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" Perfectionnements apportés ou relatifs aux procédés de fabrication de matières magnétisables, et aux matières magnétisables obtenues par ces procédés ".
La présente invention est relative aux matières magnétiques et à un procédé de préparation de celles-ci. Plus spécialement, l'invention est relative à la préparation de matière magnétique permanente à partir d'alliages aluminium-fer, par traitement de tels alliages par des alcalis caustiques pour dissoudre l'aluminium et laisser un résidu non dissous, finement divisé et consis-
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tant en grande partie en Fe3O4 bien dispersé et finement divisé, dans une gangue d'oxyferrite. On a trouvé que la matière ainsi obtenue possédait de bonnes propriétés magnétiques, la rendant apte à l'emploi dans la fabrication d'aimants permanents et de matières magnétiques permanentes.
La présente invention fournit le procédé de fabrication de matière magnétisable, procédé qui comporte la mise en réaction d'un alliage aluminium-fer contenant entre 45 et 75 % d'aluminium en poids, avec une solution aqueuse et initialement très chaude d'alcali caustique, de concentration en poids comprise entre 10 et 40 %, jusqu'à ce que pratiquement tout l'aluminium ait'été dissous, et le recueillement des particules non dissoutes, consistant principalement en oxyferrite oontenant du Fe304 bien dispersé et finement divisé.
La présente invention fournit en outre une matière magnétisable, oomportant du Fe3O4 bien dispersé et finement divisé, dans une gangue d'oxyferrite, la teneur en oxygène n'étant pas supérieure à Il % quand elle est déterminée par diffusion dans le vide à 1650 F.
La présente invention fournit également un aimant permanent, comportant un ensemble compact magnétisé consistant en grande partie en Fe3O4 bien dispersé et finement divisé, dans une gangue d'oxyferrite, la dureté de l'ensemble oompaot étant supérieure à 200 ( Viokers-Amsler diamant Viokers, charge 1,5 kg durée 20 secondes).
Jusqu'à présent, on a proposé de traiter les alliages d'aluminium et d'un métal du groupe du fer, tel que le niokel ou le cobalt, par la soude caustique pour produire du niokel ou du cobalt finement divisé, convenable pour être utilisé comme catalyseur dans les procédés d'hydrogénation. Ni le nickel ni le oobalt obtenus par un tel procédé ne possède oependant les propriétés magnétiques qui rendent chacun d'eux convenables pour l'emploi en tant que matière magnétique permanente.
Si, au lieu de
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partir d'alliages aluminium-nickel ou aluminium-cobalt, on part d'alliages aluminium-fer et qu'on traite ceux-ci par la soude caustique d'une manière analogue à celle décrite pour la prépa- ration de nickel ou de cobalt catalytique, le produit ferreux obtenu possède des propriétés magnétiques qui ne sont d'aucune façon supérieures à celles possédées par l'oxyde magnétique de fer, Fe3O4. Par exemple, le produit énergétique du fer obtenu de la même façon que les catalyseurs nickel et cobalt sera dans les environs de 200.000 ou moins.
Conformément au procédé de la présente invention, la com- position de l'alliage aluminium-fer utilisé comme matière de dé- et controlées part est telle, et les conditions du traitement sontchoisies/ de telle manière, qu'on obtient un produit différent de celui ob- tenu par le procédé de fabrication d'un catalyseur à partir d' alliages d'aluminium de métaux du groupe du fer. En outre, le produit de ce procédé possède des propriétés magnétiques qui le rendent particulièrement apte à être employé dans la fabrication d'aimants permanents et de matières magnétiques permanentes.
Son produit énergétique, par exemple, est supérieur à 500.000 et peut dépasser 1.100.000 quand il est préparé suivant le pro- cédé préféré de cette invention.
On a trouvé que pour obtenir les meilleures propriétés magnétiques permanentes, l'alliage aluminium-fer employé comme matière de départ doit comporter entre 50 et 60 % d'aluminium moins en poids. Il est possible, cependant, d'obtenir des résultats/ satisfaisants dans les limites plus larges de 45 à 75 % en poids un de teneur en aluminium de l'alliage de départ. on réalise/cer- tain accroissement des propriétés magnétiques, spécialement pour des alliages situés dans les limites de 50 à 54 % en poids d'a- luminium, si l'alliage est traité à chaud aux environs de 2000 F, pendant plusieurs heures et ensuite refroidi à l'air, paroe qu'un tel traitement à chaud apparaît comme homogénéisant l'al- liage.
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La dimension initiale des particules de l'alliage alumi- nium-fer soumis à la lixiviation d'aloali caustique est égale- ment importante quant à son influence sur les propriétés magné- tiques du produit final. L'alliage doit se trouver en un état finement divisé tel qu'il traverse un écren à mailles 40, et il doit avoir de préférence une dimension de particules bien uni- forme. on a trouvé avantageux de broyer l'alliage aluminium-fer dans un broyeur à boulets de façon qu'il traverse un écrou à mailles 100 avant de soumettre l'alliage à l'opération de lixi- viation par l'alcali caustique.
Au cours de la lixiviation de l'alliage aluminium-fer, un contrôle plutôt serré des conditions de l'opération de lixivia- tion et de celle du lavage ultérieur, est nécessaire pour dé- velopper dans le produit final les propriétés magnétiques dési- rées. Par exemple, pour obtenir les meilleurs, résultats, la concentration de la solution d'alcali caustique. doit être entre 25 et 35 % d'alcali caustique en poids de la solution, avec une concentration optimum de 30 %. Si on sacrifie quelque peu les propriétés magnétiques du produit, le domaine de concentration peut être étendu jusque dans les limites de 10 à 40 % d'alcali caustique en poids de la solution. est
La température à laquelle l'opération de lixiviation/réa- lisée est également importante.
On obtient des propriétés magné- tiques plus pauvres si l'alliage finement divisé aluminium-fer est ajouté à froid à la solution aqueuse d'alcali caustique, que si la solution est chaude au moment de cette addition. De préférence, la solution d'alcali caustique se trouve aux envi- rons de son point d'ébullition au moment de l'addition de l'al- liage aluminium-fer finement divisé, et est maintenue aux envi- rons de cette température jusqu'à l'achèvement pratiquement com- plet de la dissolution ou de la lixiviation de l'aluminium de l'alliage.
Pour une solution ayant une concentration d'alcali caustique comprise dans le domaine de 25 à 35 % en poids d'alcali
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çaustique, ceci signifie une température supérieure à 1000 C et généralement dans les environs de 110 à 120 C. La durée de l' opération de lixiviation doit être aussi courte que possible, et dans les conditions citées comme préférées, la durée peut être aussi courte que vingt minutes, ou même plus courte.
On a trouvé que si on laisse séjourner dans la solution de lixiviation et pendant toute période temps considérable, le résidu non dissous de l'opération de lixiviation, il y a quelque perte dans les propriétés magnétiques du produit. Il y a même une plus grande perte dans les propriétés magnétiques si les particules non dissoutes sont lavées à l'eau au cours d'une opération de lavage prolongée, ou si les particules non dissoutes sont éliminées en grande partie de la solution de lixiviation ou de l'eau de lavage et si on les laisse séjourner exposées à l'air. En fait, pendant la dessication, les particules résiduelles de l'opération de lixiviation sont si fortement oxydables qu'elles en sont pyrophoriques.
En conséquence, on a trouvé que les particules résiduelles de l'opération de lixiviation doivent être lavées aussitôt que possible après l'achèvement de l'opération de lixiviation et, si on désire des aimants permanents ayant une forme déterminée, les particules doivent être ensuite rendues compactes pour prendre la forme désirée sans aucune dessication intermédiaire complète des particules. Le lavage est réalisé de préférence par une solution aqueuse froide d'alcali caustique, et suivi, si on le désire, d'un lavage à l'eau, pour éliminer les aluminates solubles, mais sans élimination complète de la pellicule d'aluminate qui peut entourer les particules résiduelles.
L'opération de mise en compacité des particules lavées restant après les stades de lixiviation et de lavage, est réalisée à des pressions dépassant cent mille livres par pouce carré, et de préférence à des pressions supérieures à cent soixante mille livres par pouce carré. La pression doit être appliquée plutôt
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lentement pour permettreà l'eau-.de s"échapper des particules.
Après avoir été rendue compacte, la matière est assez dure pour rayer le verre. En général, la dureté dépasse considérablement celle du fer pur, étant supérieure à 200, et généralement supé- rieure à 300 unités, quand la dureté est mesurée sur une machine d'essai de dureté vickers-Amsler sous un pénétrateur en diamant de 1,5 kilogramme de charge, durée 20 secondes.
Quant aux propriétés magnétiques de la matière rendue com- pacte des barreaux d'essai révèlent un produit énergétique BdHd max. dépassant cinq cent mille, et fréquemment supérieur à un million. Les nombres cités plus haut peuvent se comparer favora- blement avec certaines valeurs d' " Alnico ".
D'autre part,/-on doit utiliser la matière dans le revête- ment d'un conducteur pour fabriquer un élément magnétique à im- pulsions, tel qu'un ruban magnétique pour un enregistreur acou- stique magnétique, il n'est pas nécessaire de dépasser l'opéra- tion de mise en compacité. @ si important
C'est pourquoi un but de cette invention est de fournir une matière magnétique nouvelle, comprenant du fer sous la forme d'oxyferrite comme gangue avec du Fe3O4 sous une forme sub-mi- croscopique et finement divisée, bien dispersé partout dans la gangue.
Un autre but important de cette invention est de fournir un procédé de fabrication d'une matière magnétique, en partant d'un alliage aluminium-fer, en dissolvant le contenu d'aluminium par une solution aqueuse d'alcald caustique de concentration telle et dans des conditions telles qu'on laisse non dissoutes des particules consistant en grande partie en oxyferrite conte- nant des particules sub-microscopiques et bien dispersées de Fe3O4, en lavant l'excès d'aluminates solubles provenant de ces particules, et sans laisser sécher complètement lesdites parti- cules ou sans les exposer à l'atmosphère, et soit en rendant lesdites particules compactes, sous haute pression et pour leur
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donner des formes susceptibles d'être magnétisées de façon permanente comme telles,
soit en pulvérisant les particules pour fournir une matière magnétique convenant pour être utilisée dans la fabrication d'enregistreurs acoustiques magnétiques et d'appareils analogues.
Un autre objet important de cette invention est de fournir un procédé de fabrication d'une matière magnétique possédant de bonnes propriétés magnétiques, pour emploi comme aimants permanents ou sous forme pulvérulente pour le revêtement d'éléments enregistreurs magnétiques à impulsions, la matière comportant en grande partie de l'oxyferrite contenant du Fe3O4 à l'état sub- microscopique de division, et bien dispersé dans tout l'oxyferrite.
Un autre objet important de cette invention est de fournir une matière magnétique sous la forme de profils rendus compacts ou en un état fin de subdivision, la matière comportant en grande partie du F6304 finement divisé et bien dispersé dans tout l'oxyferrite, comme une gangue.
D'autres objets importants de cette invention apparaîtront d'après la description suivante et les revendications ci-annexées.
Comme matière de départ employée dans le procédé de cette invention, on utilise un alliage aluminium-fer ayant une teneur en aluminium comprise entre 50 et 60 % en poids, et de préférence la forme bêta de l'alliage dans laquelle la teneur en aluminium est comprise entre 53 et 56 % en poids. Les alliages aluminiumfer dans lesquels la teneur en aluminium se situe entre 45 et 75 % en poids, peuvent être utilisés avec des résultats moins satisfaisants. L'alliage aluminium-fer peut être utilisé dans son état coulé, ou il peut être d'abord soumis à un traitement à chaud pour homogénéiser l'alliage, comme en maintenant l'alliage aux environs de 2.000 F pendant quatre à cinq heures et en le refroidissant ensuite à l'air.
L'opération de traitement à chaud est particulièrement efficace dans le cas d'alliages
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contenant entre 50 et 5 % d'aluminium en poids, limites dans lesquelles l'accroissement des propriétés magnétiques est particulièrement remarquable.
Dans la préparation de l'alliage aluminium-fer pour la lixiviation par la solution d'alcali caustique, l'alliage est d'abord broyé et amené à une dimension relativement fine, telle que les particules traversent un écran à mailles 40. De préférence, la dimension des particules doit être telle que la majeure partie de la matière broyée traverse un écran à mailles 80 ou même 100. Si on le désire, on peut réaliser le broyage de l'alliage pulvérisé dans un broyeur à boulets.
Dans la lixiviation de l'alliage pulvérisé, on utilise pour dissoudre l'aluminium une solution aqueuse d'alcali caustique d'une concentration comprise entre 10 et 40 % en poids, et de préférence entre 25 et 35 % en poids. A cause de son coût relativement faible, on choisit la soude caustique, mais on peut également utiliser la potasse caustique. La solution aqueuse d'alcali caustique est amenée à une température proche de son point d'ébullition, et de préférence 1000 Gravant que l'alliage finement divisé soit introduit dans la solution. si l'alliage était ajouté à une solution froide d'aloali caustique, quoique la réaction soit fortement exothermique et réchauffe donc la solution, le produit final n'aurait pas des propriétés magnétiques aussi bonnes que lorsque l'alliage est ajouté à une solution d'alcali caustique, initialement chaude.
La température de l'alcali oaustique, après l'addition de l'alliage aluminium-fer, est maintenue aux environs de son point d'ébullition, qui se situera entre 100 et 125 C pour le large domaine de concentration de la à 40 % en poids d'alcali caustique, et entre 110 et 1200 C pour le domaine plus étroit préféré de 25 à 35 % de concentration en alcali caustique. La concentration optimum en poids d'alcali caustique est 30 %. Le rapport de la soude caustique ( NaOH ) à l'alliage doit être compris entre 1 sur 1 et 4 sur 1 en poids, et de préférence d'environ 2,5 sur 1.
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L'addition de l'alliage finement divisé à la solution chaude d'alcali caustique est faite rapidement et l'opération de lixiviation est menée en un temps aussi court que possible.
Une réaction très énergique s'établit avec la solution d'alcali caustique à l'ébullition au moment de l'addition de l'alliage.
On laisse la réaotion se pqursuivre jusqu'à ce que pratiquement l'entièreté du oontenu d'aluminium de l'alliage ait été dissous.
Le gaz hydrogène se dégage comme suite à la réaction qui s'établit. La réaction est pratiquement complète dans un délai de vingt minutes ou environ, à partir de l'addition de l'alliage, mais peut être terminée complètement en quelques secondes.
Dans un délai aussi court que possible après l'achèvement de la réaction, les particules non dissoutes restantes sont lavées pour éliminer la plus grande partie des aluminates solubles associés aux particules et en solution dans la lessive. Aussitôt que la réaction s'est arrêtée, la solution de lessivage est décantée du résidu non dissous, et le résidu est lavé deux fois ou plus dans une solution froide de soude caustique à 25 % et finalement deux fois ou plus à l'eau froide. Le résidu après le traitement de lavage est une matière spongieuse friable qui, si on la laisse sécher, est fortement pyrophorique. Par conséquent, on ne peut ni permettre à la matière de se dessécher, ni l'exposer à l'atmosphère pendant un temps plus long qu'il n'est possible pour rester à l'état demi sec.
Le lavage est conduit aussi rapidement que possible et seulement jusqu'à un degré nécessaire pour éliminer une grande proportion des aluminates solubles produits au cours de l'opération de lixiviation. Ordinairement, le produit a été suffisamment lavé quand le pH de l'eau de lavage a été ramené en dessous de 9, et de préférence dans les limites de 8 à 8,5.
Si la matière lixiviée doit être utilisée pour le revêtement d'un conducteur non-magnétique, comme dans la fabrication d'un ruban de papier revêtu pour les éléments enregistreurs
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magnétiques à Impulsions, il n'est pas nécessaire de rendre la matière compacte. La matière, après avoir été lavée par une solution froide de soude caustique ou à l'eau, ou par les deux, est lavée à l'alcool. Le premier lavage à l'alcool peut se faire à l'alcool froid ( alcool éthylique dénaturé à 95 % ) et ensuite à l'alcool chaud, chauffé depuis 65 C environ jusqu'au'point d'ébullition, en remuant complètement et en décantant après chaque lavage. On utilise chaque fois approximativement quatre volumes d'alcool pour un volume de la pâte.
Après le lavage à l'alcool, la matière est lavée à l'aide d'un volume semblable d'acétone et finalement à l'aide d'acétone contenant environ 1/2 à 1 % en poids d'iode dissous dans l'acétone. L'iode sert apparemment à réduire certains des oxydes qui sont présents. La matière résultante est ensuite mélangée à un liant, tel qu'une résine vinylique, et broyée dans un broyeur à boulets pour fabriquer une composition de revêtement pour le revêtement d'un ruban de papier ou d'un autre conducteur non magnétique. Le rapport entre la matière magnétique et le liant résineux doit être aussi élevé que possible, et en général, aux environs de 2,5 à 1, en poids.
Si on doit fabriquer des produits à magnétisation permanente, compacts, la matière lixiviée et lavée à l'eau, est débarrassée de façon suffisante de l'eau qu'elle contient, par exemple, à l'aide d'une solution de lavage à l'alcool ou d'une solution de lavage à l'acétone contenant de l'iode dissous, et la matière sous la forme d'une pâte humide est ensuite placée dans un moule. La pression est appliquée lentement au commencement jusqu'à ce que la plus grande partie du liquide soit chassée.
Ensuite, la pression peut être appliquée plus rapidement jusqu'à ce qu'elle atteigne un maximum d'au moins 50 tonnes par pouce carré. La pression est maintenue à cette valeur, ou au-delà, pendant cinq minutes ou plus, pour laisser s'échapper toute l'eau restante, après quoi la pression peut être élevée jusqu'à 160.000
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livres par pouce carré, ou au-delà. L'aluminate de soude restant en association avec la matière magnétique semble servir comme liant pour les particules pendant l'opération de mise en compacité. Dans le produit compact final, le liant est apparemment un liant d'oxyde unissant les particules d'oxyferrite en un tout homogène. On peut donner aux produits compacts la forme de barres ou d'autres profils.
La matière rendue compacte est très dure et fragile mais bien résistante à la traction ou à la compression. Elle est assez dure pour rayer le verre et présente une dureté bien supérieure à 200 sur une machine Vickers-Amsler, si on utilise un pénétrateur en diamant de charge 1,5 kilogramme, appliqué pendant une durée dépassant 20 secondes. selon la pression employée dans l'opération de mise en compacité, la dureté peut atteindre 300 ou plus. Un tel degré de dureté, en lui-même, indique que le produit n'est pas du fer ordinaire, qui possède une dureté non supérieure à 200 d'après la même échelle.
Une analyse chimique du produit magnétique de cette invention montre un peu d'aluminium, présent probablement sous la forme d'aluminate de soude, la teneur en aluminium atteignant 1 ou 2 % et généralement comprise entre 0,5 et 5 % tout au plus.
La teneur en sodium peut se situer entre 0,1 et 1 % et plus, généralement entre 0,2 et 0,4 %. L'analyse par diffusion dans le vide à 1650 F révèle une teneur en oxygène qui peut varier entre 4 et 11 %. En général, plus faible est la teneur en oxygène', meilleures sont les propriétés magnétiques de la matière à l'intérieur de ces limites.
L'analyse microscopique du produit indique qu'il est constitué en grande partie de fer sous la forme d'oxyferrite, avec du Fe304 à un état de subdivision très finement divisé et principalement submicroscoique, bien distribué dans l'oxyferrite, comme gangue. Le fer donne sous la diffraction par rayons X, un treillis très déformé, ce qui indique une raison possible pour
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les propriétés magnétiques extraordinaires. Le Fe3O4 effectif présent est dispersé dans la gangue d'oxyferrite en particules submicroscopiques. Le Fe3O4 aggloméré, s'il est présent avec le Fe3O4 finement dispersé, peut être considéré comme impureté.
L'oxygène effectif dans le Fe304 dispersé ne peut dépasser environ 5 % en poids et l'oxygène total ( O2) ne peut dépasser 11 %. Cependant, un faible pourcentage, peut-être quelques dixièmes d'un pour cent d'oxygène, est dissous dans le fer lui-même.
Le tableau suivant Indique les propriétés des barres d'essai comprimés à environ 144.000 livres par pouce carré.
EMI12.1
<tb>
<tb>
Force <SEP> magnétique <SEP> maximum <SEP> Hp <SEP> = <SEP> 3060 <SEP> Oersteds
<tb> Induction <SEP> maximum <SEP> Bp <SEP> = <SEP> 14.560 <SEP> Gauss
<tb> Induction <SEP> résiduelle <SEP> Bp <SEP> 7. <SEP> 810 <SEP> Gauss
<tb> Force <SEP> coercitive <SEP> Hc <SEP> = <SEP> 365 <SEP> Oersteds
<tb> Produit <SEP> énergétique <SEP> maximum <SEP> BdHd <SEP> max <SEP> = <SEP> 1.150.000
<tb>
L'exemple suivant servira à illustrer une forme de réalisation préférée de ce procédé, mais il doit être entendu que cette invention n'est pas limitée aux conditions spéciales données.
EXEMPLE :
Un alliage aluminium-fer ayant une teneur en aluminium de 54,4 % et une teneur en fer de 45,6 %, a été broyé jusqu'à traverser un écran à mailles 60 et on a choisi la matière retenue par un écran à maille 80.. 224 parties de la poudre aluminiumfer ainsi obtenue, ont été ajoutées petit à petit à une solution aqueuse d'alcali caustique à sa température d'ébullition, ou aux environs de 1100 C. La solution de soude caustique a été préparée en dissolvant 400 grammes de soude caustique ( NaOH ) dans 1200 grammes d'eau, pour obtenir une concentration de 25 % NaOH en poids. La durée totale de l'opération de lixiviation a été de cinq minutes environ.
Après lavage deux fois par une solution ( froide ) de NaOH 25 % et deux fois à l'eau, le résidu de l'opération de lixiviage,
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sous la forme d'une pâte humide, a été rendu compact dans un moule sous une pression d'environ 144. 000 livres par pouce carré, pour donner une barre ayant un poids de 12 grammes et ayant les dimensions de 0,81 X 0,586 X 5,11 cm, ce qui donne une densité de 4,96 gr/cm3. Quand on a fait l'essai après une heure, les résultats d'essai magnétique suivants furent donnés par la barre :
EMI13.1
<tb>
<tb> Force <SEP> magnétique <SEP> maximum <SEP> Hp <SEP> = <SEP> 3.100 <SEP> Oersteds
<tb> Induction <SEP> maximum <SEP> B <SEP> = <SEP> 13.890 <SEP> Gauss
<tb> p
<tb> Induction <SEP> résiduelle <SEP> Bp <SEP> 7.460 <SEP> Gauss
<tb> Force <SEP> coercitive <SEP> Hc <SEP> = <SEP> 395 <SEP> Oersteds
<tb> Produit <SEP> énergétique <SEP> Bd <SEP> Hd <SEP> max. <SEP> 1.125 <SEP> X <SEP> 106
<tb> Induction <SEP> pour <SEP> 1''énergie <SEP> maximum <SEP> = <SEP> 4. <SEP> 500 <SEP> Gauss
<tb>
REVENDICATIONS.
1.) Le procédé de fabrication d'une matière magnétisable, lequel procédé comporte la mise en réaction d'un alliage aluminium-fer contenant entre 45 et 75 % en poids d'aluminium, avec une solution aqueuse d'alcali caustique, initialement chaude, de concentration comprise entre 10 et 40 % en poids, jusqu'à ce que pratiquement tout l'aluminium ait été dissous, et le recueillement des particules non dissoutes comportant principalement de l'oxyferrite contenant du Fe3O4 bien dispersé et finement divisé.