Aimant permanent et procédé de fabrication de cet aimant. On connaît jusqu'à maintenant bien des aimants permanents en acier, par exemple en aciers au tungstène, au chrome et aux chrome et manganèse. Cependant, pour obtenir des aimants présentant les meilleures propriétés magnétiques possibles, il est nécessaire d'en tremper l'acier et, par conséquent, les aimants subissent des déformations et des fentes dues à la trempe. En outre, non seulement la force coercitive et le magnétisme résiduel de ces aimants ne sont pas élevés, mais à la longue cette force et ce magnétisme diminuent gra duellement.
Les aciers à forte teneur en cobalt ont seuls une force coercitive très grande et un magnétisme résiduel élevé. Cependant, ils ont le désavantage de devoir être forgés et travaillés à chaud avec bien des difficultés et en outre leur prix est très élevé, ce qui en empêche l'usage en général.
Le nickel est une substance ferro-magné- tique, tandis que l'aluminium est une subs tance paramagnétique et il est généralement connu que ces métaux, lorsqu'ils sont ajoutés individuellement à des aciers,, ne donnent au cun effet avantageux sur la force coercitive et sur le magnétisme résiduel des aciers aux- quels ils sont ajoutés.
Or, les aciers au nickel contenant 5 à 30 de. nickel sont appelés "aciers irréversibles", ce qui veut dire qu'ils se transforment à des températures sensiblement plus élevées lors du chauffage que lors du refroidissement. C'est-à-dire le point Ace (température à la quelle le magnétisme est perdu lors du chauf fage) est considérablement plus élevé que le point<I>Ar,</I> (température à laquelle le magné tisme commence à se former lors du refroi dissement), la -différence entre ces-deux points s'élevant jusqu'au-dessus -de 400 C.
Pour cette raison, lorsque des aciers à forte teneur de nickel sont refroidis à partir d'une tem pérature élevée supérieure au point Ace, les points Are de transformation sont supprimés par le nickel et ces aciers deviennent non- magnétiques à la température ordinaire, par suite de la rétention du fer y. Ceci est la raison pour laquelle les hommes de science insistent sur le fait que les aciers au nickel ne peuvent pas être employés comme aciers pour aimants et sur laquelle les métallur gistes se basent pour en déclarer de même.
L'inventeur a constaté que l'emploi d'a ciers au nickel est possible pour la fabrica tion d'aimants permanents, si l'on ajoute à l'acier de l'aluminium. L'aimant permanent selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est formé au moins en partie d'un alliage con tenant du fer, comme composante principale, de 7 à 40% de nickel et de 3 à. 20% d'alu minium.
Cet aimant, lorsqu'il est en un alliage da la constitution la plus favorable, c'est-à-dire contenant de 6 à 15 % d'aluminium et de 20 à. 35 % de nickel, à une force coercitive ex trêmement élevée et un bon magnétisme rési duel. De bonnes propriétés magnétiques peu vent déjà être obtenues sans tremper l'alliage. L'aimant peut conserver ses propriétés ma gnétiques, même lorsqu'il subit des change ments thermiques et des chocs mécaniques.
Le procédé de fabrication de cet aimant est caractérisé en ce que l'on fait cet aimant, au moins en partie, en un alliage contenant du fer, comme composante principale, de 7 à 40 % de nickel et de 3 à 20 % d'aluminium. Au dessin annexé: Les fig. 1 à 6 expliquent le principe sur lequel l'invention est basée; Les fig. 1 à 3 sont des courbes montrant lai relation entre 1a_ température et l'intensité de magnétisation, et Les fig. 4 à 6 montrent la relation entre la dilatation thermique et la température cor respondant aux _fig. 1 à 3;
La fig. 7 montre les courbes comparant les propriétés magnétiques d'aimants selon la présente invention et celles d'aciërs connus.
On va expliquer maintenant en se réfé rant au dessin annexé, la raison pour laquelle un aimant selon la présente invention, pré sentant une grande force coercitive et un fort magnétisme résiduel, peut être obtenu sans être trempé. On prend un acier au nickel ou un acier "irréversible" au nickel dont la relation entre l'intensité de magnétisation et la température est comme représenté à la fig. 1, et on ajoute à cet acier une certaine quantité d'aluminium.
Il s'ensuit que, comme représenté à la fig. 2, le point Ar. auquel le magnétisme commence à prendre naissance lors du refroidissement, se rapproche du point Ace auquel le magné tisme commence à diminuer lors du chauf fage, et en augmentant la quantité d'alumi nium, on se rapproche d'une quantité définie pour laquelle le point<I>Are,</I> comme représenté à la fig. 3, coïncide complètement avec le point Acz, l'acier irréversible se transformant. en un acier réversible.
On voit également de la fig. 4, que l'acier irréversible au nickel présente le point Ac3, auquel l'acier passe de la phase a à la phase y lors du chauffage, ce point étant considérablement plus .élevé que le point Ara auquel l'acier passe de la phase <I>y</I> à la phase<I>a</I> lors du refroidissement. La différence de température entre<I>Ara</I> et Ac3 est en fait supérieure à 400 C.
Par adjonction d'aluminium, il se produit le phénomène suivant: En même temps que l'augmentation graduelle de l'aluminium, le point Ar3 se rapproche de plus en plus du point Ac3, comme représenté à la fig. 5 et avec l'adjonction déterminée correspondant à la fi-. 3, le point A3 disparaît complètement comme représenté à la fig. 6. De cette ma nière, l'acier irréversible au nickel peut être transformé en un acier réversible, par l'ad jonction d'aluminium, pour autant que le point de transformation A3 disparaît com plètement.
L'inventeur croit pouvoir ainsi expliquer pour quelle raison une grande force coerci tive et un magnétisme résiduel élevé sont ob tenus, selon l'invention, sans que l'aimant soit trempé après avoir été coulé ou sans le re cuire à une température convenable après avoir été coulé.
Divers exemples montrant les composi tions et les propriétés magnétiques d'aimants selon la présente invention, sont représentés ci-dessous:
EMI0003.0001
Composition <SEP> chimique <SEP> ( /o) <SEP> Propriétés <SEP> magnétiques
<tb> Fer <SEP> Nickel <SEP> Aluminium <SEP> Force <SEP> coercitive <SEP> Magnétisme <SEP> résiduel
<tb> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> (Lr) <SEP> (gauss)
<tb> solde <SEP> 18,0 <SEP> 10,0 <SEP> 120
<tb> 65,3 <SEP> 24,5 <SEP> <B>1</B>0;
0 <SEP> 240
<tb> 57,0 <SEP> 30,8 <SEP> 12,0 <SEP> 430 <SEP> 5000 <SEP> - <SEP> 8500
<tb> et <SEP> plus <SEP> jusqu'à
<tb> 600 On remarquera que la présence de car bone en quantité inférieure à 1,5ô et d'une petite quantité d'impuretés oit l'un de ces deux facteurs seulement, ne modifient pas matériellement les propriétés magnétiques de l'aimant selon l'invention.
Comme décrit ci-dessus, l'acier au nickel, entièrement mis de côté jusqu'ici comme acier pour aimants, peut alors facilement être transformé en un acier fort pour aimants par l'adjonction d'une quantité convenable d'alu minium, lequel est une matière bon marché. Les aimants fabriqués avec un tel acier fort, ont une force coercitive élevée et un magné tisme résiduel fort, sans avoir été trempés. Par conséquent, de cette manière, le défaut inhérant nécessairement à un aimant qui a, été trempé, est complètement éliminé (défor mation et fissures de trempage).
L'aimant selon l'invention sera appliqué pour des usa ges généraux et en particulier dans des appa reils de mesures de précision, dans des géné rateurs électriques, ainsi que dans d'autres types divers de dispositifs de mesure.
On a indiqué ci-dessus qu'un acier au nickel irréversible peut être transformé en un acier réversible si on lui ajoute de l'alumi- n.ium, en obtenant ainsi un acier fort pour aimants. On a en outre trouvé qu'une ad jonction d'autres métaux à côté de l'alumi nium, par exemple de cobalt, en quantité ap propriée, peut encore améliorer les propriétés magnétiques de l'acier. En outre, la tenacité et la ductilité de cet acier sont encore amé liorées et le travail mécanique de celui-ci est rendu très facile.
Il est connu que plus la structure micros copique des aciers pour aimants est menue, plus le nombre d'aimants moléculaires .est grand, ces aimants étant disposés irrégulière ment à la surface externe des cristaux, par conséquent la force coercitive et le magné tisme résiduel sont d'autant plus grands. On a trouvé que la présence de 0,5 à 40 % de cobalt dans un aimant contenant du nickel, de l'aluminium et du fer dans les proportions mentionnées ci-dessus, diminue la grandeur des cristaux et, par conséquent, augmente la force coercitive et le magnétisme résiduel de l'aimant.
Voici des exemples de mise en aeuvre de l'invention avec emploi de cobalt:
EMI0003.0010
Composition <SEP> chimique <SEP> ( /o) <SEP> I <SEP> Propriétés <SEP> magnétiques
<tb> Fer <SEP> Nickel <SEP> Aluminium <SEP> Kobalt <SEP> Force <SEP> coercitive <SEP> Magnétisme <SEP> résiduel
<tb> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> 69,0 <SEP> 17,0 <SEP> 9,0 <SEP> 5,0 <SEP> 160
<tb> 65,0 <SEP> 16,0 <SEP> 9,0 <SEP> 10,0 <SEP> 185
<tb> 50,4 <SEP> 12,4 <SEP> 7,0 <SEP> 30,0 <SEP> 180
<tb> 60,0 <SEP> 24,8 <SEP> 10,0 <SEP> 5,0 <SEP> 290 <SEP> 6000 <SEP> - <SEP> 9500
<tb> 52,8 <SEP> 30,5 <SEP> 12,0 <SEP> 4,5 <SEP> 510
<tb> et <SEP> plus <SEP> jusqu'à
<tb> 600 A la fig. 7, les courbes (1), (2) et (3) montrent les propriétés caractéristiques d'ai mants selon l'invention,
contenant du cobalt, tandis que les courbes (4), (5) et (6) mon trent respectivement celles d'aciers au tungs tène, au chrome et au chrome-manganèse. Comme on le voit clairement de cette figure, tous les aciers pour aimants connûs précé demment ont une mauvaise propriété magné tique, tandis que les aciers servant à la fa brication d'aimants selon la présente inven tion, ont une force coercitive Hc extrêmement élevée et un magnétisme résiduel<I>Br</I> égale ment élevé. Par conséquent, le produit de ces deux qualités<I>(Br</I> X Hc) est évidemment beaucoup plus grand pour l'aimant selon l'in vention que pour les aimants faits en aciers connus.
Le cobalt, ajouté en proportions convena bles, contribue non seulement à donner à l'ai mant les caractéristiques mentionnées aupara vant, mais sert également à rendre les cris taux plus petits, en augmentant les proprié tés magnétiques de l'aimant. On obtient éga lement une force coercitive élevée et un magnétisme résiduel fort sans tremper l'ai- mant après son coulage et le travail mécani que de l'aimant est rendu facile. On notera également que dans ce cas la présence de car bone en quantité inférieure à<B>1,5%</B> et une petite quantité d'impuretés ou l'un de ces facteurs seulement, ne modifie pas matériel lement les propriétés magnétiques de l'aimant.
Il est souvent désirable que l'acier dont est fait l'aimant selon l'invention, soit plus facile à forger et à laminer que les alliages tels qu'indiqués ci-dessus pour faciliter la fabrication d'aimants selon l'invention. Dans ce but, on peut fabriquer un aimant avec un alliage fer-nickel-aluminium .dont les te neurs des constituants sont comprises dans les limites indiquées et contenant de 0,5 à <B>10</B> % de manganèse. On a trouvé que de cette manière, la tenacité et la ductilité de l'ai mant peuvent être considérablement augmen- tv es et le travail mécanique de celui-ci est rendu très facile.
En même temps, on peut obtenir une force coercitive plus élevée et un magnétisme résiduel plus fort.
Voici quelques exemples d'exécution de l'invention dans le cas d'emploi du man ganèse.
EMI0004.0013
Composition <SEP> chimique <SEP> (%) <SEP> Propriétés <SEP> magnétiques
<tb> Fer <SEP> Nickel <SEP> Aluminium <SEP> Manganèse <SEP> Force <SEP> coercitive <SEP> Magnétisme <SEP> résiduel
<tb> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> I <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> 69,5 <SEP> . <SEP> 17;5 <SEP> 9,8 <SEP> 2,0 <SEP> 150
<tb> 68,3 <SEP> 17,0 <SEP> 9,5 <SEP> 5,0 <SEP> 155
<tb> 6'1,2 <SEP> 25,0 <SEP> 10,5 <SEP> 3,0 <SEP> 265 <SEP> 5000-8500
<tb> 54,7 <SEP> 30,5 <SEP> 12,0 <SEP> 2,5 <SEP> 490
<tb> et <SEP> plus <SEP> jusqu'à.
<tb> 600 On voit de ce tableau que la propriété magnétique est augmentée.
Ceci est dû au fait que le manganèse rend les cristaux très fins et, par conséquent, augmente le nombre des aimants moléculaires disposés irrégulière ment à la surface externe des grains. Il en résulte que l'on peut obtenir des aimants permanents ordinaires, ainsi que des aimants spéciaux devant être finis par un travail com- pliqué et précis. On remarquera également que dans ce cas la présence de carbone en quantité inférieure à<B>1,5%</B> et d'une petite quantité d'impuretés, ou l'un de ces facteurs seulement, ne modifie pas matériellement les propriétés magnétiques de l'aimant.
On a en outre trouvé que la présence de tungstène ou de molybdène dans un aimant contenant en outre du fer, du nickel et de l'aluminium dans les proportions indiquées, peut améliorer encore les propriétés caracté ristiques de cet aimant, en lui donnant une force coercitive plus élevée et un magnétisme résiduel plus fort. Le tungstène le rend plus malléable et ductile. Par conséquent, la pré sence de tungstène est également appropriée dans des aimants devant être terminés par un travail compliqué et précis. La quantité de tungstène présente est de 0,5 à 8 %. Le tungstène et le molybdène diminuent la gran deur des grains et servent à augmenter le nombre des aimants moléculaires disposés ir régulièrement à la surface externe des grains.
C'est grâce à ce fait que l'on peut obtenir une force coercitive élevée, ainsi qu'un magné tisme résiduel élevé, aussi bien qu'une bonne tenacité.
Voici ci-dessous des exemples d'exécution d'emploi du tungstène:
EMI0005.0002
Composition <SEP> chimique <SEP> ( /o) <SEP> Propriétés <SEP> magnétiques
<tb> Fer <SEP> Nickel <SEP> Aluminium <SEP> Tungstène <SEP> Force <SEP> coercitive <SEP> Magnétisme <SEP> résiduel
<tb> (He) <SEP> (gauss) <SEP> I <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> 70,3 <SEP> 17,0 <SEP> 9,5 <SEP> 2,0 <SEP> 155
<tb> 68,5 <SEP> 16,5 <SEP> 9,8 <SEP> 5,0 <SEP> 140
<tb> 62,0 <SEP> 25,0 <SEP> 10,0 <SEP> 2,7 <SEP> 270 <SEP> 000-8500
<tb> 55,5 <SEP> 30,0 <SEP> 11,5 <SEP> 2,8 <SEP> 460
<tb> et <SEP> plus <SEP> jusqu'à
<tb> 600 Avec le mol; bdène en quantité inférieure à<B>10%</B> la propriété de forgeage de l'alliage dont est fait l'aimant est encore améliorée.
Voici des- exemples de ce cas:
EMI0005.0004
Composition <SEP> chimique <SEP> ( /o) <SEP> Propriétés <SEP> magnétiques
<tb> Fer <SEP> Nickel <SEP> <U>Aluminium</U> <SEP> Molybdèno <SEP> Force <SEP> coercitive <SEP> Magnétisme <SEP> résiduel
<tb> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> (Br) <SEP> (g<U>a</U>u<U>s</U>s)
<tb> 65,0 <SEP> 24,5 <SEP> 10,0 <SEP> 0,5 <SEP> 290
<tb> 62,0 <SEP> 23,0 <SEP> l.0,0 <SEP> 5,7 <SEP> 300
<tb> 56,0 <SEP> 30,0 <SEP> 12,0 <SEP> 2,0 <SEP> 490 <SEP> 5000-8500
<tb> et <SEP> plus <SEP> jusqu'à
<tb> 600 On remarquera également qu'avec le tungstène et avec le molybdène la présence de carbone en quantité inférieure à 1,5%' et d'une petite quantité d'impuretés, ou l'un de ces deux facteurs seulement, ne modifient pas matériellement les propriétés magnétiques de l'aimant.
i On a en outre trouvé que l'aimant fait d'un acier au nickel et à l'aluminium, comme mentionné ci-dessus, peut encore être amélioré par la présence de vanadium en quantité in férieure à<B>10%.</B> De cette manière, les pro priétés magnétiques deviennent encore meil leures et le forgeage ainsi que le laminage sont considérablement améliorés.
Voici ci-après quelques exemples de ce cas:
EMI0006.0001
Composition <SEP> chimique <SEP> ( /o) <SEP> Propriétés <SEP> magnétiques
<tb> Fer <SEP> Nickel <SEP> Aluminium <SEP> Vanadium <SEP> Force <SEP> coercitive <SEP> Magnétisme <SEP> résiduel
<tb> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> ( <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> 65,5 <SEP> 24,0 <SEP> 10;0 <SEP> 0,4 <SEP> 280
<tb> 63,0 <SEP> 23,0 <SEP> 9,5 <SEP> 4,5 <SEP> 290 <SEP> 5000-8500
<tb> 56,5 <SEP> 30,0 <SEP> 12,0 <SEP> 1,5 <SEP> 480
<tb> et <SEP> plus <SEP> jusqu'à <SEP> 600 On notera également que dans ce cas<B>la</B> présence de carbone en quantité inférieure à 1,5 % et d'une petite quantité d'impuretés, ou l'un de ces facteurs seulement, ne modifie pas matériellement les propriétés magnétiques de l'aimant.
On a encore trouvé qu'une partie du nickel nécessaire à obtenir l'effet cherché peut être remplacée par .d'autres éléments semblables appartenant au même groupe que le nickel, comme par exemple le cuivre, qui est un mé tal bien meilleur marché et peut être employé avantageusement en quantité formant jusqu'à 20 % de l'alliage, dont est principalement fait l'aimant. De cette manière, les propriété ma gnétiques mentionnées ci-dessus de l'aimant, seront conservées et sa facilité de forgeage n'est pas diminuée. Cependant, le prix de fabrication de cet aimant est très bon marché.
Voici ci-dessous des exemples de ce cas:
EMI0006.0002
Composition <SEP> chimique <SEP> ( /o) <SEP> Propriétés <SEP> magnétiques
<tb> Fer <SEP> Nickel <SEP> Aluminium <SEP> Cuivre <SEP> Force <SEP> coercitive <SEP> Magnétisme <SEP> résiduel
<tb> (Hc) <SEP> (;auss) <SEP> I <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> 65,2 <SEP> 19,8 <SEP> 10,o <SEP> 5,0 <SEP> 210
<tb> 58,2 <SEP> 24,0 <SEP> 12,0 <SEP> 5,5 <SEP> 440 <SEP> 5000-8500
<tb> 53;0 <SEP> 25,0 <SEP> 12,0 <SEP> 10,0 <SEP> 540
<tb> et <SEP> plus <SEP> jusqu'à <SEP> 600 On remarquera également que dans ce cas la présence de carbone en quantité inférieure à 1,5%' et d'une petite quantité d'impuretés, ou l'un de ces deux facteurs seulement, ne modifie pas matériellement les propriétés magnétiques de l'aimant.
On a encore trouvé que la présence de 1 à 5 % de chrome et moins de 1 % de carbone dans un aimant fait en un alliage fer-nickel- aluminium selon l'invention, peut également augmenter la force coercitive et le magné tisme résiduel.
Des exemples de ce cas sont indiqués ci- dessous
EMI0006.0009
Composition <SEP> chimique <SEP> (o%) <SEP> Propriétés <SEP> magnétiques
<tb> Fer <SEP> Nickel <SEP> Aluminium <SEP> Chrome <SEP> Carbone <SEP> Force <SEP> coercitive <SEP> Magnétisme <SEP> résiduel
<tb> <B><U>1- <SEP> 1</U></B> <SEP> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> ( <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> solde <SEP> 18,0 <SEP> 10,0 <SEP> 3,0 <SEP> 0,1 <SEP> 172
<tb> 62,5 <SEP> 24,8 <SEP> 10,0 <SEP> 2,3 <SEP> 0,2 <SEP> 265 <SEP> 5000-8500
<tb> 54,8
<tb> 30,0 <SEP> 12,0 <SEP> 3,0 <SEP> 0,2
<tb> 500
<tb> et <SEP> plus <SEP> jusqu'à <SEP> 600 L'aimant fait en un acier au nickel con tenant de l'aluminium, tel que mentionné ci dessus, ayant 7 à 30 % de nickel et 3 à 15 d'aluminium,
peut également être amélioré par la présence d'une quantité convenable de chrome et/ou de cobalt. Egalement de cette manière, les grains de cristaux de l'acier sont rendus menus et, par conséquent, cet acier a une propriété magnétique et une facilité à être forgé meilleures. La proportion avanta- geuse est de 1 à 5 % pour le chrome et de 0,5 à 40 % pour le cobalt. Dans ce cas égale ment, le nombre des aimants moléculaires dis posés régulièrement à la surface externe des grains de cristaux, est accru, et on obtient une plus haute force coercitive et un magné tisme résiduel plus fort.
Des exemples de ce cas sont donnés ci- dessous:
EMI0007.0007
Composition <SEP> chimique <SEP> ( ;o) <SEP> Propriétés <SEP> magnétiques
<tb> <U>Fer</U> <SEP> Nickel <SEP> Aluminium <SEP> Chrome <SEP> Cobalt <SEP> Force <SEP> coercitive <SEP> Magnétisme <SEP> résiduel
<tb> (He) <SEP> (Zauss) <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> I <SEP> I
<tb> 63,2 <SEP> 16,0 <SEP> 9,0 <SEP> 2,5 <SEP> 10,0 <SEP> 195 <SEP> 10.000
<tb> 55,3 <SEP> 14,0 <SEP> 8;
0 <SEP> 2,5 <SEP> 20,0 <SEP> 200 <SEP> 10.000
<tb> 58,8 <SEP> 24,0 <SEP> 9,0 <SEP> 2,0 <SEP> 6,0 <SEP> 290 <SEP> 9.800
<tb> 52,3 <SEP> 30,0 <SEP> 10,0 <SEP> 2,5 <SEP> 5,0 <SEP> 520 <SEP> 9.500 On notera également que dans ce cas, la présence de carbone en quantité inférieure à 1,5 % et d'une petite quantité d'impuretés, ou l'un de ces facteurs seulement, ne modifie pas :matériellement les propriétés magnétiques de l'aimant.
Permanent magnet and method of manufacturing this magnet. Until now, many permanent magnets made of steel are known, for example made of tungsten, chromium and chromium and manganese steels. However, in order to obtain magnets with the best possible magnetic properties, it is necessary to quench the steel thereof and, therefore, the magnets undergo deformation and cracking due to quenching. Furthermore, not only are the coercive force and residual magnetism of these magnets not high, but over time this force and magnetism gradually decrease.
Steels with a high cobalt content alone have a very high coercive force and a high residual magnetism. However, they have the disadvantage of having to be forged and hot worked with great difficulty and furthermore their price is very high, which prevents their use in general.
Nickel is a ferro-magnetic substance, while aluminum is a paramagnetic substance and it is generally known that these metals, when added individually to steels, do not give any beneficial effect on strength. coercive force and on the residual magnetism of the steels to which they are added.
However, nickel steels containing 5 to 30 of. Nickel are called "irreversible steels", which means that they transform at significantly higher temperatures on heating than on cooling. That is to say the point Ace (temperature at which magnetism is lost during heating) is considerably higher than point <I> Ar, </I> (temperature at which magnetism begins to be form during cooling), the -difference between these-two points rising to above -400 C.
For this reason, when steels with a high nickel content are cooled from a high temperature above the Ace point, the transformation points Are removed by the nickel and these steels become non-magnetic at room temperature, for example. as a result of iron retention. This is the reason why scientists insist that nickel steels cannot be used as steels for magnets and which metallurgists rely on to state the same.
The inventor has found that the use of nickel steels is possible for the manufacture of permanent magnets, if aluminum is added to the steel. The permanent magnet according to the invention is characterized in that it is formed at least in part from an alloy containing iron, as main component, from 7 to 40% nickel and from 3 to. 20% aluminum minimum.
This magnet, when it is made of an alloy of the most favorable constitution, that is to say containing 6 to 15% aluminum and 20 to. 35% nickel, extremely high coercive force and good residual magnetism. Good magnetic properties can already be obtained without quenching the alloy. The magnet can retain its magnetic properties even when subjected to thermal changes and mechanical shocks.
The method of manufacturing this magnet is characterized in that this magnet is made, at least in part, of an alloy containing iron, as the main component, from 7 to 40% nickel and from 3 to 20% of aluminum. In the accompanying drawing: Figs. 1 to 6 explain the principle on which the invention is based; Figs. 1 to 3 are curves showing the relationship between temperature and magnetization intensity, and Figs. 4 to 6 show the relation between thermal expansion and the temperature corresponding to _fig. 1 to 3;
Fig. 7 shows the curves comparing the magnetic properties of magnets according to the present invention and those of known steel.
Now, with reference to the accompanying drawing, it will be explained why a magnet according to the present invention, having a high coercive force and a strong residual magnetism, can be obtained without being quenched. We take a nickel steel or an "irreversible" nickel steel whose relationship between the magnetization intensity and the temperature is as shown in FIG. 1, and a certain quantity of aluminum is added to this steel.
It follows that, as shown in FIG. 2, the point Ar. At which magnetism begins to arise upon cooling, approaches the point Ace at which the magnetism begins to decrease upon heating, and by increasing the quantity of aluminum, one approaches a defined quantity for which the point <I> Are, </I> as shown in fig. 3, completely coincides with point Acz, irreversible steel transforming. in a reversible steel.
It can also be seen from FIG. 4, that the irreversible nickel steel has the point Ac3, at which the steel passes from phase a to phase y on heating, this point being considerably higher than the point Ara at which the steel passes from phase <I> y </I> in phase <I> a </I> during cooling. The temperature difference between <I> Ara </I> and Ac3 is actually more than 400 C.
By addition of aluminum, the following phenomenon occurs: At the same time as the gradual increase in aluminum, the point Ar3 gets closer and closer to the point Ac3, as shown in fig. 5 and with the determined addition corresponding to fi-. 3, point A3 disappears completely as shown in fig. 6. In this way, irreversible nickel steel can be transformed into reversible steel, by adding aluminum, as long as the transformation point A3 disappears completely.
The inventor believes that he can thus explain why a great coercive force and a high residual magnetism are obtained, according to the invention, without the magnet being quenched after having been cast or without re-baking it at a suitable temperature after. to have been sunk.
Various examples showing the compositions and the magnetic properties of magnets according to the present invention are shown below:
EMI0003.0001
Chemical <SEP> composition <SEP> (/ o) <SEP> Magnetic <SEP> properties
<tb> Iron <SEP> Nickel <SEP> Aluminum <SEP> Coercive force <SEP> <SEP> Residual magnetism <SEP>
<tb> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> (Lr) <SEP> (gauss)
<tb> balance <SEP> 18.0 <SEP> 10.0 <SEP> 120
<tb> 65.3 <SEP> 24.5 <SEP> <B> 1 </B> 0;
0 <SEP> 240
<tb> 57.0 <SEP> 30.8 <SEP> 12.0 <SEP> 430 <SEP> 5000 <SEP> - <SEP> 8500
<tb> and <SEP> plus <SEP> until
<tb> 600 It will be noted that the presence of carbon in an amount less than 1.56 and of a small amount of impurities or one of these two factors only, do not materially modify the magnetic properties of the magnet according to invention.
As described above, the nickel steel, hitherto entirely set aside as steel for magnets, can then easily be transformed into a strong steel for magnets by the addition of a suitable amount of aluminum, which is a cheap material. Magnets made of such strong steel have high coercive force and strong residual magnetism, without being hardened. Therefore, in this way the defect necessarily inherent in a magnet which has been quenched is completely eliminated (deformation and quenching cracks).
The magnet according to the invention will be applied for general uses and in particular in precision measuring devices, in electrical generators, as well as in other various types of measuring devices.
It has been stated above that an irreversible nickel steel can be transformed into a reversible steel by adding aluminum thereto, thereby obtaining a strong steel for magnets. It has furthermore been found that adding other metals besides aluminum, for example cobalt, in the appropriate amount, can further improve the magnetic properties of the steel. Further, the toughness and ductility of this steel are further improved and the mechanical working thereof is made very easy.
It is known that the smaller the micro-copic structure of steels for magnets, the greater the number of molecular magnets, these magnets being irregularly arranged on the outer surface of the crystals, hence the coercive force and the residual magnetism. are all the larger. It has been found that the presence of 0.5 to 40% cobalt in a magnet containing nickel, aluminum and iron in the proportions mentioned above, decreases the size of the crystals and, therefore, increases the strength. coercive and residual magnetism of the magnet.
Here are examples of implementation of the invention with the use of cobalt:
EMI0003.0010
Chemical <SEP> composition <SEP> (/ o) <SEP> I <SEP> Magnetic <SEP> properties
<tb> Iron <SEP> Nickel <SEP> Aluminum <SEP> Kobalt <SEP> Coercive force <SEP> <SEP> Magnetism <SEP> residual
<tb> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> 69.0 <SEP> 17.0 <SEP> 9.0 <SEP> 5.0 <SEP> 160
<tb> 65.0 <SEP> 16.0 <SEP> 9.0 <SEP> 10.0 <SEP> 185
<tb> 50.4 <SEP> 12.4 <SEP> 7.0 <SEP> 30.0 <SEP> 180
<tb> 60.0 <SEP> 24.8 <SEP> 10.0 <SEP> 5.0 <SEP> 290 <SEP> 6000 <SEP> - <SEP> 9500
<tb> 52.8 <SEP> 30.5 <SEP> 12.0 <SEP> 4.5 <SEP> 510
<tb> and <SEP> plus <SEP> until
<tb> 600 In fig. 7, curves (1), (2) and (3) show the characteristic properties of magnets according to the invention,
containing cobalt, while curves (4), (5) and (6) show respectively those of tungsten, chromium and chromium-manganese steels. As can be seen clearly from this figure, all of the previously known magnet steels have a poor magnetic property, while the steels used for the manufacture of magnets according to the present invention have an extremely high coercive force Hc and also high residual magnetism <I> Br </I>. Consequently, the product of these two qualities <I> (Br </I> X Hc) is obviously much greater for the magnet according to the invention than for the magnets made of known steels.
The cobalt, added in suitable proportions, not only helps to give the magnet the characteristics mentioned above, but also serves to make the rate cries smaller, by increasing the magnetic properties of the magnet. A high coercive force and a strong residual magnetism are also obtained without quenching the magnet after it has been cast and the mechanical working of the magnet is made easy. It will also be noted that in this case the presence of carbon in an amount less than <B> 1.5% </B> and a small amount of impurities or one of these factors only, does not materially modify the properties. magnets of the magnet.
It is often desirable that the steel from which the magnet according to the invention is made should be easier to forge and roll than the alloys as indicated above in order to facilitate the manufacture of magnets according to the invention. For this purpose, a magnet can be made from an iron-nickel-aluminum alloy, the contents of which are within the limits indicated and containing from 0.5 to <B> 10 </B>% manganese. It has been found that in this way the toughness and ductility of the magnet can be considerably increased and the mechanical work thereof is made very easy.
At the same time, a higher coercive force and a stronger residual magnetism can be obtained.
Here are some examples of execution of the invention in the case of use of manganese.
EMI0004.0013
Chemical <SEP> composition <SEP> (%) <SEP> Magnetic <SEP> properties
<tb> Iron <SEP> Nickel <SEP> Aluminum <SEP> Manganese <SEP> Coercive force <SEP> <SEP> Magnetism <SEP> residual
<tb> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> I <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> 69.5 <SEP>. <SEP> 17; 5 <SEP> 9.8 <SEP> 2.0 <SEP> 150
<tb> 68.3 <SEP> 17.0 <SEP> 9.5 <SEP> 5.0 <SEP> 155
<tb> 6'1.2 <SEP> 25.0 <SEP> 10.5 <SEP> 3.0 <SEP> 265 <SEP> 5000-8500
<tb> 54.7 <SEP> 30.5 <SEP> 12.0 <SEP> 2.5 <SEP> 490
<tb> and <SEP> plus <SEP> until.
<tb> 600 We see from this table that the magnetic property is increased.
This is due to the fact that manganese makes the crystals very fine and, therefore, increases the number of molecular magnets irregularly arranged on the outer surface of the grains. As a result, ordinary permanent magnets can be obtained, as well as special magnets to be finished by complicated and precise work. It will also be noted that in this case the presence of carbon in an amount less than <B> 1.5% </B> and a small amount of impurities, or one of these factors only, does not materially modify the magnetic properties of the magnet.
It has further been found that the presence of tungsten or molybdenum in a magnet further containing iron, nickel and aluminum in the proportions indicated, can further improve the characteristic properties of this magnet, giving it a strength. higher coercive force and stronger residual magnetism. Tungsten makes it more malleable and ductile. Therefore, the presence of tungsten is also suitable in magnets to be terminated by complicated and precise work. The amount of tungsten present is 0.5 to 8%. Tungsten and molybdenum reduce the grain size and serve to increase the number of molecular magnets regularly arranged on the outer surface of the grains.
It is due to this fact that a high coercive force can be obtained, as well as a high residual magnetism, as well as good toughness.
Here are some examples of how tungsten is used:
EMI0005.0002
Chemical <SEP> composition <SEP> (/ o) <SEP> Magnetic <SEP> properties
<tb> Iron <SEP> Nickel <SEP> Aluminum <SEP> Tungsten <SEP> Coercive force <SEP> <SEP> Residual magnetism <SEP>
<tb> (He) <SEP> (gauss) <SEP> I <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> 70.3 <SEP> 17.0 <SEP> 9.5 <SEP> 2.0 <SEP> 155
<tb> 68.5 <SEP> 16.5 <SEP> 9.8 <SEP> 5.0 <SEP> 140
<tb> 62.0 <SEP> 25.0 <SEP> 10.0 <SEP> 2.7 <SEP> 270 <SEP> 000-8500
<tb> 55.5 <SEP> 30.0 <SEP> 11.5 <SEP> 2.8 <SEP> 460
<tb> and <SEP> plus <SEP> until
<tb> 600 With the mol; In an amount less than <B> 10% </B>, the forging property of the alloy from which the magnet is made is further improved.
Here are some examples of this case:
EMI0005.0004
Chemical <SEP> composition <SEP> (/ o) <SEP> Magnetic <SEP> properties
<tb> Iron <SEP> Nickel <SEP> <U> Aluminum </U> <SEP> Molybdenum <SEP> Coercive <SEP> force <SEP> Residual <SEP> magnetism
<tb> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> (Br) <SEP> (g <U> a </U> u <U> s </U> s)
<tb> 65.0 <SEP> 24.5 <SEP> 10.0 <SEP> 0.5 <SEP> 290
<tb> 62.0 <SEP> 23.0 <SEP> l.0.0 <SEP> 5.7 <SEP> 300
<tb> 56.0 <SEP> 30.0 <SEP> 12.0 <SEP> 2.0 <SEP> 490 <SEP> 5000-8500
<tb> and <SEP> plus <SEP> until
<tb> 600 It will also be noted that with tungsten and with molybdenum, the presence of carbon in an amount less than 1.5% 'and of a small amount of impurities, or one of these two factors only, does not do not materially modify the magnetic properties of the magnet.
It has further been found that the magnet made of nickel aluminum steel, as mentioned above, can be further improved by the presence of vanadium in an amount of less than 10%. / B> In this way the magnetic properties become even better and the forging as well as the rolling are considerably improved.
Here are some examples of this case:
EMI0006.0001
Chemical <SEP> composition <SEP> (/ o) <SEP> Magnetic <SEP> properties
<tb> Iron <SEP> Nickel <SEP> Aluminum <SEP> Vanadium <SEP> Coercive force <SEP> <SEP> Residual magnetism <SEP>
<tb> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> (<SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> 65.5 <SEP> 24.0 <SEP> 10; 0 <SEP> 0.4 <SEP> 280
<tb> 63.0 <SEP> 23.0 <SEP> 9.5 <SEP> 4.5 <SEP> 290 <SEP> 5000-8500
<tb> 56.5 <SEP> 30.0 <SEP> 12.0 <SEP> 1.5 <SEP> 480
<tb> and <SEP> plus <SEP> up to <SEP> 600 It will also be noted that in this case <B> the </B> presence of carbon in an amount less than 1.5% and a small amount impurities, or only one of these factors, does not materially alter the magnetic properties of the magnet.
It has also been found that part of the nickel necessary to obtain the desired effect can be replaced by other similar elements belonging to the same group as nickel, such as for example copper, which is a much cheaper metal and can be used advantageously in an amount forming up to 20% of the alloy of which the magnet is mainly made. In this way, the above-mentioned magnetic properties of the magnet will be preserved and its ease of forging is not diminished. However, the cost of manufacturing this magnet is very cheap.
Here are some examples of this case:
EMI0006.0002
Chemical <SEP> composition <SEP> (/ o) <SEP> Magnetic <SEP> properties
<tb> Iron <SEP> Nickel <SEP> Aluminum <SEP> Copper <SEP> Coercive force <SEP> <SEP> Magnetism <SEP> residual
<tb> (Hc) <SEP> (; auss) <SEP> I <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> 65.2 <SEP> 19.8 <SEP> 10, o <SEP> 5.0 <SEP> 210
<tb> 58.2 <SEP> 24.0 <SEP> 12.0 <SEP> 5.5 <SEP> 440 <SEP> 5000-8500
<tb> 53; 0 <SEP> 25.0 <SEP> 12.0 <SEP> 10.0 <SEP> 540
<tb> and <SEP> plus <SEP> up to <SEP> 600 It will also be noted that in this case the presence of carbon in an amount less than 1.5% 'and of a small amount of impurities, or 'only one of these two factors does not materially modify the magnetic properties of the magnet.
It has also been found that the presence of 1 to 5% chromium and less than 1% carbon in a magnet made of an iron-nickel-aluminum alloy according to the invention can also increase the coercive force and the residual magnetism.
Examples of this case are shown below
EMI0006.0009
Chemical <SEP> composition <SEP> (o%) <SEP> Magnetic <SEP> properties
<tb> Iron <SEP> Nickel <SEP> Aluminum <SEP> Chromium <SEP> Carbon <SEP> Coercive force <SEP> <SEP> Magnetism <SEP> residual
<tb> <B> <U> 1- <SEP> 1 </U> </B> <SEP> (Hc) <SEP> (gauss) <SEP> (<SEP> (Br) <SEP> (gauss )
<tb> balance <SEP> 18.0 <SEP> 10.0 <SEP> 3.0 <SEP> 0.1 <SEP> 172
<tb> 62.5 <SEP> 24.8 <SEP> 10.0 <SEP> 2.3 <SEP> 0.2 <SEP> 265 <SEP> 5000-8500
<tb> 54.8
<tb> 30.0 <SEP> 12.0 <SEP> 3.0 <SEP> 0.2
<tb> 500
<tb> and <SEP> plus <SEP> up to <SEP> 600 The magnet made of a nickel steel containing aluminum, as mentioned above, having 7 to 30% nickel and 3 to 15 aluminum,
can also be improved by the presence of a suitable amount of chromium and / or cobalt. Also in this way, the grains of crystals of the steel are made fine and, therefore, this steel has better magnetic property and ease to be forged. The advantageous proportion is 1 to 5% for chromium and 0.5 to 40% for cobalt. In this case, too, the number of molecular magnets regularly arranged on the outer surface of the crystal grains is increased, and a higher coercive force and stronger residual magnetism are obtained.
Examples of this case are given below:
EMI0007.0007
Chemical <SEP> composition <SEP> (; o) <SEP> Magnetic <SEP> properties
<tb> <U> Iron </U> <SEP> Nickel <SEP> Aluminum <SEP> Chromium <SEP> Cobalt <SEP> Coercive force <SEP> <SEP> Residual magnetism <SEP>
<tb> (He) <SEP> (Zauss) <SEP> (Br) <SEP> (gauss)
<tb> I <SEP> I
<tb> 63.2 <SEP> 16.0 <SEP> 9.0 <SEP> 2.5 <SEP> 10.0 <SEP> 195 <SEP> 10,000
<tb> 55.3 <SEP> 14.0 <SEP> 8;
0 <SEP> 2.5 <SEP> 20.0 <SEP> 200 <SEP> 10,000
<tb> 58.8 <SEP> 24.0 <SEP> 9.0 <SEP> 2.0 <SEP> 6.0 <SEP> 290 <SEP> 9.800
<tb> 52.3 <SEP> 30.0 <SEP> 10.0 <SEP> 2.5 <SEP> 5.0 <SEP> 520 <SEP> 9.500 It will also be noted that in this case, the presence of carbon in an amount less than 1.5% and a small amount of impurities, or one of these factors only, does not materially modify the magnetic properties of the magnet.