CH229052A - Aimant permanent et procédé pour le fabriquer. - Google Patents

Description

      Aimant    permanent et procédé pour le fabriquer.    On connaît actuellement un certain nom  bre de métaux, d'alliages métalliques ou de  composés définis qui possèdent des propriétés  magnétiques particulières, que l'on désigne  sous le nom de propriétés ferromagnétiques.  Parmi ces .substances, un petit nombre seule  ment présentent les caractéristiques requises  pour leur emploi en vue de la fabrication  des aimants permanents, à savoir un champ  coercitif et une intensité     d'.a;imantation        r6ma-          nente    de, valeurs suffisamment élevées.  



  Certains alliages de fer avec d'autres mé  taux comme le cobalt, le nickel, l'aluminium,  etc. possèdent ces caractéristiques spéciales  à l'état de lingots, de     barres,    de pièces for  gées ou coulées, ou les acquièrent par un trai  tement thermique approprié, et sont, pour  cette raison, couramment- utilisés sous ces  différentes formes pour la     constitution    d'ai  mants permanents.  



  On a également proposé de     fabriquer    des  aimants à     partir    de poudres de ces mêmes    alliages possédant, à l'état brut de coulée,  notamment une force     coercitive        élevée.    -Un  tel procédé permet d'utiliser les -déchets de  ces matières qui ne pourraient être utilisés  autrement que par     refusion,    mais les ai  mants ainsi obtenus possèdent un champ  coercitif dont la valeur est au plus égale et  généralement inférieure à celle obtenue dans  un aimant de même forme,     fabriqué    par cou  lée, ou par forgeage d'un lingot où d'une  barre.  



  D'autre part, il a déjà été signalé dans la  littérature, que- les alliages de manganèse et  de bismuth possèdent des propriétés. ferro  magnétiques, et, en particulier, qu'ils ont un  point de Curie, mais aucune indication- n'a  été donnée, ni sur leur     aimantation        spécifi-          -que;    ni sur leur forcé coercitive ou leur in  tensité     d'a'ïmantation    rémanente, et ces  alliages n'ont jamais '.été utilisés pour la fa  brication des aimants.  



  Or, on a- constaté de manière tout à fait      surprenante que, parmi tous les composés ou  alliages de manganèse et de bismuth, le com  posé défini Mn Bi, dont l'existence a par  ailleurs été signalée, mais qui ne paraît pas  avoir été isolé jusqu'à présent, possède des  propriétés     ferro-magnétiques    très particuliè  res.

   Ayant isolé le composé Mn Bi, on a cons  taté, non seulement qu'il était ferromagné  tique, mais qu'en outre ce composé, qui à  l'état massique, c'est-à-dire à l'état de lin  got ou de pièce coulée, ne possède en général  qu'une force coercitive et une intensité d'ai  mantation rémanente extrêmement faibles,  était susceptible d'acquérir, dans certaines  conditions, en particulier lorsqu'on isolait les  cristaux les uns des autres, par exemple, en  le réduisant en poudre, une force coercitive  et une intensité d'aimantation rémanente  extraordinairement élevées.  



  Partant de cette découverte, on a alors  eu l'idée d'utiliser le composé Mn Bi qu'on  avait pu ainsi isoler et étudier, pour la fa  brication d'aimants permanents; et on a. mis  au point un procédé permettant de tirer parti  des propriétés extraordinaires de ce     corps     pour réaliser des aimants permanents possé  dant des caractéristiques particulièrement  intéressantes.  



  La présente invention a pour objet un  aimant permanent, caractérisé en ce que la  matière dont il est constitué contient un  alliage de manganèse et de bismuth corres  pondant à la formule chimique Mn Bi. L'in  vention comprend également un procédé de  fabrication de cet aimant permanent. Ce  procédé est     caractérisé    en ce que l'on donne  la forme d'un aimant à une poudre conte  nant un alliage de manganèse et de bismuth,  correspondant à la formule Mn Bi et que l'on  soumet le solide ainsi formé ù un champ ma  gnétisant d'intensité .élevée.  



  L'aimant selon l'invention peut contenir  en outre au moins un alliage de Mn et de Bi,  ne correspondant pas à la, formule Mn Bi. Il  peut être composé d'un aggloméré de poudre  d'alliage Mn Bi et d'alliage avoisinant cette  formule. Cet aggloméré peut être contenu  dans une capsule ayant extérieurement la    forme de l'aimant. Les grains de l'aggloméré  peuvent être orientés dans le sens du champ  de l'aimant et la poudre d'alliage peut être  immobilisée par une matière solide qui en  robe les grains et les unit les uns aux autres.  



  Le procédé selon l'invention consiste  essentiellement à préparer un alliage de man  ganèse et de bismuth de     composition    aussi  voisine que possible de celle du composé  Mn Bi,     'a    broyer cet alliage, à. soumettre éven  tuellement les grains ainsi obtenus à un  triage de manière à ne retenir que les grains  de composition correspondant sensiblement à  celle du composé Mn Bi, puis à agglomérer  ces grains par tous moyens connus, sous la  forme désirée, de préférence en les orientant  au moyen d'un champ magnétique, et à sou  mettre enfin les pièces obtenues à l'action  d'un champ magnétique très élevé ayant  avantageusement la même direction que le  champ d'orientation.  



  La préparation de l'alliage binaire initial  de     manganèse    et de bismuth peut être effec  tuée, par exemple, par fusion des deux :lé  ments. Cette fusion peut s'opérer soit à tem  pérature élevée, par exemple entre 700 et  1250  C, soit au contraire à température re  lativement basse (à partir de 260  C) en dis  solvant du manganèse à l'état solide dans du  bismuth fondu. On peut procéder, par exem  ple, par chauffage d'un mélange pulvérulent  de manganèse et de bismuth dans un four  à haute fréquence, la granulométrie du mé  lange étant déterminée suivant la fréquence  du four. Quel     .que    soit, du reste, le, mode de  préparation de l'alliage de manganèse et de  bismuth, il semble préférable de viser pour  cet alliage une composition voisine de celle  du composé Mn Bi.  



  Il     peut    être avantageux de soumettre les  lingots à un recuit à une température de<B>150</B>  à 600  C et d'une durée variant de     \?    à  <B>100</B> heures, en vue d'obtenir de gros cristaux.  ce qui améliorera les propriétés de l'aimant  final.  



  L'alliage est ensuite broyé en grains fins,  par exemple d'une grosseur de l'ordre du       1/10ô    de millimètre. Comme il a été dit, ces      grains sont éventuellement soumis à un triage  propre à ne retenir que ceux correspondant  sensiblement au composé Mn Bi. Ce triage  peut être un triage par densité par     exemple,     ou     mieux,    un triage magnétique. Il sera par  ticulièrement opportun d'y recourir lorsque  la composition de l'alliage initial s'écartera  sensiblement de celle du composé Mn Bi.  



  Les grains isolés par ce triage sont en  suite agglomérés par tous moyens connus.  Par exemple, on peut les mettre en suspen  sion dans un liant fondu,     tel    qu'un des liants  communément utilisés pour la fabrication  des     aimants    agglomérés à partir de poudres  d'alliages connus pour aimants. De préfé  rence, pendant que les grains sont encore  mobiles, on soumet l'ensemble à un champ  magnétique capable d'orienter ces grains,  après quoi on laisse le liant se figer. Le  champ utilisé pour l'orientation des grains  peut être du même ordre de grandeur que  ceux utilisés dans le même but pour les sub  stances connues utilisées à l'état pulvéru  lent pour la constitution d'aimants perma  nents.

   Quel que soit le procédé utilisé pour  l'agglomération, celle-ci aura lieu de préfé  rence à des températures relativement basses,  inférieures au point de Curie du composé  Mn Bi, afin de rendre possible l'orientation  par un champ magnétique. Cette aggloméra  tion pourra éventuellement se faire dans des  capsules, par exemple des capsules métalli  ques, ayant la forme requise pour l'aimant  final et dans lesquelles les aimants peuvent  demeurer enfermés pour être soustraits à  l'attaque des agents susceptibles d'altérer  leur composition.  



  On procède enfin à l'aimantation de  l'agglomérat obtenu, en soumettant cet ag  glomérat à un champ magnétique ayant de  préférence la même direction que celui qui  a servi à l'orientation des grains, mais de  valeur beaucoup plus élevée que     celle    des  champs habituellement utilisés pour l'aiman  tation des aimants permanents.

   On a cons  taté en effet que, si l'agglomérat a été sou  mis, dans les conditions qui viennent d'être  indiquées, à un champ de l'ordre de    4000 gauss - champ     déjà    supérieur à ceux  ordinairement utilisés - il présente les ca  ractéristiques     magnétiques    suivantes (valeurs  ramenées à un coefficient de remplissage de  l'agglomérat égal à l'unité)  Intensité d'aimantation, environ 6300  gauss;     intensité    d'aimantation rémanente,  après suppression du champ, environ  <B>1300</B> gauss; force coercitive     correspondante:     500 gauss.  



  Ces valeurs correspondent à des caracté  ristiques d'aimants permanents très faibles.  Par contre, si, dans les mêmes conditions, on  soumet l'agglomérat à un champ beaucoup  plus élevé, de l'ordre de 20,000 gauss par  exemple, on obtient les résultats     extraordi-          naires    suivants  Intensité d'aimantation, environ 6800  gauss;     intensité    d'aimantation rémanente,  après suppression du champ, environ 5700  gauss; force coercitive     correspondante:     4000 gauss.  



  L'intensité d'aimantation est donc du  même ordre de grandeur que dans le cas  précédent, mais l'intensité d'aimantation ré  manente est plus du quadruple de la valeur  précédente et la force coercitive est huit fois  plus élevée.  



  Ces valeurs d'intensité     rémanente    et de       force    coercitive correspondent à des caracté  ristiques d'aimants tout à fait remarquables  et     considérablement    supérieures à celles des  aimants connus. On sait, en effet, que la va  leur d'un aimant (coefficient de forme mis       @à    part) est caractérisée par ces deux valeurs  à la fois.

   Or, à titre     d'indication,    les sub  stances à surface     d'hyst6resis    minima, utili  sées pour la constitution d'aimants, ont une       intensité    d'aimantation rémanente de 12,000  gauss et une force coercitive de 60 gauss;  les substances à surface     d'hystëresis        maxima     ont une intensité d'aimantation rémanente  de 5000 gauss et une force coercitive de  800 gauss environ.

   Par exemple, les alliages  nickel-aluminium pour aimants     permanents,     bien connus, possèdent une intensité réma  nente de l'ordre dé 6000 gauss, c'est     à-dire     voisine de celle indiquée ci-dessus pour le      Mn Bi, mais leur force coercitive est par  contre de six à dix fois plus faible que celle  de 4000 gauss obtenue avec ce composé.  



  Les chiffres indiqués plus haut pour les  caractéristiques magnétiques du composé  Mn Bi correspondent à des valeurs de ces ca  ractéristiques mesurées sur des agglomérats,  mais, ainsi qu'il a été dit, rapportées à un  coefficient de remplissage de l'agglomérat  égal à l'unité, afin de mettre en évidence les       caractéristiques    de la substance elle-même.  Les valeurs ainsi obtenues sur l'agglomérat  sont, bien entendu, fonction du coefficient  de remplissage de celui-ci. En gros, on peut  dire que l'intensité rémanente de     l'a.gblomé-          rat    varie à peu près proportionnellement à  ce coefficient; par contre, la. force coercitive  varie peu et reste assez voisine de la valeur  correspondant au coefficient de remplis  sage I.  



  Par ailleurs, il est évident que la valeur  de 20,000 gauss indiquée     comme    étant celle  du champ d'aimantation avec lequel ont été  obtenus les résultats remarquables exposés  ci-dessus, n'est nullement limitative et n'est  donnée qu'à titre d'exemple. On pourra  s'écarter de cette valeur, mais il conviendra  toutefois de rester dans une zone de valeurs       notablement    supérieures à celles de la prati  que générale actuelle. A titre d'indication,  on peut donner comme règle que le champ  d'aimantation, employé pour la fabrication  d'aimants conformément à l'invention, doit  avoir une valeur égale au moins à quatre à  cinq fois celle du champ qui provoque la  saturation de l'aimant. Au besoin, des essais  préalables permettront de le déterminer dans  chaque cas particulier.  



  D'autre part, les chiffres donnés     ci-          dessus    ont été obtenus sur des agglomérats  dans lesquels on avait orienté les grains au  cours de l'agglomération, au moyen d'un  champ magnétique. Il est possible de se pas  ser de l'opération d'orientation mais, dans ce  cas, les résultats obtenus sont inférieurs.  C'est ainsi que les valeurs obtenues, dans les  mêmes conditions d'aimantation que     ci-          dessus,    sur des agglomérats non orientés,    n'atteignent que<B>30%</B> en ce qui concerne  l'intensité d'aimantation rémanent, et. 40  en ce qui concerne la force coercitive, des  valeurs obtenues avec orientation.

Claims (1)

1. REVENDICATION I Aimant permanent, caractérisé en ce que la matière dont il est constitué contient un alliage de manganèse et de bismuth corres pondant sensiblement à la formule chimique Mn Bi. SOUS-REVENDICATIONS: 1. Aimant permanent selon la revendica tion I, caractérisé en ce que l'aimant con tient en outre au moins un alliage de Mn et de Bi ne correspondant pas à la for mule Mn Bi. 2. Aimant permanent selon la. revendica tion I, caractérisé en ce qu'il est composé d'un aggloméré de poudre d'alliage corres pondant à. la formule 11In Bi et d'alliage avoisinant cette formule. 3. Aimant permanent :selon la, revendi cation I et la sous-revendication 2, caracté risé en ce que l'aggloméré est contenu dans une capsule ayant extérieurement la forme de l'aimant. 4.

   Aimant permanent selon la revendi cation I et la, sous-revendication 2, caracté risé en ce que les grains de l'aggloméré sont orientés dans le sens du champ de l'ai mant. 5. Aimant permanent selon la revendica tion I et la sous-revendication 2, caractérisé en ce que la poudre d'alliage est immobilisée par une matière solide qui enrobe les grains et les unit les uns aux autres.

   REVENDICATION II: Procédé de fabrication d'un aimant per manent selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on donne la forme de l'aimant à une poudre contenant un alliage de manga nèse et de bismuth, correspondant sensible ment à la formule Mn Bi et que l'on soumet le solide ainsi formé à un champ magnétisant d'intensité élevée. SOUS-REVENDICATIONS: 6. Procédé selon la revendication II, ca ractérisé en ce .que l'alliage correspondant à la formule Mn Bi est obtenu en fondant un mélange de manganèse et de bismuth dans des proportions respectives correspondant aux poids moléculaires de Mn et de Bi. 7.

   Procédé selon la revendication II, ca ractérisé en ce que la poudre traitée contient en outre au moins un alliage de Mn et de Bi ne correspondant pas à la formule Mn Bi. 8. Procédé selon la revendication II et la sous-revendication 7, caractérisé en ce que les alliages sont obtenus en fondant un mé lange de manganèse et de bismuth. 9. Procédé selon la revendication II et la sous-revendication 6, caractérisé en ce que, en vue de la fusion du mélange de manganèse et de bismuth, ces corps sont mélangés à l'état de poudres. 10.

   Procédé selon la revendication II et la sous-revendication 6, caractérisé en ce que la fusion du mélange de manganèse et de bismuth a lieu dans un four à haute fré quence. 11. Procédé selon la revendication II et la sous-revendication 6, caractérisé en ce que l'on donne à l'alliage, avant broyage, une structure cristalline à gros cristaux. 12. Procédé selon la revendication II et les sous-revendications 6 et 11, caractérisé en ce que la structure cristalline de l'alliage est obtenue au moyen d'un recuit entre 150 et 600 C pendant deux .à cent heures. 13.

   Procédé selon la revendication II et la sous-revendication 6, caractérisé en ce que l'on broie l'alliage obtenu en grains fins dont on se sert pour constituer un aggloméré. 14. Procédé selon la revendication II et les sous-revendications 6 et 1'3, caractérisé en ce que l'alliage obtenu est broyé en grains d'environ 1a00 de millimètre. 15. Procédé selon la revendication II et les sous-revendications 6 et 13, caractérisé en ce que, pour constituer l'aggloméré, on sélec tionne les grains d'alliage correspondant à la formule Mn Bi. 16.

   Procédé selon la revendication II et les sous-revendications 6, 13 et 15, caracté risé en ce que le sélectionnement des grains a lieu au moyen d'un triage par densités. 17. Procédé selon la revendication II et les sous-revendications 6, 13 et 15, caracté risé en ce -que le sélectionnement des grains a lieu au moyen d'un triage magnétique. 18. Procédé selon la revendication II et les sous-revendications 6 et 13, caractérisé en ce que, pour agglomérer la poudre d'alliage de manganèse et de bismuth, on mélange la dite poudre avec un liant. 19.

   Procédé selon la revendication II et les sous-revendications 6, 13 et 18, caracté risé en ce -que l'on utilise comme liant un liant fondu. 20. Procédé selon la revendication II et les sous-revendications 6, 13, 18 et 19, ca ractérisé en ce que, avant solidification du liant utilisé pour l'agglomération, l'on oriente magnétiquement les grains d'alliage dans le sens du champ que doit finalement posséder l'aimant. 21.

   Procédé selon la revendication II, caractérisé en ce que l'intensité du champ magnétisant est de l'ordre de quatre à cinq fois celle pour laquelle l'aimant est magné- tiquement saturé. 22. Procédé selon la revendication II, ca ractérisé en ce que l'intensité du champ ma gnétisant .est de l'ordre de 20,000 gauss. 23.. Procédé selon la revendication II et les sous-revendications G et 1.3, caractérisé en ce que l'on met l'aggloméré dans une capsule ayant extérieurement la forme de l'aimant.