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.