<Desc/Clms Page number 1>
" Perfectionnements aux alliages pour aimants permanents "
La présente invention a trait aux aimants permanents aniaotropiques du type ALMICO (Fe-Ni-Al-Co-Cu), c'est-à-dire composés essentiellement* en plus du fer et des impuretés habituelles, de 10% à 30% de nickel, de 6% à 11% d'aluminium, de 12% à 30% de cobalt et de 0,5% à 8% de cuivre, l'alliage, ou la Masse frittée, généralement préféré contenait 13,% de nickel, 8% d'aluminium, 24,5% ou 25% :le cobalt et 3% de cuivre.
Le méthode appliquée pour communiquer des proprié- tés anisotropiques aux aimants permanents est besèe sur le principe exposé dans un article de D.A. Oliver et J.W. Sheddon,
<Desc/Clms Page number 2>
publié page 209 du fascicule du Journal, britannique "Nature" du 30 juillet 1938. Le traitement décrit dans cet article a reçu une large application depuis l'époque où il est paru, et consiste à soumettre la matière de l'aimant à l'action d'un champ magnétique pendant qu'on la laiss e refroi- dir à partir d'une température élevée en passant par le point de Curie.
Dans cette application réalisée sur une grande échelle, on peut utiliser une température de solution élevée, par exemple comprise entre 1200 C et 1300 C, ou une tempé- rature de solution basse, par exemple comprise entre 850 C et 950 0. Les aimants sont ensuite soumis à un traitement de vieillissement ou de revenu consistant, par exemple,,à les maintenir pendant 1 heure environ à une température de 650 C à 7000C et à les refroidir au four jusqu'à 350 C à 450 C, au cours d'une période de 20 à 24 heures, par exemple, puis à l'air libre, également lentement, jusqu'à la température ambiante et, finalement,
à les maintenir pendant environ 16 heures entre 540 C et 580 C. ou pendant 24-72 heures entre 550 C-600 C et enfin, pendant le même temps, entre 500 C et 550 C
Les demandes de brevets britanniques W 22320/47, N 2.649/48 et N 17940/49, décrivent des aimanta anisotropiques du même type général contenant du niobium, le résultat d'es- sais décrits dans ces demandes faisant ressortir qu'on peut obtenir une très bonne valeur de la force coercitive en com- binaison avec des valeurs de rémanence et de (DE) max.
nette- ment supérieures à celles qu'il avait été possible d'obtenir jusqu'à ce jour avec une telle force coercitive, par l'addition de 0,5% à 1% de niobium; et qu'on peut obtenir d'excellentes combinaisons de ces trois propriétés magnétiques par des additions de niobium comprises entre 1% et 3,25%. Avec 2,7% de niobium, on obtient une force coercitive de 752
<Desc/Clms Page number 3>
oersteds avec une induction rémanente Brén de 11.170 gauss et un (BH)max de 4,38 x 106 gauss-oersteds, alors qu'on ob- tient une force coercitive de 785 oersteds avec un Brém d'en- viron 11.000 et un (BH) max de 4 x 106 gauss-oersteds.
Il est spécifié dans ces demandes de brevets que le tantale qui peut être présent dans le niobium du commerce, peut aussi être présent, avec ou sans autres éléments définis (autres que des impuretés), jusqu'à un total n'excédant pas 5%.
Conformément à l'invention, une matière pour aimant- permanent anisotropique comprend un alliage ferreux, ou une masse frittée ferreuse contenant de 10% à 30% de nickel, de 6% à 11% d'aluminium, de 12% à 30% de cobalt, de 0,5% à 8% de cuivre et de 0,5%à 10% de tantale, le reste étant com- posé de fer et des impuretés habituelles et, si on le désire, d'un ou plusieurs des éléments facultatifs spécifiés plus loin, l'aidant ayant été rendu anisotropique en le soumet- tant à un champ magnétique pendant qu'on le refroidit en pas- sant le point de Curie à partir d'une température de solu- tion et en le soumettant ensuite à un procédé de vieillisse- ment.
De préférence, l'alliage ferreux, ou la messe ferreuse frittée (appelé ci-après "alliage") contient 13,5% de nickel, 8% d'aluminium, 4,5% - 25% de cobalt et 3% de cuivre ; dansles limites des tolérances de fabrication généralement admises, ainsi que 0,5% à 10% de tantale.
On obtient des valeurs de Ec qui augmentent avec la teneur en tantale. Avec des proportions cle tantale plus faibles mais supérieures à 0,5%, on obtient des valeurs d'énergie en excès de 4 x 106 avec, pour Hc, des valeurs su- périeures à, environ 650 oersteds. Avec des proportions de tan- tale supérieures à environ 3%, la valeur d'énergie reste importante et la valeur Hc se rapproche de 800 oersteds ou dépasse même ce nombre.
<Desc/Clms Page number 4>
Un autre effet de l'addition du tantale est de rendre l'alliage moins sensible à la vitesse du refroidisse- ment à partir de la température de solution jusqu'à une valeur inférieure au point de Curie. Cette vitesse peut varier de 0,2 C à 5 C par seconde, mais il est préférable qu'elle soit comprise entre 0,5 C et 1,5 C par seconde.
En général, plus le refroidissement est lent, plus la force coercitive est élevée, mais plus sont faibles la ré- manence et le (BH)max, tandis que, plus le refroidissement est rapide, plus la rémanence et le (BH) max sont élevés, mais plus est faible la valeur de la force coercitive. Par consé- quent, il est désirable d'appliquer les plus faibles vitesses de refroidissement pour de très petits aimants et d'augmenter la vitesse pour de plus grands aimants.
De plus, il est généralement recommandable de di- minuer la vitesse de refroidissement lorsqu'on diminue la teneur en nickel et d'augmenter cette vitesse lorsqu'on di- minue la teneur en aluminium, et réciproquement.
Indépendamment des éléments spécifiés plus haut, le reste de l'alliage contient du fer et des impuretés (com- prenant du carbone, du soufre, du phosphore, du chrome, du manganèse et du molybdène, et dont le total ne doit pas excéder 1%) et on peut ajouter, si on le désire, un ou plu- sieurs des éléments suivants, dont le total ne doit toutefois pas dépasser 1% : silicium, argent, titane, tungstène, vana- dium et zirconium. Les autres éléments sont en principe des impuretés qu'il ne faut pas ajouter intentionnellement.
Le tableau 1 ci-d essous donne les compositions ré- elles de six alliages dont les quatre derniers contiennent une proportion de tantale comprise entre les limites de l'é- chelle conforme à l'invention, les proportions de Ni, Al, Co, Cu étant voisines de celles préférées, soit de 13,5%, 8%, 25%
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
et 3% la teneur en carbone étant inférieure à 005% et le reste étant composé de fer et des impuretés inévitables.
Tableau I
EMI5.2
<tb> Coulée <SEP> N <SEP> Composition, <SEP> %
<tb> C <SEP> Ni <SEP> Co <SEP> Al <SEP> Cu <SEP> Ta
<tb>
EMI5.3
1 0,01 13,1 24,7 7,86 3,00 0 2 0,01 13,0 24,7 7,57 9 86 0 0;3 3 0,01 12,2 24,8 7,81 2,86 0,64 4 0,04 13rO 34,4 8,04 ,80 l,58 5 0,02 13,2 24,5 7,83 3,60 3,75
EMI5.4
<tb> 6 <SEP> 0,02 <SEP> 13,4 <SEP> 24,5 <SEP> 7,60 <SEP> 2,08 <SEP> 8,11
<tb>
Les coulées ont été effectuées dans des mouler en
EMI5.5
sable vert sous forme d'éprouvettes normales de 40 x 5 x 10 mil Toutes ces éprouvettes ont été chauffées à une température de
EMI5.6
solution élevée, de 1250 0. et maintenues pendant 15 minutes à cette température, puis immédiatement transférées dans l'entrefer d'un magnétiseur à courant continu.
Le champ ma- gnétique était d'environ 4500 oersteds et il été appliqué dans le même sens pour chaque éprouvette, pendant une chute
EMI5.7
de température d'environ 6000. Le refroidissement a été réglé pour que sa vitesse soit d'environ 0,5 0 par seconde.
Le traitement thermique a été répété en chauffant les éprouvettes à une température de solution basse de 950 0 et en appliquant une vitesse de refroidissement réglée à environ 1 C par seconde.
Toutes les éprouvettes ont alors été vieillies en
EMI5.8
les maintenant à 590 C pendant 48 heures, puis à 550 C pendant 36 heures, ce vieillissement ayant donné de meilleurs résul- tats que lorsque les éprouvettes axaient été maintenues à
EMI5.9
6800C pendant 1 heure, puis refroidies à 40QoG sur une période de 20 heures.
Après avoir meule toutes les surfaces des éprouvettes,
<Desc/Clms Page number 6>
on a mesuré leurs propriétés magnétiques dans le sens de l'aimantation effectuée à chaud. Les résultats sont donnes dans les tableaux II et III ci-dessous.
Tableau II.
EMI6.1
Température du durcissement par précipitation: 1;50oC. Vites&e de refroidissement ,oso.
EMI6.2
<tb> Coulée <SEP> M <SEP> Propriétés <SEP> magnétiques
<tb>
EMI6.3
B p : r-1 (BK) lî18X pauss oersteds gaus-oersteds 1 12050 575 3,80 x 106 2 12500 595 4,16 " 12300 625 bzz3 fi
EMI6.4
<tb> 4 <SEP> 12100 <SEP> 640 <SEP> 4,16 <SEP> "
<tb>
<tb> 5 <SEP> 10850 <SEP> 775 <SEP> 4,41
<tb>
<tb> 9500 <SEP> 855 <SEP> 3,55 <SEP> "
<tb>
Tableau III.
Température du durcissement par précipitation : 950 0.
Vitesse de refroidissement 1 C par seconde.
EMI6.5
<tb> Coulée <SEP> N <SEP> Propriétés <SEP> magnétiques
<tb>
EMI6.6
3 , (BK) p-ausa oersteds gauss-oersteds
EMI6.7
<tb> 1 <SEP> 11675 <SEP> 615 <SEP> 3,77 <SEP> x <SEP> 106
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12500 <SEP> 610 <SEP> 4,46
<tb>
EMI6.8
1050 635 zou " 12300 660 4,80 " 11200 775 A, 61
EMI6.9
<tb> 6 <SEP> 9400 <SEP> 790 <SEP> 3,41
<tb>
Les courbes des propriétés magnétiques dérivées des valeurs ci-dessus ont été tracées sur le dessin annexé en portant les dites valeurs en ordonnées et les teneurs on tantale en abscisses.
Sur ce dessin :
Fig. 1 est la courbe de valeurs de Brém en trait
EMI6.10
j.3tii continu pour les compositions du tableau I et en trait discontinu pour celles du tableau II (les portions au-dessous
<Desc/Clms Page number 7>
de 0,5% étant en pointillé).
Fige.-2 et 3 représentent similairement Ec et (BH) max, respectivement.
On remarquera que, avec 0,5% à 3% de tantale, (BH) max peut être maintenu à environ 4,20 x 106 et au-dessus, alors que Hc s'élève de 625 à environ 750, un des exemples ayant l'excellente combinaison de Hc = 660 et (BH)max = 4,8 x 106.
Au-dessus de 3% de tantale,et jusqu'à environ 8%, Hc devient supérieur à 750 et atteint 800-850, alors que (BH)max varie de 4,5 x 106 à environ 3,5 x 106. Avec 4% de tantale, Brém est environ 11000, Hc 780 et (PH)max 4,5 x 106 ; et avec 8% de tantale, on a pour Brém environ 9500, pour Hc 780 à 850 et pour (BH)max 3,5 x 106. Les valeurs de Brem et de (BH)max sont remarquablement élevées pour des aimants dont les valeurs de Hc sont celles obtenues.