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Procédé de production d'un alliage d'acier pour la fabrica- tion d'aimants permanents
L'invention se rapporte aux aimants permanents et à un procédé de production et de traitement thermique d'un alliage d'acier pour la fabrication de ces aimants.
Comme matière constitutive d'aimants permanents on connaft déjà les alliages de nickel et de titane et ceux de nickel, de cobalt et de titane. Cependant, le traitement thermique indiqué pour ces alliages (refroidissement très rapide dans le moule métallique ou analogue) ne donne en gé-
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néral pas les propriétés magnétiques désirées. De plus, l'adjonction proposée d'autres substances telles que Cr, Mo, V, Al, As, W ne conduit, pour un refroidissement effectué de la manière indiquée, qu'exceptionnellement au résultat recherché.
La présente invention permet de choisir parmi tous ces alliages d'acier connus dont le nombre est pratique- ment illimité, les alliages qui acquièrent, par suite d'un traitement thermique particulier et de l'aimantation sub- séquente, une rémanence et une force coercitive très satis- faisantes.
Le procédé suivant l'invention est caractérisé par le fait qu'on produit un alliage d'acier pour aimants permanents en faisant fondre ou se concrétionner ensemble
13 à 225 de nickel
8 à 30% de cobalt
8 à 0,5% de titane
4 à 11% d'aluminium éventuellement 0,5 à 5% de cuivre jusqu'à 1,5% d'impuretés et pour le reste du fer et qu'on refroidit cet alliage, directement à partir de la masse fondue ou bien après chauffage répété à des tempéra- tures élevées, à une vitesse moyenne (qui dépend de la com- position) d'au plus 8 C par seconde, de 1200 C environ jus- qu'à 650 C environ, le refroidissement ultérieur jusqu'à la température ambiante étant effectué de toute manière voulue, par exemple, en présence d'air.
Le procédé suivant l'invention permet de produire des alliages d'acier pour aimants qui possèdent, après l'ai-
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mantation, une rémanence de 6500 à 9500 environ et une force coercitive de 900 à 300 environ, la plupart des aimants ayant alors une valeur (BH)max de 1.500.000 Gauss et plus, un grand nombre même dépassant 2.000.000 Gauss. Outre par coulée, on peut produire ces alliages d'acier de la manière connue en mélangeant les constituants, de préférence sous la forme d'alliages préalables ou intermédiaires, à l'état broyé, en les comprimant plus ou moins et en les homogénéi-
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sant par conorgtionnement.
Bien que l'adjonction de cuivre ne provoque pas une .amélioration appréciable des propriétés magnétiques des alliages précités, 'la demanderesse a trouvé que par suite de cette adjonction on obtient fréquemment une force coercitive plus élevée (ce qui est désirable pour beaucoup d'applications) bien que la rémanence en soit réduite.
Les quantités des constituants titane et aluminium doivent être choisies, de préférence, de telle façon que la quantité totale de ces constituants représente un pourcenta- ge de 9 à 15% environ, de préférence de 11% environ, car on a constaté qu'avec ce pourcentage on obtient des propriétés magnétiques très favorables.
La teneur en titane de 8 à 0,5% peut naturellement aussi être obtenue par l'adjonction d'une quantité convenable du ferro-titane habituellement utilisé dans ces buts, qui, comme on l'admet généralement, contient, selon la qualité choisie, de 20 à 40% environ de titane. Cependant, dans ce cas on doit tenir compte des additions présentes dans le ferro-alliage en plus du titane et du fer, telles, par exemple, que le silicium, l'aluminium, le cuivre, le manga- nèse. Il y a lieu d'observer en particulier que le silicium renfermé presque toujours dans le ferro-titane, ne doit pas
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constituer une proportion excessive de l'alliage (le pour- centage doit être inférieure à 1% environ) parce qu'autre- ment il aurait une influence nuisible sur les propriétés magnétiques.
Le manganèse contenu dans le ferro-alliage, n'exerce sensiblement aucune influence sur les propriétés magnétiques des alliages.
Les pourcentages élevés de nickel, de cobalt et de titane indiqués ci-dessus ne doivent, de préférence, pas être présents à la fois dans le même alliage, car dans ce cas il serait en général impossible d'atteindre les valeurs magné- tiques maxima par un simple traitement thermique.
Par ailleurs, on est libre dans le choix des pour- centages des divers constituants à condition qu'on tienne compte de la valeur limitatrice précitée du pourcentage total de titane et d'aluminium et de la teneur en silicium.
Le traitement thermique peut être effectué de dif- férentes manières. Il y a lieu d'observer qu'il faut à cha- cun des alliages d'acier précités une vitesse de refroidisse- ment déterminée qui dépend de la composition, pour pouvoir atteindre les valeurs les plus élevées possible de la ré- manence et de la force coercitive.
Le traitement thermique effectué généralement con- siste à chauffer la pièce de fonte à une température aussi élevée que possible, du moins supérieure à 1150 C environ, et à la refroidir ensuite, à une vitesse (déterminée au préalable à l'aide d'éprouvettes d'essai) qui doit être inférieure en moyenne à environ 8 C par seconde, jusqu'à 650 C environ et puis de toute manière voulue, par exemple en pré- sence d'air.
Les agents utilisés, de préférence, dans ce durcis-
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sement sont, par exemple, des liquides provoquant un durcis- sement qui procède très lentement, tels, par exemple, que l'eau argileuse et qui sont utilisés, de préférence, pour des pièces de dimensions relativement grandes, ainsi que de l'air comprimé, du sable humide, de l'air au repos, du sable sec ou des fours chauffés à une température convenable.
Dans des cas particuliers, par exemple pour des pièces de fonte de dimensions modérées et de forme convena- ble, il est même possible de refroidir la pièce simplement en versant l'alliage dans un moule convenable en sable sec ou humide, de façon que la vitesse de refroidissement qui est requise pour la pièce, soit obtenue automatiquement, un dur- cissement subséquent pouvant alors être supprimé.
On peut souvent obtenir une amélioration ultérieure des propriétés magnétiques, plus particulièrement de la valeur (BH)max, en recuisant l'alliage, après le traitement thermique précité, de la manière connue à des températures de 600 à 700 C environ, par exemple, pendant quelques heures et en le refroidissant ensuite d'une manière quelconque.
On a constaté que, grâce au refroidissement très lent, des pièces de dimensions plus grandes se prêtent par- faitement au traitement conforme à l'invention. Les modes de réalisation donnés ci-après à titre d'exemple procurent de plus amples données à ce sujet.
Pour faire apparaître clairement le progrès dû à la présente invention, le tableau donné ci-dessous indique, à titre d'exemple, quelques valeurs obtenues par des expé- riences.
Celles-ci portaient sur des corps de dimensions de 10 x 12 x 100 mm qui étaient divisés, avant la recuisson, en pièces de 10 x 32 x 30 mm.
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A. Conformément à l'invention B. suivant un procédé usuel
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<tb> - <SEP> - <SEP> Refroidissement.' <SEP>
<tb> Composition <SEP> Refroidissement <SEP> Après <SEP> Après <SEP> chauffage <SEP> Après <SEP> une <SEP> rapide <SEP> (de <SEP> 1250 <SEP> Après
<tb> d'alliage <SEP> dans <SEP> le <SEP> moule <SEP> recuisson <SEP> répété <SEP> à <SEP> 1250 <SEP> C <SEP> recuisson <SEP> C <SEP> pendant <SEP> 1 <SEP> min. <SEP> recuisson
<tb> en <SEP> sable <SEP> à <SEP> rai- <SEP> et <SEP> après <SEP> refrcd- <SEP> répétée. <SEP> dans <SEP> un <SEP> bain <SEP> d' <SEP> (61/2 <SEP> heures
<tb> son <SEP> de <SEP> 1 C <SEP> env.
<SEP> dissement <SEP> en <SEP> étain <SEP> fondu <SEP> de <SEP> environ)
<tb> par <SEP> seconde <SEP> présence <SEP> d'air <SEP> 650 C <SEP> et <SEP> ensuite
<tb>
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raison de µ à jitsqu'à la tempéra
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<tb> 8 C <SEP> par <SEP> seconde <SEP> ture <SEP> ambiante <SEP> en
<tb> présence <SEP> d'air)
<tb>
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Brém Ecoerc Brém Hcoerc Brém Hcoerc. Brém Hooere Brém Heoerc rém coerc '
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<tb> 16% <SEP> de <SEP> Ni <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> refroidissement'''
<tb> 25% <SEP> de <SEP> Co <SEP> environ: <SEP> 3 C <SEP> par <SEP> seconde.
<tb>
I <SEP> env. <SEP> 4% <SEP> de <SEP> Ti <SEP> 8600 <SEP> 440 <SEP> 8000 <SEP> 592 <SEP> 9900 <SEP> 356 <SEP> 9000 <SEP> 568 <SEP> 6550 <SEP> 48 <SEP> 9150 <SEP> 136
<tb> 7% <SEP> d'Al
<tb> le <SEP> reste <SEP> Fe <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> refroidissement <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯
<tb> 16% <SEP> de <SEP> Ni <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> refroidissement
<tb> 25% <SEP> de <SEP> Co <SEP> environ <SEP> 3 C <SEP> par <SEP> seconde
<tb> 13% <SEP> de <SEP> Ferrotit
<tb> (=env.
<SEP> 2,8%
<tb> II <SEP> de <SEP> Ti) <SEP> 9600 <SEP> 400 <SEP> 8550 <SEP> 560 <SEP> 9700 <SEP> 324 <SEP> 9200 <SEP> 472 <SEP> 5500 <SEP> 32 <SEP> 8650 <SEP> 112
<tb> 6,5% <SEP> de <SEP> Al
<tb> 1% <SEP> de <SEP> Cu
<tb> le <SEP> reste <SEP> Fe
<tb> 16% <SEP> de <SEP> Ni <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> refroidissement
<tb> 25% <SEP> de <SEP> Co <SEP> environ <SEP> 3 C <SEP> par <SEP> seconde
<tb> 19% <SEP> de <SEP> Ferrotit <SEP>
<tb> III <SEP> (=environ <SEP> 4% <SEP> 8650 <SEP> 476 <SEP> 7800 <SEP> 632 <SEP> 9200 <SEP> 344 <SEP> 8550 <SEP> 524 <SEP> 6850 <SEP> 48 <SEP> 8400 <SEP> 164
<tb> de <SEP> Ti)
<tb> 5,1% <SEP> d'Al
<tb> le <SEP> reste <SEP> Fe
<tb> 17% <SEP> de <SEP> Ni <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> refroidissement
<tb> 10% <SEP> de <SEP> Co <SEP> 7 C <SEP> par <SEP> seconde
<tb> 19% <SEP> de <SEP> Ferrotit <SEP>
<tb> IV <SEP> (=env.4% <SEP> de <SEP> Ti)
<SEP> 6000 <SEP> 288 <SEP> 6050 <SEP> 320 <SEP> 7850 <SEP> 280 <SEP> 7800 <SEP> 356 <SEP> 7300 <SEP> 120 <SEP> 7750 <SEP> 240
<tb> 7% <SEP> d'Al
<tb> le <SEP> reste <SEP> Fe
<tb>
<tb>
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Il y a lieu d'observer ici que dans l'exemple 1 on utilise du ferro-titane dont la teneur en titane a été cal- culée. L'aluminium contenu dans le ferro-titane, est présent dans la proportion indiquée.
A titre d'exemple de la pratique des haut-parleurs il y a lieu d'observer qu'un aimant annulaire ayant les dimensions usuelles des haut-parleurs électrodynamiques actuels et une composition obtenue en faisant fondre ensem- ble un alliage d'environ 16% de Ni, de 25% de Co, de 12,5% de ferro-titane '(=environ 3% de Ti), de 6,8% d'Al, de 2,5% de Cu et pour le reste principalement de fer, donnait les valeurs magnétiques suivantes :
Brém : 9000 Gauss
Hcoerc: 470 Gauss L'anneau avait les dimensions suivantes :
diamètre externe 74 mm diamètre interne 47 mm hauteur 37 mm
L'anneau avait été coulé et ensuite chauffé à une température de 1250 C. Puis, il avait été refroidi dans du sable se trouvant à la température ordinaire, pendant une minute et ensuite en présence d'air pendant, 4,75-min. à environ 650 C, la vitesse moyenne du refroidissement étant, par conséquent, de 1,7 C environ par seconde.
Un autre anneau ayant les mêmes dimensions et une composition obtenue en faisant fondre ensemble un alliage d'environ 16% de Ni, de 25% de Co, de 20% de ferro-titane (= environ 4,5% de Ti), de 5% d'Al et pour le reste princi- palement de fer, était refroidi, après avoir été chauffé à nouveau, d'une température de 1250 C environ en présence d'air en 4 min. et 10 sec. jusqu'à une température de 650 C environ,
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la vitesse du refroidissement étant, par conséquent, de 2 C environ par seconde. Après aimantation on trouvait les va- leurs suivantes :
Brém = 8600 Gauss
Hcoerc = 500 Gauss.