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Aimant permanent et procédé permettant de le fabriquer.
La présente invention est relative aux aimants per- manents et à un procédé de fabrication de ces aimants.
L'aimant permanent faisant l'objet de l'invention présente la caractéristique qu'il est constitué par un allia- ge de Ni-Al-Fe ayant une teneur en cobalt de 16 à 30%, de préférence de 20 à 25%, une teneur en nickel de 12 à 20%, de préférence de 13 à 17% et une teneur en aluminium de 6 à 11%, de préférence 7 à 10%, et qu'il a dans un sens princi- pal (anisotrope) une valeur de (BH) max' plus particulièrement d'au moins 2.000.000, par exemple de 4 à 5.000.000, qui est d'au moins 50%, par exemple de 100 à 200%, plus élevée que celle
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d'un aimant permanent qui se compose du même alliage et dont les propriétés magnétiques dans tous les sens (isotrope) sont au moins sensiblement égales.
Du fait, comme on le sait, que le (BH) max d'un acier à aimants est une mesure pour les dimensions et le poids de l'aimant, on comprendra facilement le progrès pratique réalisé par la présente invention.
On peut fabriquer les aimants conformes à l'in- vention en soumettant les pièces coulées en question à l'ac- tion d'un champ magnétique pendant le refroidissement né- cessaire pour la trempe magnétique.
On sait déjà que les propriétés magnétiques de matières ferromagnétiques déterminées à forte perméabilité sont influencées dans une grande mesure lorsque, pendant le traitement thermique, le refroidissement à partir de températures élevées a lieu dansun champ magn éti que.
On a également examiné cet effet pour les allia- ges d'aimants permanents (voir la revue "Nature" du 30 juillet 1938, page 209) . Dans cette revue, il s'agit d'un ferro-alliage pour aimants permanents sur la base Ni-Al, qui se compose de 18% de Ni, 10% d'Al, 12% de Co, 6% de Cu et 54% de Fe qu'on refroidissait dans un champ magnétique à partir d'une température de 1200 C. On a obtenu alors une amélioration de la rémanence et de la valeur(BH) max, la rémanence, par exemple, étant augmentée d'environ 7350 jusqu'à environ 7900 gauss et le (BH)max de 1.500.000 jusqu'à 1.800.000.
Comme explication possiblede l'effet du champ magnétique, il y a lieu d'observer que, lorsque des matières ferro-magnétiques ne sont pas soumises au champ magnétique pendant le refroidissement, elles présentent, comme on le sait, la même possibilité d'aimantation dans tous les sens.
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Si l'on utilise un champ magnétique pendant le refroidisse- ment,la. matière présente, par contre, une anisotropie de sorte que les propriétés magnétiques, après aimantation subséquente dans un sens correspondant au sens du .champ magnétique pendant le refroidissement, ont subi dans ce sens une modification aux dépens des propriétés magnétiques dans d'autres sens.
Il appert des considérations à ce suj et dans la revue précitée que le susdit procédé de refroidissement dans un champ magnétique pour des aciers à aimants donne, il est vrai, une amélioration d'environ 7% de la rémanence et de 20% de la valeur (BH)max, mais qu'on ne peut pas s'at- tendre à des améliorations surprenantes dans ce domaine.
Cela est en rapport avec les conceptions théoriques accré- ditées et avec le fait que la plupart des alliages utilisés en pratique ne présentent pas du tout ou seulement dans une faible mesure l'effet précité.
La Demanderesse a constaté que le traitement dans un champ magnétique procure des résultats entièrement inattendus, et permet notamment d'atteindre des valeurs (BH)max jusqu'à environ 5.000.000 lorsqu'on l'utilise pour les alliages mentionnés dans le préambule. Il est à noter sous ce rapport que la valeur la plus élevée pour le (BH)max qui n'est pratiquement atteinte jusqu'ici que dans quelques cas spéciaux s'élève à 2.000.000.
Le progrès conforme à l'invention est d'autant plus surprenant qu'on utilise un groupe d'alliages de Ni- Al-Fe qui, en soi ne sont pas économiques et ne sont donc pas utilisés en pratique, à savoir les alliages à forte teneur en cobalt (plus de 16%), et qu'on obtient ainsi des aimants permanents permettant de réaliser une très forte économie.
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On cherche à obtenir l'augmentation précitée réalisable du (BH)max dans un sens d'aimantation qui correspond sensible- ment au sens dans lequel on applique le champ magnétique lors du refroidissement, et par rapport à la valeur optimum du (BH)max à atteindre pour ces alliages à l'aide d'un traite- ment thermique usuel, sans utili dation d'un champ magnétique.
De préférence, le champ magnétique a une intensité de plus de 3000 gauss.
De plus, on a constaté qu'il est recommandé de faire agir le champ magnétique, du moins dans un intervalle de température à parcourir pendant le refroidissement, qui s'étend depuisla température Curie jusqu'à environ 150 en dessous de cette température. Il s'est révélé que la durée du séjour de l'alliage dans cet intervalle influence l'effet, de sorte que le procédé s'applique en premier lieu aux alliages pour lesquels avec le traitement usuel utilisé jusqu'ici pendant le refroidissement pour obtenir les meil- leures propriétés magnétiques, le séjour dans cet intervalle est pourtant déjà lié à une certaine durée minimum, par exemple, de 30 secondes.
En relation avec la modification interne de l'alliage pendant l'action du champ magnétique, modification qui est nécessaire pour produire l'effet .en question, il est encore favorable d'utiliser des alliages à point Curie élevé, par exemple d'environ plus de 780 C. Les alliages contenant plus de 16% de Co peuvent remplir cette condi tion.
En ce qui concerne la teneur en aluminium il y a lieu d'observer que, par un choix judicieux, elle doit être adaptée à la teneur d'autres éléments, en premier lieu à la teneur en nickel.
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Pour l'obtention de résultats excellents pour la valeur (BH)max , il est recommandé que la teneur en nickel ne dépasse pas 17%.
L'utilisation de cuivre, qui est désirable dans de nombreux alliages d'acier à aimants modernes n'est pas essentielle et une forte teneur (plus de 7%) n'est même pas recommandable. Toutefois, pour l'obtention de valeurs (BH)max extrêmement élevées, on a trouvé qu'il était dési- rable d'admettre de faibles quantités, par exemple de 1 à 3%.
En général, il est recommandé de réduire la teneur en nickel pour les fortes teneurs en cuivre.
Le titane, qui s'e'st également avéré comme élément d'alliage important pour diverses espèces d'acier à aimants (de sorte que les meilleurs espèces d'acier connues jus- qu'à présent contiennent du titane) n'est pas non plus es- sentiel, bien qu'on a constaté que, pour l'obtention de va- leurs (BH)max très élevées, un pourcentage total de Al + Ti inférieur à environ 12%, le pourcentage d'Al étant de 6 à 11%, soit possible. Toutefois, une forte teneur en titane par exemple de plus d'environ 5%, s'ést avérée préjudicia- ble.
Dans le tableau suivant I, on a donné quelques exemples d'où il appert que la totalité du domaine d'alliages précité peut être divisé en sections dont chacune présente en soi des propriétés magnétiques spéciales.
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No. A % Rémanence Force coerci- (BH)max tive. a Ni 14- 20 Co 21- 25 J750-13500 300-560 2 -3. 5x 108 . Al 8- 10 b Ni 14- 18 26= 2$ 9200-12000 470-765 2.5-4.2x108 Ti 0 . 4- 4 c Ni 13-16. 5 Co 18. 5-25 4xlo6 Al 6.5-8.5 9300-11250 510-720 3 - 4x106 Ti 1 - 3 Cu 1 - 7 d Ni 12- 15 co 8- 2: 92.50-125OU 5U-630 3.5-4.8x1.06 Cu 1. 5- 6.5 De ce tableau, dans lequel on a indiqué les résultats d'en- viron 50 séries d'essais, il appert nettement que la zone d'alliages désignée par a peut, de préférence, être utilisées dans le cas où l'on attache de la valeur à des valeurs extrême- ment élevées de la rémanence. L'espèce d'alliage désignée par b qui en plus de Ni, d'Al et de Co contient aussi du titane, peut être utilisée quand on cherche à obtenir une force coer- citive aussi forte que possible.
Il est à remarquer que tant dans le cas a que dans le cas b, le (BH)max obtenu pour la plus grande valeur de la rémanence et de la force coercitive a, en même temps, la valeur remarquable d'environ 3.5 x 106 et de 4. 2 x 106.
L'espèce d'alliage représentée par c qui, par rapport au dernier alliage, contient encore du cuivre peut également être utilisée pour cet usage, et l'espèce d'alliage d (sans titane) permet d'obtenir plus particulièrement des valeurs maximum du (BH)max et ce, conjointement avec des valeurs remarquables tant de la rémanence que de la force coercitive.
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Un grand nombre d'éléments autres que ceux men- tionnés jusqu'ici peuvent être ajoutés en quantités essen- tielles comme constituants d'alliage supplémentaires en sorte qu'on obtienne, à chaque instant, l'amélioration précitée d'au moins 50% du (BH)max' Toutefois, il faut en premier lieu établir une distinction entre les éléments tels que, par exem- ple, le silicium, le vanadium, l'antimoine, l'étain, le soufre etc. qui, au fond, ne nuisent pas à l'effet d'anisotropie, mais qui sont préjudiciables aux propriétés magnétiques de l'alliage en soi, et la plupart des autres éléments du système périodique contenus le plus souvent dans les ai- mants permanents tels que, par exemple, le chrome, le manga- nèse etc. qui nuisent tant à l'effet d'anisotropie qu'aux propriétés magnétiques.
L'addition d'autres éléments tels que, par exemple, le calcium et, dans une moindre mesure, le tungstène, peut aussi produire une faible augmentation net- tement perceptible de l'une des valeurs magnétiques carac- téristiques, par exemple de la rémanence, mais en général conjointement avec un abaissement des autres valeurs magné- tiques caractéristiques. Il va sans dire que ni l'effet d'anisotropie ni les propriétés magnétiques ne sont influencées considérablement par la présence d'éléments supplémentaires en très faibles quantités, par exemple comme impuretés (c'est- à-dire en général quelques millièmes au plus).
Si l'on applique l'invention, on s'attend à ce que la valeur maximum réalisable du (BH)max se produise pour des alliages dont la valeur (BH)max, sans refroidissement dans un champ magnétique, a la valeur maximum réalisable pra- tiquement jusqu'ici, par exemple d'environ 2.000.000.
Toute- fois, il s'est avéré, fait surprenant,- que, pour ces alliages, l'effet d'anisotropie qu'on peut obtenir en utilisant la présente invention, ne se manifeste qu'à un degré pas ou peu @
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prononcé, tandis qu'on a constaté, par contre, que cet effet est bien prononcé précisément pour les alliages d'aciers à aimants ayant des valeurs optimum du (BH) max relativement beaucoup plus faibles de sorte que ces espèces d'acier de composition inusitée permettent d'obtenir des valeurs finales du (BH) max dépassant de beaucoup les valeurs réalisables jusqu' ici avec les meilleures espèces d'acier.
Il y a lieu de remarquer en outre, ce qui suit: En général, sans refroidissement dans un champ magnétique, il se produisait jusqu'ici pour des valeurs plus élevées du (BH)max également de plus faibles valeurs de la rémanence.
Autrefois, par exemple, on ne pouvait obtenir des valeurs extrêmement élevées du (BH) max dépassant 2.000.000 que pour d'assez faibles valeurs de la rémanence, par exemple infé- rieures à 7500 gauss. Cela doit être attribué, entre autres, au fait que l'amélioration de la valeur (BH) max ne peut être obtenue que par une augmentation de la force coercitive, ce qui s'effectuait dans une plus ou moins grande mesure aux dépens de la rémanence.
Or, la Demanderesse a constaté que, pour des al- liages à forte teneur en cobalt, qui à l'aide d'un traitement thermique efficace destiné à l'obtention d'une valeur (BH)max optimum présentent une rémanence dépassant environ 8000 gauss, l'augmentation du (BH)max , par suite de l'anisotropie de l'acier se produisant alors d'une façon prononcée, se mani- feste dans une grande mesure et qu'en général l'effet d'ani- sotropie se manifeste plus nettement à mesure que la rémanence est plus élevée. De cette manière, il se peut qu'en dépit du fait qu'on part de valeurs inférieures du (BH)max, le (BH)max finalement réalisé peut atteindre la valeur non obtenue jus- qu'ici de plus de 2. 5 x 106 et même de 4. 8 x 106 grâce à la très forte anisotropie.
De plus, on peut maintenant satisfaire au @
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désir de nombreux constructeurs qui est d'obtenir des valeurs élevées du (BH)max tout en conservant des rémanences élevées, parce que les aimants conformes à l'invention ayant un (BH)max de plus de 2.500.000.par exemple d'environ 4. 000.000 peuvent avoir à la fois une très forte rémanence, par exemple de plus de 10. 000 gauss.
A l'opposé de la publication précitée dans la revue "Nature" en ce qui concerne la modification de la force coerci- tive, la Demanderesse a constaté, que notamment pour les al- liages conformes à l'invention à plus grand (BH) max' non seu- lement le (BH) max mais aussi la force coercitive, mesurée dans le sens préféré, est augmenté. L'augmentation norme du (BH)max résulte en partie de ce fait.
Dans le tableau suivant II, on a mentionné, à titre d'exemple, divers alliages qui ont été refroidis tant à l'aide d'un traitement thermique usuel (troisième colonne) que dans un champ magnétique (quatrième colonne).
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1 1; fi OOZ*01 589 000','LT' 0318 09 OOO fiù8 1 ±"3 1-1 QG 1 8 S 91 " 6 ic ±"17 938"6 99 000*OSî*± oS±L o00*059*1 8"1 9"9 03 g" 171 9 011 11 17 OSO"11 099 000"08"± O06L 969 OCO'03/.-l 1 ± 173 1" 171 "9 16 u fi 000"01 0179 000 LSO ± 009 1709 *009*1 8"3 - 93 8" 91 ' 981 u 8"1 00"31 gi9 000"06"'17 0Q±8 9±9 OOO 089 1 - 173 8 S ±1 ± 881 u 9"3 001'±1 909 000'0.,' 09176 0., 000"03±"1 S 173 8 3-21 -3 ±81 "OaS/d 0 01 059*lI 3617 000"0917"± 0506 OOO 0ùZ 1 - ±3 ± 8 91 1 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ HH H XBill(HH) HH H XBill(HH) 1ili no 00 IV IN 'Oo009 ,no '.-n.oaa sflJde 'ano1u2 #######' -snr 00031 UOJ1A -Bill dweqa un SUBP uoïl '1lleJ -ue aJxua eSIJd -uaAuJ,1 xuawowJojuoa sejda ano1+?u2 -uzoo uaruasszp SJBill 'auap909Jd auuoI -Bill dureùo SUBS Iansn % ua x ua T -10JJeJ ap auoz -o BI ap Tnla 1UBP anolmJaq+ ueilleIBJ+ XB (HH) 1 SUBP +uamas -UodsaJJo ano1mJa+ un'P ap1,
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La vitesse moyenne de refroidissement mentionnée dans la cinquième colonne était utilisée dans tous les deux cas cités et est choisie de telle façon que, lors du re- froidissement sans champ magnétique, on obtienne environ le produit optimum réalisable de B et H.
Dans la sixième colonne, on a indiqué en % l'amé- lioration du (BH) max obtenu en utilisant l'invention. Il en résulte, par exemple, qu'avec une composition suivant les numéros courants de 1 à 3, on'peut obtenir un acier à aimants qui est environ trois fois meilleur que le même acier qui n'a pas été refroidi dans un champ magnétique. Il appert des autres exemples que cette composition permet d'obtenir également une augmentation d'au moins 50% de la valeur (BH) max De l'exemple N 2 conforme à l'invention, il appert qu'à l'op- posé de la technique antérieure, un (BH)max très élevé peut très bien être associé à une rémanence déjà élevée en soi.
Sur les figures 1 et 2 on a représenté les courbes de désaimantation correspondant aux aimants des exemples dé- signés par 1 et 3 dans les tableaux. Les courbes 1 et 2 corres- pondent à l'acier à aimants conforme à l'invention, tandis que les courbes 3 et 4 correspondent au même acier traité sui- vant la troisième colonne du tableau. Sur les deux figures, on a encore indiqué en pointillés, à titre de comparaison, la courbe de désaimantation d'un acier à aimants modernes à (BH) max très élevé.
Il ressort des figures que le (BH) max élevé des aimants conformes à l'invention résulte en premier lieu d'une rémanence très augmentée et d'une forme plus bombée de la courbe de désaimantation, bien que l'amélioration de la force coercitive par rapport au même acier refroidi sans champ magnétique est également considérable (comparer les courbes 1 avec 3 et 2 avec 4).