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"PROCEDE DE FABRICATION DES AIMANTS PERMANENTS**
L'invention concerne la fabrication des aimants permanents et a pour objet la fabrication des aimants anisotropes possédant une force coercitive de valeur particulièrement élevée combinée avec des valeurs élevées de la rémanence et de (BH)max.
Un procédé de fabrication d'un aimant permanent anisotrope qui consiste en un alliage de fer contenant 6% à 11% d'aluminium, 12% à 20% de nickel.et 16% à 30% de cobalt, auxquels on peut ajouter du ' cuivre ou du titane ou les deux fait l'objet du brevet anglais N 522.731 suivant lequel l'alliage en cours de refroidissement à. partir d'une température élevée (par exemple 1200 C pour réaliser la trempe magnétique subit l'action d'un champ magnétique,s'exer-
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çant de préférence au moins dans un intervalle de température com- pris entre le point de Curie et 150 C environ au-dessous de ce point, tandis que le refroidissement doit être suivi d'une opéra- tion de vieillissement pour obtenir des propriétés magnétiques aussi avantageuses que possible.
Suivant l'invention, un alliage à base de fer contenant 6% à 11% d'aluminium, plus de 20% et 50% au plus de nickel et 14% à 28% de cobalt (auxquels d'autres éléments ne portant pas préjudice aux caractéristiques magnétiques de l'alliage peuvent être ajoutée,tels que par exemple 5% au plus de cuivre, 5% au plus de titane, 5% au plus de silicium, ou 1% au plus de zirconium, ou deux ou plusieurs de ces éléments pourvu que l'addition totale ne dépasse pas 10%) subit l'action d'un champ magnétique pendant qu'il se refroidit dans un intervalle de température compris entre une température de dissolution de 1200 C à 1280 C environ et 700 C à 600 C, et un trai. tement de précipitation ou de vieillissement thermique avant d'être définitivement aimanté.
L'alliage ainsi traité est de nature ani- sotrope et lorsqu'on l'aimante ensuite de préférence dans une direc- .lion correspondant à la direction du champ magnétique appliqué au cours du refroidissement, on constate qu'il possède dans cette di- rection une force coercitive d'une valeur remarquablement élevée en même temps qu'une rémanence et une valeur de (BH)max très élevées.
Il convient de remarquer cependant que comme l'aimant est ani- sotrope, les valeurs de (BH)max' de la rémanence et de la force coercitive qu'on peut obtenir dans d'autres directions sont beau- coup plus faibles. Cependant les caractéristiques magnétiques éle- vées qu'on peut obtenir et la nature anisotrope de l'alliage ne su- bissent pas d'influence permanente sous l'effet des autres traite- ments auxquels il peut être sownis, tels que des aimantations et désaimantations répétées dans les directions préférentielles ou non.
Le champ magnétique qui peut être créé par un électro-aimant ou un aimant permanent peut avoir une intensité ne dépassant pas 1000 gauss et il est généralement inutile qu'elle dépasse 3.000 gauss.
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On peut faire varier à volonté la direction d'application du champ magnétique à l'alliage au cours de son refroidissement par rapport à la masse d'alliage traitée et elle est déterminée par celle qui est nécessaire dans l'aimant fini.Par exemple, dans le cas d'un aimant en forme de barre le champ peut être appliqué dans le sens de l'axe en ligne droite et dans celui d'un aimant annulaire ou en fer à cheval suivant une courbe.
Le refroidissement de l'alliage à partir de la région de 12400C dans le champ magnétique peut s'effectuer à une vitesse de 1/2 C à 15 C par seconde suivant la composition de l'alliage trai- té. Par exemple, pour obtenir les caractéristiques magnétiques les plus avantageuses dans un alliage quaternaire de fer,, aluminium, nickel et cobalt,. la vitesse de refroidissement maximum nécessaire augmente de 10 C par seconde avec 21% de nickel à 15 C par seconde pour la teneur la plus élevée en nickel, tandis que pour obtenir ces caractéristiques dans l'alliage contenant du silicium, le re- froidissement de l'alliage qui en contient dans le champ magnétique s'effectue à une vitesse moyenne inférieure à 10 C par seconde et qui diminue lorsque le pourcentage en silicium augmente.
Le zirconium exerce aussi un effet marqué sur la vitesse de refroidissement nécessaire dans le champ magnétique, et de très faibles additions de ce métal exigent une vitesse beaucoup moindre que celle qui est nécessaire avec les alliages quaternaires. Par exemple, une addition de 0,125% de zirconium à un alliage contenant 21% de nickel fait diminuer la vitesse de refroidissement nécessai- re à 1 C environ par seconde et en général le refroidissement dans le champ magnétique de l'alliage contenant du zirconium s'effectue de préférence à une vitesse ne dépassant pas 1 C par seconde.
Cet effet du silicium et du zirconium réduisant la vitesse de refroidissement qui est nécessaire pour faire apparaître les ca- ractéristiques magnétiques les plus avantageuses est particulière- ment utile dans 1'.application de l'invention aux aimants de grandes dimensions, qui s'ils sont en alliages quaternaire et refroidissent naturellement dans le champ magnétique,. refroidissent trop lente-
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ment pour faire apparaître ces caractéristiques magnétiques. En ajoutant un pourcentage détermine de zirconium ou de silicium ou des deux, on peut faire correspondre la vitesse de refroidissement nécessaire à la vitesse de refroidissement naturelle de la masse considérée.
Pour préparer l'alliage la teneur en nickel est de préférence au moins égale au double de la teneur en aluminium.
L'addition du cuivre a tendance à augmenter la force coerciti- ve. On introduit dans l'alliage une partie ou la totalité de la te- neur voulue en cobalt, une partie ou la totalité de la teneur vou- lue en cuivre et une partie de la teneur voulue en fer de préféren- ce sous forme d'un alliage intermédiaire de ferro-cobalt-cuivre, obtenu au cours de l'affinage du minerai de cuivre-cobalt, ainsi qu'il est décrit dans le brevet anglais N 450,431. En ajoutant ainsi le cuivre allié au cobalt sous forme d'alliage intermédiaire de ferro-cobalt-cuivre, on améliore notablement la cohésion et la résistance mécanique de l'aimant comparées à celles d'un ailnant fa- briqué avec un alliage auquel le cobalt et le cuivre sont ajoutés séparément.
On ajoute aussi de préférence le titane à l'alliage et son ef- fet est analogue à celui du cuivre au point de vue de l'augmenta- tion de la force coercitive et de l'amélioration de la résistance mécanique de l'aimant finalement obtenu. L'addition de titane à l'alliage exerce aussi une action de stabilisation avantageuse en permettant d'obtenir plus facilement des résultats uniformes et en s'opposant aux effets nuisibles qui résulteraient de l'inclusion de diverses impuretés, parmi lesquelles on peut citer le carbone, au point de vue des résultats à obtenir suivant l'invention.
Le titane abaisse aussi la température à laquelle les éléments se ais- solvent l'un dans l'autre et permet de profiter de tous les avanta- ges de l'invention qu'on peut obtenir en refroidissant l'alliage contenant du titane dans le champ magnétique à partir d'une tempé- rature ne dépassant pas sensiblement 1200 C tandis qu'en l'absence du titane on refroidit de préférence dans le champ magnétique à partir d'une température d'au moins 12250.
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Le traitement de précipitation ou de vieillissement thermique consiste à chauffer l'alliage.à une température supérieure à 450 C et de préférence inférieure à 700 C et à le maintenir à la ou les températures choisies pendant une durée suffisante pour obtenir les propriétés magnétiques équilibrées voulues.
De préférence le traitement thermique de précipitation ou de vieillissement s'effectue par échelons, le premier stade consis- tant à chauffer la masse d'alliage à une température voisine de la limite supérieure et à l'y maintenir pendant un certain temps, et pendant le second stade la masse est maintenue pendant un certain temps à une température voisine de la limite inférieure.
Par exem ple, la masse d'alliage peut être d'abord maintenue pendant 5 à 8 heures à une température supérieure à 600 C (par exemple 650 C) puis pendant une durée de 10 à 20 heures à une température infé- rieùre à 600 C (par exemple 550 C).. L'alliage peut être refroidi après le premier stade et réchauffé pour le second, ou la seconde opération peut être effectuée après refroidissement partiel de l'al- liage seulement à la température choisie pour cette seconde opéra- tiop.
Suivant une forme de réalisation de l'invention on refroidit par un courant d'air soufflé une masse en forme de barre de 40 x 35 x 10 mm d'un alliage contenant 21% de nickel, 20% de cobalt, 8,5 % d'aluminium, 1,5 % de cuivre, 1,52% de titane, le complé- ment étant du fer, à partir d'une température élevée d'environ 1250 C jusqu'à une température de 600 C avec une vitesse moyenne de refroidissement de 10 C par seconde dans un champ magnétique de 1000 gauss ou davantage appliqué dans le sens de l'axe.
Après un nouveau refroidissement à une vitesse quelconque appropriée, on fait subir à l'alliage un traitement thermique de vieillissement pendant 6 heures à 650 C à titre de premier stade suivi d'un second chauffage à 550 C pendant 16 heures, puis on aimante finalement la masse dans un champ de 1000-2000 gauss appli- qué dans la même. direction que le premier champ magnétique.
A la suite d'essais effectués avec cet alliage ayant subi les traite- ments thermique, magnétique et de vieillissement précités on a @
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constaté que sa force coercitive était égale à 730 oersteds, sa rémanence à 8500 gauss et sa valeur de (BH)max à 2,76 x 106 mesu- rées dans le sens de l'axe correspondant à la direction d'applica- tion du champ magnétique pendant le refroidissement à partir de la température élevée de 1250 C
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, on a obtenu avec une masse de mêmes dimensions d'un alliage à base de fer contenant 25,5% de nickel, 20% de cobalt, 9,8% d'aluminium, 2,2% de cuivre et 1,
7% de titane refroidi à partir d'une tempéra- ture de 1200 C ou plus élevée jusqu'à 600 C à une vitesse de refroi disse,ment moyenne ne dépassant pas 15 C par seconde dans un champ magnétique de 1000 gauss ou davantage appliqué dans la direction de la dimension de 40mm et ayant subi ensuite un traitement ther- mique de précipitation ou de vieillissement consistant à la main- tenir d'abord pendant 10 heures a 650 C, puis pendant 24 heures à 550 C et enfin une aimantation dans un champ de 1000-2000 gauss appliqué dans la même direction que le premier, une force coerciti- ve de 875 oersteds, une rémanence de 6350 gauss et une valeur de (BH)max de 1,9 x 106. Cette valeur élevée ae la force coercitive indique que l'alliage contenant la plus forte proportion de nickel convient particulièrement à la fabrication des aimants de courte longueur.
L'alliage à l'état tel que coulé suivant l'invention est ex- trêmernent dur et difficile à usiner. Si on désire exécuter des opérations d'usinage quelconques sur cet alliage par exemple de perçage et de taraudage, on peut lui faire subir un traitement thermique, tel qu'il est décrit dans le brevet anglais ? 478.127, pour améliorer ses propriétés d'usinage avant le traitement sui- vant l'invention.
Dans ce cas, il est nécessaire de réchauffer l'alliage au- dessus de 1200 C après avoir effectué les opérations d'usinage vou- lues et avant de le refroidir dans un champ magnétique, mais dans d'autres cas le champ magnétique peut être appliqué à la masse de l'alliage coulé avant de le refroidir à une température de 1200 C.
La demande de brevet anglais N 13. 258/40 donne la descrip- @
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tion d'un procédé de fabrication d'un aimant permanent anisotro- pe qui consiste à soumettre un alliage à base de fer contenant
5 à 11% d'aluminium, 10 à 20% de nickel et plus de 12% mais moins de 16% (de préférence 13,5 à 15,5%) de cobalt, à l'action d'un champ magnétique pendant qu'il se refroidit dans un intervalle de température compris entre une température de dissolution de 1200 à 12800C et 700 à 600 C et à celle d'un traitement thermique de vieillissement, qui consiste à chauffer l'alliage à une tempéra- ture supérieure à 450 C, mais ne dépassant pas 750 C et à le main- tenir à cette température pendant 1 à 24 heures,
qu'on lui fait subir de préférence après l'action du champ magnétique pendant le refroidissement et avant l'aimantation finale. Le rapport entre les teneurs en aluminium et en nickel est de préférence égal à 1 : 2 et l'alliage peut aussi contenir 10% au plus de cuivre, 5% au plus de titane et une partie ou la totalité de la teneur en cobalt, une partie ou la totalité de la teneur en cuivre et une partie de la teneur en fer peuvent être introduites dans l'alliage sous forme d'un alliage intermédiaire ferro-cobalt-cuivre prove- nant de l'affinage du minerai de cuivre-cobalt.
La demande de brevet anglais N 14.438/40 donne la descrip- tion d'un procédé d'amélioration des propriétés d'usinage des al- liages de fer-aluminium-cobalt pour aimants permanents, contenant 6 à 11% d'aluminium, 10 à 25% de nickel, et de 20 à 30% de cobalt par un traitement thermique qui consiste à refroidir l'alliage à partir d'une température supérieure à 750 et inférieure à son -point de fusion à une vitesse réglée, de façon que la vitesse de refroidissement moyenne en passant par le point de Curie, de pré- férence à 500 C, ne dépasse pas 10 C par minute et soit de préfé- rence- inférieure à 1 C par minute.
Le procédé décrit comporte aussi les opérations d'usinage d'un alliage moulé, son réchauffage à une température comprise dans l'intervalle de dissolution au- dessus du point de Curie, de préférence comprise entre 120000 et 1280 C et son refroidissement (à une vitesse moyenne ne dépassant pas 10 C par seconde et comprise de préférence entre 1 C et 5 C par seconde) à partir de 'cette température au delà du point de
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Curie, dans un champ magnétique concentré aans la pièce moulée, dans la direction dans laquelle on désire obtenir le flux magné- tique dans l'aimant.