayant une épaisseur d'environ 0,010 pouces a des pertes totales moindres à 0,638 watt par kg.
La perméabilité de l'alliage ainsi défini n'est pas aussi élevée que celle d'autres alliages de nickel, mais elle est relativement élevée par rapport à la perméabilité initiale des meilleurs aciers au silicium; par exem- ple, l'alliage ci-dessus contenant 47% de nickel et recuit à 1.300 C. donne une perméabilité initiale d'environ 6*000 qui est environ trois à quatre fois aussi élevée que la perméabilité initiale de l'acier au silicium.
Par perméa- bilité initiale, on doit entendre la perméabilité qu'on obtiendrait pour des forces magnétisantes nulles, telles qu'on l'obtient en traçant la courbe pas- sant par une série des valeurs de la perméabilité, à des valeurs magnétisantes extrêmement faibles de l'ordre de H égal à 0,01 à 0,02 unités C.G.S., en pro- longeant une telle courbe jusqu'à son intersection avec l'axe H égal 0.
Bien que le coût du présent alliage dépasse celui des aciers'au silicium jusqu'ici utilisés presqu'exelusivement dans l'établissement des transformateurs de distribution ordinaires, il a été reconnu avantageux d'u- tiliser cet alliage dans de tels transformateurs, parce que ceux-ci fonction- nent toute la journée à une certaine charge et que l'augmentation de rendement dans le fonctionnement de ces transformateurs, résultant d'un noyau fait en alliage meilleur, compense largement la coût supérieur de cet alliage.