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PROCEDE POUR DONNER UNE DIRECTION DE MAGNETISATION PREFERENTIELLE
AUX AIMANTS.
La présente invention se rapporte à un procédé permettant de donner une direction de magnétisation préférentielle aux aimants permanentso On sait qu'on peut conférer en particulier aux alliages pour aimants perma- nents capables d'être soumis à la trempe et ayant un point Curie élevé la direction préférentielle en question en refroidissant les ébauches d'aiments permanents fabriqués à l'aide de ces alliages à une vitesse déterminée et depuis une température élevée (sensiblement égale par exemple à 1200 C) dans un champ magnétique intenseo Le champ magnétique doit agir à partir du moment où les ébauches d'aimants permanents atteignent le point Curie, et doit être maintenu jusqu'à ce que les pièces parviennent à une tempé- rature sensiblement inférieure de 180 C au point Curie.
Les aimants perma- nents peuvent être, par exemple, en alliages de fer-cobalt-nickel-alumi- nium-cuivre, avec des teneurs allant de 14 à 30% en cobalt, de 9 à 20% en nickel, de 5 à 11% en aluminium et des proportions variables de cuivre et de titane.
Les aimants permanents qui peuvent être coulés, frittés ou fa- briqués le cas échéant par conformation à chaud, acquièrent par suite du traitement une position de magnétisation préférentielle dans la direction selon laquelle ils ont été traversés par le champ magnétique lors du trai- tement thermique. Le procédé est appliqué techniquement sur une grande é- chelle industrielle pour la fabrication d'aimants ne présentant qu'une di- rection de magnétisation préférentielle et ayant par suite en même temps des valeurs particulièrement élevées du produit algébrique BHmaxpar rap- port aux valeurs correspondantes dans des directions quelconques perpendi- culaires à la première.
Les recherches qui ont conduit à la présente invention ont per-
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mis de constater que les procédés de traitement usuels par champ magnéti- que selon lesquels les armatures de magnétisation sont fixes ainsi que les ébauches des aimants permanents devant être traitées ou bien les procédés faisant agir un champ magnétique entourant un conducteur en cuivre parcou- ru par un courant électrique intense ne permettent pas toujours d'obtenir des puissances ou intensités magnétiques aussi élevées que cela est souhai- table dans les aimants permanents, notamment pour l'obtention de directions préférentielles non rectilignes. Ces dispositifs ne sont pas toujours appro- priés non plus au régime de production intense nécessaire lors du traite- ment thermique.
La vitesse de refroidissement des ébauches d'aimants ne peut notamment être réglée que difficilement dans le sens désiré, ou bien la construction d'une armature appropriée ou d'un dispositif de magnétisa- tion convenable est nécessaire presque pour chaque forme d'aimant.
Le procédé faisant l'objet de l'invention remédie à ces incon- vénients. Il est caractérisé par le fait que, pendant le refroidissement effectué à une vitesse déterminée à partir d'une température élevée et dans un champ magnétique intense, on fait tourner les aimants permanents coulés, frittés ou laminés autour d'un axe perpendiculaire à la direction du champ magnétique, et qu'on provoque alors la déviation ou déflexion de la direction de magnétisation préférentielle au moyen de pièces polaires et d'éléments conducteurs ferro-magnétiques de forme convenable, qui tournent dans le même sens que les aimants et à la même vitesse que ceux-ci.
Si ce- la est nécessaire, on peut encore soumettre les ébauches d'aimants, après le traitement par le champ magnétique à un ou plusieurs recuits, d'une ma- nière d'ailleurs en soi connue, à une ou à des températures inférieures à 700 C.
On a déjà proposé d'utiliser un procédé analogue pour l'obten- tion de pièces magnétiques anisotropes dans lesquelles on améliore simulta- nément les propriétés magnétiques dans deux directions perpendiculaires, c'est-à-dire dans un plan préférentiel, aux dépens des propriétés dans la troisième direction, perpendiculaire aux précédentes, ou dans toutes les directions comportant une composante perpendiculaire à ce plan préféren- tiel. Ceci signifierait donc que les propriétés magnétiques (par exemple dans le cas d'une bague ou d'un disque) sont améliorées aussi bien radia- lement que tangentiellement, aux dépens des propriétés dans la troisième direction,c'est-à-dire dans la direction de l'axe de cette bague ou de ce disque.
Mais les recherches dont il a déjà été parlé ont montré que l'on n'obtient par ce procédé qu'une amélioration très faible des proprié- tés magnétiques dans ces deux directions perpendiculaires l'une à l'autre ou dans toute direction désirée du plan préférentiel par rapport à un état isotrope, si on la compare à l'amélioration que l'on peut obtenir habituellement lorsqu'on détermine une seule direction préférentielle aux dépens des propriétés dans les deux directions perpendiculaires à celle-ci.
Etant donné que par ailleurs dans les cas d'utilisation pratique,- les ai- mants ne sont magnétisés que dans une seule direction, on est parvenu à cette constatation, utilisée suivant l'invention, que pour l'obtention de propriétés d'aimantation permanente aussi bonnes que possibles dans une direction préférentielle non rectiligne, on doit éviter autant que possi- ble toute direction préférentielle perpendiculaire à la précédente dans le plan de rotation.
On parvient à ce résultat, suivant l'invention, en utilisant lors du traitement des ébauches d'aimants par le champ magnétique, et pendant leur rotation,des pièces polaires ou des éléments conducteurs ferro-magnétiques tournant avec ces ébauches d'aimants.
En mettant en pratique cette constatation qui est à la base de l'invention, par exemple pour l'obtention d'aimants permanents formés par un alliage renfermant 15% de nickel, 22% de cobalt, 4% de cuivre, 8% d'aluminium, le reste étant du fer, on peut obtenir dans une direc- tion préférentielle non rectiligne, des produits énergétiques maxima (BH) max. allant de 3,5 à 5,5.106 Gauss x Oersteds, et pour des lingots
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aimantés ayant une texture de coulée disposée totalement ou partiellement selon la courbure désirée des lignes de forces, des valeurs encore plus éle- vées tandis que quand on utilise le procédé connu selon lequel on obtient un plan magnétique préférentiel dans les aimants permanents traités, on n'at- teint pour les mêmes lingots aimantés que des valeurs du produit (BH)max.
mesuré dans la même direction ne dépassant pas 2,5 à 3.106 Gauss x Oersted.
Cette amélioration que l'on peut obtenir en ce qui concerne les propriétés des aimants permanents peut être parfois d'un ordre de grandeur plus petit suivant la composition de l'alliage formant les aimants permanents traitéso Toutefois, on peut utiliser le procédé faisant l'objet de l'inven- tion pour tous les aimants permanents auxquels on doit conférer une direc- tion de magnétisation préférentielle courbe ou non rectiligne dans laquelle le produit énergétique maximum (BH)max. est accru de plus de 10% par campa- raison à un état isotrope, et de plus de 15% par comparaison avec une direc- tion quelconque perpendiculaire à la direction préférentielle.
Comme on le comprendra aisément, on peut traiter simultanément dans un champ magnétique ainsi constitué plusieurs aimants permanents alig- nés axialement.
Suivant la forme, la taille et le nombre des aimants permanents traités simultanément et aussi suivant la composition de l'alliage les con- stituant, une vitesse de refroidissement allant de 30 à 200 C par minute au-dessus du point Curie s'avère favorableo Il est judicieux d'abaisser no- tablement cette vitesse lorsqu'on atteint le point Curie, en mettant hors circuit ou en réduisant le refroidissement préalablement imposé, ou bien en rendant plus difficile le refroidissement des aimants permanents grâce à un rayonnement thermique.
Les recherches dont il a déjà été parlé ont montré, en outre, que, par suite du dépla.cement entre les aimants perma- nents et le champ magnétique et de la chaleur d'hystérésis engendrée, il se produit un certain retardement du refroidissement, de sorte que l'on ob- tient par simple réglage de la vitesse de rotation une autre possibilité d'action sur la vitesse de refroidissement des aimants permanents. Bien que l'on puisse également opérer sans difficulté en animant de vitesses plus réduites les ébauches d'aimants permanents placées dans le champ mag- nétique, une vitesse minimum supérieure à 800 tours minute s'avère parti- culièrement avantageuseOn obtient par exemple les valeurs favorables du (BH)max; indiquées ci-avant pour des vitesses de 1500 ou 3000 tours minute.
L'intensité du champ magnétique continu ou alternatif bipolai- re qui est nécessaire dépend d'une manière en soi connue de la composition de l'alliage, mais également des conditions de refroidissement. Elle doit s'élever au moins à 800 Oersteds. Une sursaturation de l'aimant permanent doit être le cas échéant évitée.
Les pièces polaires et (ou) les éléments conducteurs prévus suivant l'invention sont constitués judicieusement par un alliage ferro- magnétique assez tendre ayant un point Curie élevé par comparaison à l'al- liage constituant l'aimant permanent. Il est également possible toutefois d'établir ces pièces polaires et éléments conducteurs en un matériau ayant un point Curie jusqu'à 150 C inférieur à celui de la composition formant l'aimant permanent (par exemple en fer doux) dans le cas où, par suite de leur agencement, de leur masse ou de leur propriété conductrice satisfài- sante, ils ne sont pas chauffés au-delà de leur point Curie au cours du traitement prévue Si cette dernière condition n'est pas remplie,
ces piè- ces polaires et ces éléments conducteurs peuvent aussi être formés par exem- ple par des alliages ayant un point Curie jusqu'à 50 C inférieur et une perméabilité maximum plus grande que les aimants permanents eux-mêmes, quand juste au-dessous du point Curie des pièces polaires et des éléments conducteurs leur perméabilité maximum est supérieure à celle des aimants permanents
Les pièces polaires ou les éléments conducteurs peuvent être séparés des aimants permanents par un entrefer, ou bien être raccordés à
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ces aimants par coulée, frittage ou soudure avec ou sans apport de métal.
Dans le cas où ils ne sont pas rendus solidaires des aimants permanents, il est le plus souvent avantageux de leur donner des faces extrêmes incur- vées, adaptées aux faces correspondantes des aimants permanents.
Il apparaît judicieux, en particulier pour les aimants perma- nents fendus radialement ou présentant des rainures radiales, d'utiliser un bâti de support d'aimants comportant des pièces polaires interchangea- bles de différentes longueurs. Il est ainsi possible, avec le même dispo- sitif de rotation, de traiter économiquement un grand nombre d'aimants ayant des formes et des tailles différentes.
Dans un grand nombre de cas, il est également avantageux d'a- mener les ébauches d'aimants à traiter à la température désirée, avec ou sans utilisation d'un bâti-'porte-aimants de ce type, par chauffage in- ductif à haute fréquence.
D'une façon générale, les axes de symétrie des ébauches d'ai- mants permanents devant être traités coïncident avec l'axe de rotation.
Toutefois, le procédé faisant l'objet de l'invention n'est pas applicable exclusivement aux aimants permanents présentant un axe de symétrie ser- vant d'axe de rotation, mais englobe au contraire la possibilité de dis- poser des aimants permanents, qui peuvent être considérés comme des par- ties d'un ensemble symétrique par rapport à un axe de rotation de ce type, ou analogues aux parties d'un tel ensemble dans un bâti porte-aimants, avec ou sans utilisation d'éléments intermédiaires, d'éléments conducteurs et (ou) de pièces polaires, d'une manière sensiblement symétrique autour d'un axe de rotation, puis de définir une direction préférentielle le long d'une ou de plusieurs courbes planes ou de tronçons. de courbes.
Comme il ressort de l'exemple indiqué ci-avant, l'utilisa- tion du procédé décrit présente des avantages particuliers dans l'hypothé- se d'alliages ayant une teneur allant de 14 à 30% en cobalt, de 9 à 20% en nickel, de 5 à 11% en aluminium, de 0 à 8% en cuivre, de 0 à 4% en ti- tane, de 0 à 2% en silicium, de 0 à 3% en tantale et niobium, de 0 à 3% en manganèse, de 0 à 0,5% en soufre et moins de 0,20% en carbone, ainsi que dans l'hypothèse d'alliages convenables dérivés de cette composition fondamentale et renfermant jusqu'à 5% d'additions formées par d'autres éléments,sans que le présent procédé soit limité à ce seul groupe d'al- liages.Si l'on traite suivant l'invention des aimants formés par le grou- pe d'alliages considéré,
il est le plus souvent judicieux ou nécessaire de les soumettre après le traitement par le champ magnétique, pour l'obtention de propriétés magnétiques permanentes favorables, à un recuit progressif poursuivi pendant plusieurs heures, tout d'abord à une température élevée puis à une température plus basse (inférieure à 700 C) la différence entre ces deux températures devant être au moins égale à 50 C. Il suffit sou- vent, par exemple dans le cas d'aimants permanents très épais, d'utiliser conjointement le traitement par champ magnétique et par rotation ou un seul recuit.
On peut aussi traiter par le procédé de l'invention les aimants permanents devant présenter dans une direction non rectiligne une coerci- tivité aussi élevée que possible (supérieure à 600 Oersteds) ou une réma- nence supérieure à 950 Gauss, ou bien les aimants dans lesquels on doit obtenir, dans une direction non rectiligne, une amélioration du produit énergétique maximum (BH) de plus de 100% par rapport à un état iso- tropeo max.
On peut naturellement obtenir les propriétés d'aimants perma- nents recherchées par l'invention dans une direction préférentielle non rec- tiligne, d'une façon particulièrement aisée ou dans une mesure accrue, lors- que les aimants présentent une texture de coulée dirigée totalement ou par- tiellement suivant cette direction préférentielle, ainsi que dans le cas d'aimants étudiés en vue d'obtenir une disposition symétrique par rapport à un axe de rotation pour le traitement par le champ magnétique et par ro- tation.
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Le procédé est d'une application économique pour la fabrication d'aimants permanents de types et de formes les plus divers, les types annu- laires et en étoile ainsi que les couronnes polaires étant jugés préférables, ainsi que pour leur utilisation, en particulier comme rotors, générateurs, volants magnétiques d'allumage, microphones, haut-parleurs, instruments de mesure, appareils électroniques, relais, séparateurs magnétiques, filtres, etco
Il va de soi que l'on peut apporter des modifications aux modes de mise en oeuvre décrits, dans le domaine des équivalences techniques.