Alliage magnétique. L'invention se rapporte à un alliage magnétique destiné à être employé dans la construction d'appareils électriques.
Jusqu'à présent, -des alliages de ferro- silicium ont été amplement employés comme matière,de noyau dans des appareils électri ques, tels que des transformateurs. Toute fois, lorsque plus de 4% de silicium sont employés, on obtient un alliage qui devient fragile et -est, par -conséquent, difficile à la miner ou à travailler à l'étampe. Il en ré sulte que la quantité .de silicium qui peut être employée est limitée.
Il est important, toutefois, en produisant des alliages magnéti ques, que les matières utilisées aient une ré sistance électrique élevée, afin de réduire les pertes dues aux courants de Foucault. Des alliages -de fer et d'aluminium ont aussi été employés, dans une certaine mesure, attendu que l'aluminium est très efficace au point de vue -de l'augmentation de la résistance élec trique .du fer, mais, comme la quantité de cet élément .qui peut être ajoutée au fer est limitée en raison .des difficultés ,qu'on ren contre lors<B>-</B>des opérations -de fusion, des al liages .comprenant ,du fer et -de l'aluminium ayant les propriétés magnétiques les plus désirables sont difficiles à produire par des méthodes économiques.
L'invention permet d'obtenir un alliage ductile qui présente une résistance électrique élevée et qui n'implique que de petites pertes dues aux courants -de Foucault.
# L'alliage faisant l'objet de l'invention comprend -du fer comme constituant principal et -de l'aluminium .et de l'arsenic -comme .cons tituants secondaires.
Pour produire un alliage suivant l'inven tion,. on peut procéder par exemple de la ma nière suivante: On fond -du fer dans un four métallurgi que convenable qui est maintenu à une tem pérature d'environ 1480 à<B>1600'</B> C. A cette température, de l'arsenic est ajouté au fer fondu, soit sous forme -d'arsenic métallique ou de ferro-arsenic, ou il peut y être intro duit en faisant passer un jet .de vapeurs d'ar senic ou d'arséniure .d'hydrogène dans le fer fondu.
Après que l'arsenic a été dissous dans le fer fondu, de l'aluminium est ajouté, soit comme aluminium pur ou sous forme d'un alliage de ferro-aluminium. L'arsenie et l'aluminium peuvent aussi être ajoutés au fer fondu en une seule opération.
Il est pré férable, toutefois, d'introduire l'arsenic dans le fer avant d'ajouter l'aluminium, parce qu'on a trouvé qu'en ajoutant l'arsenic en premier lieu, :des oxydes qui peuvent être pré sents dans le fer fondu, réagissent avec _l'ar- senic pour former des oxydes d'arsenic qui se volatilisent aux températures dominantes et sont éliminés de façon à laisser très peu d'oxygène pour réagir avec l'aluminium.
Lorsque l'aluminium -et l'arsenic sont ajou tés simultanément au fer fondu, il est avan tageux que le fer fondu soit @d-'abord soigneu sement désoxydé par l'addition d'une petite quantité d'un agent désoxydant convenable, tel que par exemple du carbone, .du silicium ou du siliciur4 de calcium.
L'alliage, produit comme on vient de le décrire, peut alors être coulé. en lingots-. de la forme désirée, qui sont subséquemment lami nés en barres ou, feuilles, suivant les mé thodes de laminage usuelles.
Les quantités d'arsenic et d'aluminium qui sont ajoutés au- fer dépendent des @carac- téristiques mécaniques et magnétiques dési rées et sont comprises, de préférence, entre 0.1 et 6 %, en poids, pour l'arsenic, et entre 0,1 et 12%, en poids, pour l'aluminium.
' La quantité d'arsenic employée dépend de la valeur de saturation, .de la perméabilité, des pertes dues aux courants Foucault et de la résistance désirée -pour l'alliage et aussi de la quantité d'aluminium qui est utilisée. Si une valeur -de saturation -élevée est re quise, une petite quantité, par - exemple pas plus de i/9- %, est suffisante.
Là fonction de l'arsenïc ,dans l'alliage, toutefois, est princi palement de réduire lé point de fu.sicn du fer' et d'augmenter sa fluidité, compensant par là l'effet de l'aluminium qui a la tendance à ren dre l'alliage à l'état fondu très visqueux.
Si l'on emploie moins de 0,1% en poids -d'ar senic, il ne se produira aucun effet appré ciable sur le point .de fusion -du fer, tandis que, si plus de 6 % en sont utilisés, des feuil les formées au moyen de l'alliage ne peuvent être laminées qu'à grandes difficultés, parce que les feuilles adhèrent les unes aux autres pendant l'opération .de laminage en paquet à chaud.
Il est avantageux d'employer l'arsenic dans. des proportions allant ,de. 0,25 à 3 %, en poids, pour produire un alliage ayant des propriétés magnétiques précieuses. Toute fois, un alliage ayant une résistance électri que élevée et des pertes électriques de noyau réduites peut être produit par l'emploi .d'ar senic dans des proportions allant de 0,2 à G%, en poids.
La quantité d'aluminium employée dé pend, en général, de la résistance électrique désirée. La fragilité et la résistance de l'al liage augmentent avec la teneur en alumi nium. On a trouvé que moins de 0,1 %, en poids, d'aluminium, n'aurait pas d'effet ap préciable sur les propriétés physiques et magnétiques de l'alliage; tandis .que, si l'on en emploie plus -de 12 %, en poids, l'alliage sera tellement cassant qu'il est pratiquement inforgeable. Des alliages contenant .de 0,1 à #6%, en poids, d'aluminium, ont une résis tance élevée et ,des propriétés physiques sa tisfaisantes. Il est possible d'ajouter à un alliage avec une telle teneur en aluminium 0.,5 à 4% .d'arsenic.
Toutefois, il est avanta geux d'employer de 2 à 4%, en poids, d'alu minium et 0,25 à 3 % d'arsenic. Un alliage contenant l'arsenic et l'aluminium dans les limites spécifiées en .dernier lieu est ductile et nan=poreux, possède une fluidité élevée à l'état fondu et peut être coulé facilement.
'Après que l'alliage a été coulé et laminé, de la manière spécifiée, il peut être 'ensuite adouci ou recuit .dans le but .d'anïéliorei ses propriétés magnétiques: -Une opération de recuite convenable peut consister en un chauffage des feuilles laminées à une tem- pêrature de 900 à 1400 C à l'air, dans une atmosphère neutre ou dans -de l'hydrogène pendant une période de 1 à 48 heures, après quoi elles sont refroidies dans le four.
En produisant des lamelles pour des ap pareils électriques, tels que des transforma teurs, il est préférable -de recuire les feuilles à l'air, dans une atmosphère neutre, ou dans de l'hydrogène pendant une période -de plu sieurs jours à une température -de 900 à 1400 C, puis .les lamelles sont refroidies dans le four, ensuite passées à l'étampe et alors elles sont recuites à nouveau pendant une période de temps similaire à une tem pérature de 700 à 800 C.
Les alliages -décrits, lorsqu'ils ont été proprement recuits, ont -des caractéristiques magnétiques exceptionnellement bonnes. Par exemple, un alliage contenant 2,19 %. en poids, d'aluminium, et 2,14%, en poids,,d'ar senic, le reste étant idu fer relativement pur, a, sous forme de feuille laminée de par -exem ple 0,35 mm d'épaisseur, une perte de noyau totale d'environ 1,0 watt par kilogramme pour une induction de 10 000 gausses et pour 60 périodes par seconde.
Les caractéristiques physiques et électri ques -d'un alliage de la composition précitée qui a été laminé en feuille de l'épaisseur in diquée ci-dessus et recuit, sont données dans le tableau suivant:
EMI0003.0006
Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> trac tion <SEP> 4350 <SEP> kg <SEP> par <SEP> cm'
<tb> Allongement <SEP> par <SEP> 5 <SEP> cm <SEP> 23
<tb> Réduction <SEP> en <SEP> section
<tb> transversale <SEP> 2:5,5
<tb> Dureté <SEP> Brinel <SEP> 140
<tb> Résistivité <SEP> électrique <SEP> 42 <SEP> microhms <SEP> par <SEP> cm'
<tb> Perméabilité <SEP> maximum <SEP> 26100 <SEP> pour:
<tb> B <SEP> = <SEP> 7850 <SEP> gausses
<tb> H <SEP> = <SEP> 0,3 <SEP> gilbert <SEP> p. <SEP> cm
<tb> Perte <SEP> de <SEP> noyau <SEP> totale
<tb> pour <SEP> B <SEP> =10 <SEP> 000 <SEP> 1,0 <SEP> à <SEP> 1,25 <SEP> watts <SEP> par <SEP> kg Les alliages magnétiques décrits sont su périeurs aux alliages de ferro-silicium parce qu'ils ont une plus grande ductilité et qu'ils sont moins cassants.
Ils ont aussi. une perméabilité magnétique -et une résistivité plus élevées et des pertes de noyau totales moindres que les alliages de ferro-silicium. En plus, ils ne sont pas si. .durs que les al liages -de ferro-silicium -de façon à rendre les opérations d'étampage plus faciles et à pro longer par<B>là</B> la durabilité des étampes.
Un. autre avantage est que l'arsenic agit comme un purificateur, pendant que l'alliage est à l'état fondu, parce qu'il réagit avec -des oxydes et .des inclusions non-métalliques pour former .des composés volatils qui peuvent être éliminés. L'aluminium -est un consti tuant très important .de l'alliage décrit, parce que lorsque des feuilles sont formées au moyen & simples alliages de ferro-arsenic, elles ont la tendance à adhérer l'une .à l'au tre lorsqu'une pile de ces feuilles est laminée, comme par exemple dans le procédé -de lami nage en paquet à chaud.
Bien que l'invention ait été décrite en regard -des exemples spécifiques donnés, il est entendu qu'elle n'est pas limitée à ceux- ci. Par exemple, on comprendra que l'alliage peut contenir une petite quantité d'impure tés, telles que du carbone, du silicium, du soufre ou 4u plhosphare, ou des composés de -ceux-ci. Il est préféra=ble, toutefois, que la quantité d'impuretés nuisibles au point de vue magnétique soit moins de 0,02 %. Du fer électrolytique ou du fer commercial -de qua lité supérieure peut être employé.
D'autres éléments ou impuretés peuvent être présents, à condition qu'elles ne soient pas nuisibles à la qualité magnétique.