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Publication number: BE483495A
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Description


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  Traitement d'alliages silicium-fer. 



   L'invention se rapporte de façon générale au traitement thermique des alliages silicium-fer en vue de réduire la magnéto- striction. 



   Des alliages silicium-fer contenant jusqu'à   6%   de silicium ont été utilisés depuis de nombreuses années comme matériau magnétique dans les appareils électriques et particulièrement comme noyaux de transformateurs. Un grand nombre de procédés et méthodes ont été employés pour le traitement thermique des al- liages silicium-fer et pour leur fabrication sous forme de tôles convenant pour les noyaux magnétiques d'appareils électriques. 



   Les procédés et méthodes connus ont pour but de développer les caractéristiques magnétiques de l'alliage par la réduction des impuretés de cet alliage, par l'élimination des tensions d'usi- nage et/ou par une orientation préférentielle du grain de l'allia- ge. Les tôles d'alliages silicium-fer fabriquées actuellement 

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 possèdent des caractéristiques magnétiques excellentes. 



   Dans de nombreuses installations d'appareils électri- ques, comme les installations de transformateurs à grande puissan- ce qui sont munis de noyaux magnétiques constitués de tôles en alliage silicium-fer, fabriquées actuellement, il a été constaté qu'un bruit indésirable et inacceptable se produit lors de la mise en action du transformateur. Le bruit développé dans les transformateurs peut être directement attribué à la magnétostric- tion des tôles d'alliage silicium-fer utilisées pour les noyaux de transformateurs. La magnétostriction du matériau magnétique est reconnue comme étant l'effet de l'extension et de la contrac- tion du matériau magnétique quand celui-ci est soumis à une force magnétisante.

   Le genre de magnétostriction intéressant l'inven- tion et la quantité mesurée est :   @   
L c'est-à-dire la variation de la longueur par unité de longueur dans le sens de la magnétostriction et sous l'effet de la force magnétisante appliquée. 



   Un des buts de cette invention est de réduire la magné- tostriction des tôles d'alliages silicium-fer traitées en vue de développer les caractéristiques magnétiques de l'alliage. 



   Un autre but plus spécifique est de soumettre les tôles d'alliages silicium-fer, traitées en vue de développer les carac-   téristiques   magnétiques des alliages, à un traitement thermique permettant de placer ces alliages sous tension afin de réduire effectivement la magnétostriction de la tôle d'alliage. 



   D'autres buts de l'invention ressortiront de la des- cription donnée ci-après et des revendications ci-annexées. 



   Les alliages silicium-fer contenant jusqu'à 6 % de silicium sont bien connus et les procédés pour développér les 

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 caractéristiques magnétiques de ces alliages ont été industriali- sés ces derniers temps. Par exemple, des alliages silicium-fer contenant jusqu'à 4¸% de silicium sont transformés industrielle- ment en tôles en les soumettant à différents traitements   therrai-   ques, y compris le laminage à froid jusqu'au stade final après lequel les tôles obtenues sont soumises à un recuit à 900 C ou plus, afin de développer les caractéristiques magnétiques de l'alliage.

   Les alliages silicium-fer ayant un pourcentage plus élevé de silicum, allant jusqu'à 6% environ, ne sont pas fabri- qués industriellement par le procédé de laminage à froid car un taux plus élevé de silicium rend ces alliages quelque peu cas- sants ; il est donc devenu d'usage courant de travailler ces al- liages à chaud jusqu'aux stades finals et de les soumettre à un recuit final pour éliminer les tensions de laminage. D'autres méthodes pratiquées pour développer les caractéristiques magné- tiques des alliages silicium-fer contenant jusqu'à 6% de sili- cium sont bien connues. 



   Afin de réduire la magnétostriction des alliages silicium-fer fabriqués industriellement contenant jusqu'à 6% de silicium, les tôles d'alliages fabriquées sont soumises, suivant la présente invention, à un traitement thermique ulté- rieur pour mettre les constituants de l'alliage de la tôle sous tension permanente afin de réduire d'une façon effective la magnétostriction.

   Le traitement thermique conforme à l'invention consiste à chauffer la tôle d'alliage fabriquée industriellement à une température déterminée entre 700 C et 1200 C, en présence d'un composé qui est capable d'entrer en réaction avec l'alliage silicium-fer et de former une mince couche adhérente aux surfaces de la tôle, cette couche mince ayant un coefficient de dilatation linéaire moindre que le coefficient de dilatation linéaire des alliages silicium-fer de sorte qu'à l'état refroidi le film   @   

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 adhérent est en compression tandis que l'alliage silicium-fer est en tension.

   On peut utiliser divers réactifs pour former la cou- che adhérente sur la tôle d'alliage silicium-fer; il est cepen- dant essentiel que le réactif choisi pour produire la couche ré- sultante est un coefficient thermique de dilatation linéaire moindre que le coefficient de dilatation de le tôle   silicitun-fer   sur laquelle elle se forme. 



   Dans le mode d'exécution préféré de l'invention, la   tôle. d'alliage   est soumise à. un traitement thermique à. une tem- péra.ture entre 700 C et 1200 C dans une atmosphère oxydante com- me l'air, l'air humide ou une atmosphère d'anhydride carbonique, ou leur combinaison, pendant 8 minutes au maximum, l'atmosphère oxydante réagissant avec l'alliage pour former une couche mince d'oxyde qui adhère à la tôle d'alliage. Ordinairement la couche d'oxyde contient des silicates. N'importe quels fours convenables peuvent être employés pour chauffer les tôles à la température voulue lors de leur passage dans la zone de chauffage.

   Dans tous les cas où la tôle traitée est soumise à ce traitement en atmos- phère oxydante, il est désirable que la durée du traitement ther- mique soit inférieure à celle pour laquelle l'oxyde s'écaille quand la tôle est refroidie. Suivant une variante du procédé décrit ci-dessus, la tension est créée dans la tôle pendant le traitement thermique afin que les constituants de l'alliage soient soumis à des efforts tels que, quand la tôle est refroidie, la couche d'oxyde formée sur elle pendant le traitement thermique maintient les constituants de l'alliage sous tension, même après suppression de la tension extérieure.

   Quand on applicue la ten- sion pendant le traitement thermique il est en tous cas désira- ble de maintenir la tension en dessous de la limite élastique de la tôle d'alliage, étant donné que les tensions de l'ordre de 500 à 2000 livres par pouce carré pendant le cycle de chauffage sont suffisantes., en coopération avec la   (couche   d'oxyde, pour 

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 réduire la magnétostriction de la tôle d'alliage. 



   On ne connait pas exactement les modifications qui se produisent dans les constituants ou la structure de l'alliage quand se forme sur la tôle la couche adhérente et quand la tôle est re- froidie. Cependant les résultats obtenus démontrent d'une façon définitive que la combinaison de la couche mince sous compression avec l'alliage silicium-fer sous tension réduit effectivement la magnétostriction des tôles de silicium-fer fabriquées industriel- lement. 



   Pour déterminer l'effet des couches minces formées sur les tôles fabriquées industriellement on a utilisé différents procédés en vue de mesurer la magnétostriction des tôles d'alliage. 



  Les résultats obtenus par ces différents procédés sont très voi- sins et pour cette raison il est inutile de décrire les   diffé-   rents procédés de mesure de la magnétostriction des tôles d'allia- ge traitées suivant la présente invention. 



   Afin d'illustrer le progrès réalisé dans la magnéto- striction des tôles fabriquées inaustriellement, soumises au traitement décrit on se réfèrera au tableau ci-après montrant les valeurs de la magnétostriction, c'est-à-dire la variation de la longueur par unité de longueur pour une magnétostriction donnée pour des tôles en alliage   dilicium-fer   à après un recuit ordinaire et après le traitement oxydant produisant une couche mince sur cet alliage conformément à l'invention. 

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  Magnetostriction <SEP> #L/L <SEP> x <SEP> 108
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<tb> Traitement <SEP> @
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<tb> Numéros <SEP> B <SEP> = <SEP> 10000 <SEP> B <SEP> = <SEP> 14000
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<tb> Tempe- <SEP> Temps <SEP> Recuit <SEP> Traitées <SEP> Recuit <SEP> Traitées
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  24 <SEP> G <SEP> 825 <SEP> 4 <SEP> 120 <SEP> 82 <SEP> 308 <SEP> 194
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<tb> 26 <SEP> E <SEP> 925 <SEP> 4 <SEP> 190 <SEP> 32 <SEP> 442 <SEP> 140
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<tb> 27 <SEP> E <SEP> I.025 <SEP> 1 <SEP> 170 <SEP> 12 <SEP> 400 <SEP> 162
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<tb> 27 <SEP> C <SEP> 1.025 <SEP> 2 <SEP> 126 <SEP> 12 <SEP> 336 <SEP> 188
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<tb> 28 <SEP> E <SEP> I.025 <SEP> 4 <SEP> 132 <SEP> 16 <SEP> 370 <SEP> 188
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<tb> 28 <SEP> C <SEP> 1.025 <SEP> 8 <SEP> 126 <SEP> -4 <SEP> 388 <SEP> 170
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<tb> 29 <SEP> E <SEP> 1.100 <SEP> 1 <SEP> 178 <SEP> 18 <SEP> 426 <SEP> 168
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<tb> 29 <SEP> C <SEP> 1.100 <SEP> 2 <SEP> 210 <SEP> 0 <SEP> 522 <SEP> 168
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<tb> 31 <SEP> E <SEP> 1.100 <SEP> 4 <SEP> 138 <SEP> -8 <SEP> 360 <SEP> 102
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<tb> 31 <SEP> C <SEP> 1.100 <SEP> 8 <SEP> 138 <SEP> -8 <SEP> 340 <SEP> 164
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Le traitement thermique de chaque échantillon dans une atmosphère d'air est indiqué dans le tableau ci-dessus. Dans tous les cas il y a un progrès marqué dans les valeurs de la magnétostriction, obtenu après traitement conforme à l'invention des tôles fabriquées industriellement. Il ressort des résultats donnés que le meilleur traitement consiste à oxyder les tôles industrielles à une température comprise entre 925 C et   1.100 C   et cela pendant une à quatre minutes. 



   Les couches formées par le traitement oxydant ont une épaisseur de l'ordre de 2 X 10-5 pouces. Les couches formées ont pour effet certain de mettre l'alliage silicium-fer sous tension et les tensions produites par ces couches ont été mesurées en courbant la tôle, la couche étant décapée d'abord sur une surfacé ensuite sur l'autre. Le décapage de la couche de la tôle a été 

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 fait par voie électrolytique avec une solution diacide sulfuri- que à 10 %; on a mesuré la flexion de la tôle et calculé ensuite les tensions moléculaires en se basant sur la flexion de la tôle. 



  On a trouvé des tensions de l'ordre de 1200 livres par pouce carré      dans les tôles traitées suivant l'invention. 



   Dans une autre réalisation de l'invention on a employé le silicate de sodium pour constituer une couche pendant le traitement thermique dans le but de réduire effectivement la magnétostriction des alliages industriels. Pour l'emploi du silicate de sodium, on enduit l'alliage d'une couche fine de solution de silicate, on le sèche ensuite à une température de   200 C;   après cela la tôle enduite est soumise à un traitement thermique à une température entre   875 C   et   1000 C   dans l'air pendant environ 2 minutes. Quant la tôle est refroidie on cons- tate qu'une couche très adhérente s'est formée sur la tôle traitée et quand on mesure la magnétostriction de la tôle on constate qu'un progrès notable a été obtenu.

   Dans le tableau ci-après on a indiqué les valeurs moyennes de magnétostriction relatives à un certain nombre de tôles fabriquées industrielle- ment en alliage silicium-fer à 4¸% avant et après le traitement au silicate de sodium décrit. 
 EMI7.1 
 



  ---- ¯.- ------- ---- ------ ---- ----- -- ------------------- ----- ------ 
 EMI7.2 
 
<tb> Magnétostriction <SEP> moyenne <SEP> #L/L <SEP> x <SEP> 108
<tb> 
 
 EMI7.3 
 Numéros ---------------------- ------------------------ 
 EMI7.4 
 
<tb> d'essais <SEP> B <SEP> = <SEP> 10000 <SEP> B <SEP> = <SEP> 14000
<tb> 
<tb> Recuit <SEP> Traitées <SEP> Recuit <SEP> Traitées
<tb> 
<tb> 
<tb> 58 <SEP> 118 <SEP> -2 <SEP> 284 <SEP> 108
<tb> 
<tb> 59 <SEP> 50 <SEP> 11 <SEP> 169 <SEP> 118
<tb> 
<tb> 60 <SEP> 98 <SEP> 28 <SEP> 219 <SEP> 117
<tb> 
<tb> 61 <SEP> 160 <SEP> -8 <SEP> 332 <SEP> 106
<tb> 
 

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Chacun des essa.is   50,

     59 et 60 est une moyenne d'un certain nombre d'essais sur des tôles de la même composition qui furent soumises à un traitement thermique à 900 C dans l'air pendant 2 minutes tandis que les tôles auxquelles se rapporte l'essai 61 furent soumises à une température de   1000 C   pendant 2 minutes dans l'air. Dans tous les cas un progrès net dans la magnétostriction a été constaté à 10000 gausses, tandis que, à   14000   gausses le progrès était moins marqué. 



   Les couches adhérentes à la tôle d'alliage améliorent la magnétostriction d'une façon absolue. On peut former des cou- ches adhérentes sur les tôles également au moyen de solution de carbonate, sulfate ou silicate. L'enduit formé par la solution   dégagera de l'oxygène pendant le traitement thermique ; cetoxygè-    ne complétera le taux d'oxygène de l'atmosphère de recuitet ainsi se formera sur la tôle d'alliage la couche d'oxyde adhérente. Le carbonate de strontium peut être employé avec succès de cette façon pour la formation de la couche d'oxyde adhérente sur la tôle.

   De plus en employant des couches superficielles formées au moyen des solutions de carbonates, sulfates ou silicates il est possible d'utiliser l'hydrogène ou l'azote ou des combinai- sons de ceux-ci, comme atmosphère de recuit, l'oxygène dégagé des couches superficielles étant suffisant pour produire la forma- tion de la couche d'oxyde adhérente en vue d'établir des ten- sions dans la tôle d'alliage et de réduire la magnétostriction de celle-ci. 



   Les résultats mentionnés ci-dessus indiquent d'une façon évidente que le procédé de traitement des alliages silicium- fer, contenant jusqu'à 6% de silicium, transformés en tôles et traités en vue de développer leur caractéristiques magnétiques, à une température comprise entre   700 C   et 1200 C, en présence d'un composé pouvant entrer en réaction avec l'alliage silicium-fer 

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 pour former une couche mince à la surface de la tôle et soumettre l'alliage à une tension, réduit effectivement la magnétostriction de cet alliage. 



   Bien que l'invention ait été décrite avec référence à des modes de réalisation particuliers, il est évident qu'elle n'y est aucunement limitée et que des modifications peuvent être apportées sans sortir de son cadre. 



   REVENDICATIONS. 



   ------------------------------ l.- Procédé de réduction de la magnétostriction d'un alliage silicium-fer contenant jusqu'à 6% de silicium trans- formé en tôle et traité en vue de développer ses caractéristiques magnétiques, caractérisé en ce qu'on enduit les tôles ainsi trai- tées de silicate de sodium, on soumet les tôles enduites à un trai-- tement thermique entre 900 C et   1100 C   dans l'air pendant trois minutes au plus afin d'oxyder effectivement les tôles et former sur elles une mince couche adhérente, et on refroidit les tôles d'alliage avec la couche de métal oxydé formée sur elles,

   la couche adhérente ayant un coefficient thermique de dilatation linéaire moindre que le coefficient thermique linéaire de l'al- liage silicium-fer afin que les tôles en alliage silicium-fer soient en tension tandis que la couche adhérente est en com- pression en vue de réduire effectivement la magnétostriction(Ses tôles. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims

2. - Procédé de réduction de la magnéstriction d'un al- liage silicium-fer contenant jusqu'à 6% de silicium transformé en tôles et traité en vue de développer ses caractéristiques magné- tiques, caractérisé en ce qu'on chauffe les tôles d'alliage à une température entre 700 C et 1.100 C en présence d'un réactif capable d'entrer en réaction avec l'alliage silicium-fer pour former une couche mince de matériau oxydant sur les tôles, tout <Desc/Clms Page number 10> en soumettant celles-ci à une tension inférieure à la limite élas- tique de la tôle, on refroidit les tôles d'alliage avec la couche mince de matière oxydée y adhérente,

le réactif étant choisi pour former une mince couche de matière oxydée ayant un coef- ficient thermique de dilatation linéaire moindre que le coeffi- cient thermique de dilatation linéaire de l'alliage silicium-fer, afin d'obtenir des tôles dans lesquelles l'alliage silicium-fer est en tension et la couche adhérente de matière oxydée est en compression afin de réduire effectivement la magnétostriction des tôles.

3. - Procédé de réduction de la magnétostriction d'un alliage silicium-fer contenant jusqu'à 6% de silicium transformé en tôles et traité pour développer ses caractéristiques magné- tiques, caractérisé en ce qu'on chauffe les tôles d'alliage à une température entre 925 C et 1100 C, dans une atmosphère oxydan- te pendant cinq minutes au maximum pour former une mince couche de matière oxydée sur les surfaces des tôles tout en soumet- tant celles-ci à une tension inférieure à la limite élastique de la tôle d'alliage, et on refroidit les tôles oxydées pour main- tenir la couche oxydée adhérente à celles-ci, la mince couche oxydée ayant un coefficient linéaire de dilatation moindre que le coefficient linéaire de dilatation de l'alliage silicium-fer,

afin d'obtenir des tôles dont la couche oxydée adhérente maintient l'alliage silicium-fer sous tension pour réduire la magnétostric- tion des tôles.

4.- Procédé de réduction de la magnétostriction d'un alliage silicium-fer transformé en tôles et traité pour dévelop- per ses caractéristiques magnétiques, caractérisé en ce qu'on chauffe les tôles d'alliage à une température entre 825 C et 1100 C en présence d'un réactif capable d'entrer en réaction avec l'alliage silicium-fer pour former sur les tôles une couche de matière oxydée contenant des silicates, ayant une épaisseur d'environ 2 X 10-5 pouces, tout en soumettant les tôles à une tension inférieure à la limite élastique de la tôle d'alliage, <Desc/Clms Page number 11> et on refroidit les tôles avec la couche adhérente de matière oxydée contenant des silicates,

celle-ci ayant un coefficient thermique de dilatation linéaire moindre que le coefficient de dilatation linéaire de l'alliage silicium-fer, afin d'obtenir des tôles dans lesquelles l'alliage silicium-fer de la tôle est en tension et la couche adhérente de matière oxydée contenant des silicates est en compression, pour réduire effectivement la magné- tostriction des tôles.

5. - Procédé de réduction de la magnétostriction d'un alliage siliciura-fer contenant jusqu'à 6% de silicium, trans- formé en tôles et traité pour développer ses caractéristiques magnétiques, caractérisé en ce qu'on chauffe la tôle d'alliage entre 825 C et 1100 C en présence d'un réactif capable d'entrer en réaction avec l'alliage silicium-fer pour former une mince couche de matière oxydée sur les surfaces de la tôle tout en soumettant les tôles à une tension de l'ordre de 500 à 2000 livres par pouce carré et inférieure à la limite élastique de la tôle d'alliage, et on refroidit les tôles avec la couche mince de matière oxydée adhérente, celle-ci ayant un coefficient li- néaire de dilatation moindre que le coefficient linéaire de dilatation de l'alliage silicium-fer,

la tension appliquée pendant le chauffage agissant sur les tensions internes des constituants de l'alliage de telle façon que la couche adhérente de matière oxydée, qui a un coefficient de dilatation moindre, maintient l'alliage silicium-fer en tension quand la tôle est refroidie, pour réduire efficacement la magnétostriction des tôles.

6. - Procédé de réduction de la magnétostriction d'un alliage silicium-fer contenant jusqu'à 6% de silicium, trans- forraé en tôle et traité pour développer ses caractéristiques magnétiques, caractérisé en ce qu'on enduit de silicate de so- dilun les tôles d'alliage traité, on soumet les tôles enduites à- <Desc/Clms Page number 12> un traitement thermique à une température entre 900 C et 1100 C dans l'air pendant trois minutes au maximum afin d'oxyder la tôle et d'y former une mince couche adhérente, tout en appli- quant à la tôle une tension comprise entre 500 et 2000 livres par pouce carré et maintenue au-dessous de la limite élastique de la tôle, et on refroidit les tôles avec la couche oxydante,

celle-ci ayant un coefficient thermique de dilatation linéaire moindre que le coefficient de dilatation de l'alliage silicium- fer, afin d'obtenir des tôles dont l'alliage siliciwn-fer est en tension et la couche adhérente en compression, pour réduire effec- tivement la magnétostriction des tôles.