CH278120A

CH278120A - Procédé de fabrication d'un aimant permanent anisotrope et aimant obtenu par ce procédé.

Info

Publication number: CH278120A
Authority: CH
Inventors: Limited William Jessop An Sons
Original assignee: William Jessop And Sons Limite
Priority date: 1948-01-29
Filing date: 1948-11-22
Publication date: 1951-09-30

Description


  Procédé de fabrication d'un aimant permanent anisotrope et aimant obtenu par ce procédé.    lia présente invention concerne un pro  cédé de fabrication d'un aimant permanent  anisotrope à partir d'alliages du type     Fe-Ni-          AI-Co-Cu    (connus sous le nom      Alnieo )     susceptibles de prendre des caractéristiques       anisotropes.    De tels alliages peuvent être obte  nus soit sous forme d'une pièce coulée par  fusion simultanée des constituants, soit. sous  forme d'une masse     concrétionnée    en soumet  tant un mélange pulvérulent de ces éléments  à l'action d'une pression dans un moule et en  chauffant la     masse    compacte.

   L'invention a  pour but. d'obtenir des aimants présentant,       dans    la direction la plus favorisée par     l'aniso-          tropie    de l'alliage, une     coereivité,    une réma  nence et une énergie,     (BH)I".t@,    très élevée.  



  Dans une publication de D. A. Olivier et  J.      .        Shedden,        parue    dans le numéro de  Na  ture  du 30 juillet 1938 (p. 209), il a été  proposé de conférer des caractéristiques aniso  tropes à un alliage pour aimants permanents  du type     Alnico,    en soumettant l'alliage à  l'action d'un champ magnétique tout en le  refroidissant. à partir d'une température éle  vée, par exemple 1200  et, depuis lors, on a  appliqué ce traitement, sur une grande  échelle, aux alliages pour aimants suscepti  bles de prendre     \des    caractéristiques aniso  tropes.  



  Dans le brevet     anglais    N      496'774,    on a  proposé d'ajouter du niobium (désigné aussi       sous    le nom de     columbium),    aux alliages pour  aimants permanents du type     Alnico        (comme       il est dit dans les brevets     anglais    Nos 431660  et     439543)    en vue de réduire les effets nui  sibles de l'altération par le carbone des pro  priétés magnétiques de l'alliage.  



  Mais les aimants décrits dans le brevet       anglais    N      496774    ne sont. pas des aimants  anisotropes, car ils ne sont. soumis à aucun  traitement pour les rendre anisotropes.  



  Le procédé selon la présente invention est       caractérisé    en ce que l'on soumet un alliage  du     type        Fe-Ni-Al-Co-Cu,    contenant en outre  du     niobium    en proportion comprise entre 0,48  et 3,25  /a, à l'action d'un champ magnétique  pendant qu'on le refroidit d'une température  à laquelle le fer se trouve à l'état d'un réseau  cristallin cubique centré, en passant par le  point de Curie de l'alliage, et en ce que l'on  fait. ensuite recuire l'alliage pendant au moins  une heure.  



  Le point de Curie est. la température à la  quelle l'alliage change, en se refroidissant, de  l'état     paramagnétique    à. l'état. ferromagné  tique. Pour les alliages du type     Fe-Ni-Al-          Co-Cu        (Alnico)    servant à. la fabrication de  l'aimant. selon l'invention, le point de Curie  se trouve aux environs de     840     C. Une tem  pérature à laquelle le fer de l'alliage subsiste  dans     celui-ci    sous forme d'un réseau cristal  lin cubique centré est, dans la suite, désignée       ,simplement    par  température de solution .

    Pour les alliages du type en question, il existe  deux intervalles de  températures de     sohi-          tion ,    l'un situé entre 1200 et 1300  C et      l'autre situé entre 850 et 950  C. Le recuit  est une opération destinée à  vieillir  rapide  ment l'alliage ou autrement, dit lui  traite  ment de vieillissement .  



  Les aimants     obtenus    ont. généralement,  dans une certaine direction, une     coercivité     supérieure à 630     cersteds,    une rémanence éle  vée     dépassant    11000 gauss et une énergie,       (BH)",;",    dépassant 3,8 X     10s        gauss-oersteds.     On pourra ajouter à l'alliage     Alnico    conte  nant ledit pourcentage de niobium, du tan  tale, la somme du niobium et du tantale ne  dépassant, pas, de préférence, le 60/0.  



  Les effets, sur les propriétés magnétiques  des alliages du type     Alnico,    de l'addition de  niobium, qui a lieu, en général, sous forme de       ferro-niobium,    sont, en gros, tels que des       additions        allant        jusqu'à        environ        1%        semblent     conférer la valeur d'énergie la plus élevée une  fois que les alliages ont été rendus aniso  tropes. Ces additions, tout en augmentant la       coercivité,    n'affectent pas de façon très mar  quée les     valeurs    ide la. rémanence ou du       (BH)",a,    des alliages.

   Ensuite, l'augmentation  des additions de niobium provoque     toujours     encore une amélioration progressive,     étonxiain-          ment    rapide, des chiffres de la     coereivité,     tandis que la chute du     (BH)",a,    et de la. ré  manence est, tellement plus petite que ce à  quoi l'on pouvait s'attendre d'après l'expé  rience avec une augmentation de la.     coerci-          vité    dans les alliages     Alnico    connus, qu'avec  une addition d'environ     2,71/e    de niobium, on  peut obtenir un aimant permanent ayant une       coercivité    allant jusqu'à.

   750     aersteds,    avec une  valeur de rémanence élevée d'environ 10 950  gauss et une valeur d'énergie     (BH)ma,,    de       1-,28    X     10s        gauss-oarsteds    qui, à cette     coer        civité,     est très nettement plus élevée que ce qu'il a  été possible d'obtenir actuellement, à     partir    de  n'importe quel alliage     nickel-aluminium,    qu'il  soit anisotrope ou isotrope.

   La     eoercivité    reste  sensiblement     constante    lorsqu'on augmente les       pourcentages        de        niobium        jusqu'à    5     %        ou        plus,          mais        des        pourcentages        dépassant.        3,25        %        pro-          voquent    une diminution si considérable des  chiffres du     (BH)",

  a@    et de la rémanence qu'ils  doivent être exclus dans le but de la     présente       invention. L'alliage utilisé peut contenir, par  exemple, en plus du fer et des impuretés     habi-          tuelles        (C,        P,        Cr,        Mn,        11o),        10    à     30        %        de          nickel,    6     à.        110!o        d'aluminium,

          12        à.        30        %        de          cobalt        et.        0,5    à 8     %        clé        cuivre,        et        on    y     doit     ajouter le     niobilun    en quantités allant de     0,-t8          à.        3,

  25%.        Un        alliage        préféré        contient        13,5%          de        nickel,    8     %        d'aluminium,        21,5        %        de        co-          balt,    3     %        (le        cuivre        et        2,

  7        %        de        niobium.        Au          lieu        de        2,7        %        de        niobium,        l'alliage        ne        peut        en          contenir        que        1,5        %,        s'il        contient        encore        1,

  5        %     de tantale.    L'addition clé niobium a encore pour  effet de rendre l'alliage moins     sensible    à     des     variations dans la vitesse de refroidissement,  depuis une     température    de solution     jusqu'au-          dessous    du point de Curie. Cette vitesse peut  varier de 0,2 à 5  C par seconde, mais elle     est,     de préférence, comprise entre 0,5 et 1,5  C  par seconde.  



  En général,     plus    la vitesse de refroidisse  ment est faible, plus la     coercivité    sera élevée,  tandis que la rémanence et le     (BH)",a,    seront       relativement.    plus faibles. Par contre, plus le  refroidissement est rapide, plus la rémanence  et le     (BH)",a,    seront grands, tandis que la       coer        civité    sera. relativement plus faible.

   Par  suite, il est. avantageux     d'utiliser    des     vitesses     de     refroidissements    faibles pour des aimants  très courts et d'augmenter la vitesse pour des  aimants plus     longs.     



  En outre, il est     généralement    bon de ré  duire la vitesse de     refroidissement    lorsqu'on  réduit la teneur en nickel et de l'augmenter,  lorsqu'on réduit la teneur en aluminium et  inversement.    Pour démontrer le rôle joué par le     nio-          binin.    dans la mise en     oeuv        re    de l'invention, on  a préparé des éprouvettes d'un alliage     Alnico          typique,        renfermant.        13,5%        de        nickel,        81/o     d'aluminium, 24,

  5 de cobalt et     31/o    de cuivre,  dont.     eba.cune    contenait un autre pourcentage  de niobium. L'éprouvette     N     1 ne contient pas  de Nb et ne figure ici qu'à titre de comparai  son. Les alliages des éprouvettes N ' 2 à 4  peuvent, être utilisés pour réaliser des     formes     d'exécution du     procédé    suivant l'invention.      Le tableau I ci-dessous donne la composi  tion réelle des éprouvettes, le solde, dans    chaque cas, étant du Fe, avec des impuretés  ne     dépassant    pas 1     1/a.    .

    
EMI0003.0003     
  
    <I>Tableau <SEP> I:</I>
<tb>  Composition
<tb>  Eprouvette <SEP> No <SEP> Cu <SEP> Ni <SEP> A1 <SEP> Co <SEP> Nb
<tb>  1 <SEP> 3,09 <SEP> 13,44 <SEP> 8,14 <SEP> 24,37 <SEP>   2 <SEP> 2,87 <SEP> 13,30 <SEP> 8,30 <SEP> 24,72 <SEP> 0,49
<tb>  3 <SEP> 3,19 <SEP> 13,30 <SEP> 8,08 <SEP> 24,60 <SEP> 0,82
<tb>  4 <SEP> 3,15 <SEP> <B>1</B>3,62 <SEP> 8,58 <SEP> 24,72 <SEP> 2,70       Ces éprouvettes avaient les     mômes    dimen  sions 40 X 35 X 10 mm, et. étaient meulées  seulement. sur leurs extrémités de contact. On  les a toutes chauffées à une température de  solution élevée de 1250 , puis refroidies dans  un champ magnétique dirigé suivant leur  dimension de 40 mm, à une vitesse moyenne  de 0,5  C par seconde, jusqu'à 600  C, ce qui  leur confère des propriétés magnétiques aniso  tropes.

   On a ensuite soumis les éprouvettes à  une opération de vieillissement dans laquelle  on les a     recuites        pendant    une heure à 680  C  et refroidies au four à     -100     C, dans une pé  riode de 22 heures, après quoi on les a. magné  tisées et essayées suivant l'axe préféré qui  était celui de la dimension de 40 mm.  



  Les propriétés magnétiques que possé  daient alors ces éprouvettes sont. indiquées  dans le tableau II ci-dessous:  
EMI0003.0008     
  
    <I>Tableau <SEP> II:</I>
<tb>  Refroidie <SEP> dans <SEP> un <SEP> champ <SEP> magnétique
<tb>  de <SEP> 1250 <SEP> à <SEP> 600  <SEP> C <SEP> à <SEP> une <SEP> vitesse <SEP> moyenne <SEP> de
<tb>  0,5  <SEP> C <SEP> par <SEP> seconde:
<tb>  Eprouvette
<tb>  N- <SEP> Rémanence <SEP> Coercivité <SEP> (BH)n,a#,
<tb>  1 <SEP> 11.970 <SEP> 609 <SEP> 3,93 <SEP> X <SEP> 10<B>6</B>
<tb>  2 <SEP> <B>112080</B> <SEP> 622 <SEP> 4,26 <SEP> X <SEP> <B>101;</B>
<tb>  3 <SEP> <B>12030</B> <SEP> 646 <SEP> -1,27 <SEP> X <SEP> <B><I>1</I></B>0E
<tb>  4 <SEP> 11020 <SEP> 726 <SEP> 3,74 <SEP> X <SEP> 10r            1)i1    a     soumis    des éprouvettes identiques à.

    des traitements analogues ne différant que  par la vitesse de refroidissement de la.     tempé-          rature    de     solution    élevée de 1250  C jusqu'à.  600      (.'.    dans un champ magnétique.  



  Dans une série d'essais, cette     vitesse    de       refroidissement    a été de     1,0     C par seconde    et le tableau III indique les propriétés magné  tiques qu'avaient alors ces éprouvettes.  
EMI0003.0018     
  
    <I>Tableau <SEP> III:</I>
<tb>  Refroidie <SEP> dans <SEP> un <SEP> champ <SEP> magnétique
<tb>  de <SEP> 1250 <SEP> à <SEP> 600  <SEP> C <SEP> à <SEP> une <SEP> vitesse <SEP> moyenne <SEP> de
<tb>  1,0  <SEP> C <SEP> par <SEP> seconde:
<tb>  Eprouvette
<tb>  No <SEP> Rémanence <SEP> Coercivité <SEP> (BH)@a\
<tb>  1. <SEP> 12200 <SEP> 635 <SEP> .1,46 <SEP> X <SEP> 10<B>1;

  </B>
<tb>  2 <SEP> <B>12330</B> <SEP> 657 <SEP> 4,66 <SEP> X <SEP> <B>10-</B>
<tb>  <B>3 <SEP> 12050</B> <SEP> 670 <SEP> .1,48 <SEP> X <SEP> <B>10-</B>
<tb>  4 <SEP> 1.1000 <SEP> 728 <SEP> 3,85 <SEP> X <SEP> 101,       Dans une autre série d'essais, la vitesse de  refroidissement de 1250 à 600  C a été de  1,5  C par seconde, le traitement étant en  outre identique, y compris bien entendu le  traitement de vieillissement; le tableau IV  indique les propriétés magnétiques de ces  éprouvettes.

    
EMI0003.0019     
  
    <I>Tableau <SEP> IV:</I>
<tb>  Refroidie <SEP> dans <SEP> un <SEP> champ <SEP> magnétique
<tb>  de <SEP> 1250 <SEP> à <SEP> 600  <SEP> C <SEP> à <SEP> une <SEP> vitesse <SEP> moyenne <SEP> de
<tb>  <B>1,5'l</B> <SEP> C <SEP> par <SEP> seconde
<tb>  Eprouvette
<tb>  No <SEP> Rémanence <SEP> Coercivité <SEP> (B%a,
<tb>  1 <SEP> 12400 <SEP> 6<B>1</B>.8 <SEP> 4,79 <SEP> X <SEP> 106
<tb>  <B>12500</B> <SEP> 621 <SEP> -1,85 <SEP> X <SEP> 1.0 
<tb>  3 <SEP> 12200 <SEP> 637 <SEP> 4,61 <SEP> X <SEP> 10 
<tb>  4 <SEP> <B>1.0950</B> <SEP> 703 <SEP> 3,98 <SEP> X <SEP> 10<B>'</B>       Dans une autre série     d'essais,    on a sou  mis des     éprouvettes    identiques à     lui    traite  ment,

       analogue    dans lequel la     vitesse    de re  froidissement dans un     eliamp    magnétique a  été de 1,5  C, mais après l'opération de vieil  lissement, on a recuit les éprouvettes à 560  C      pendant encore 16     heures    et on a trouvé  qu'elles avaient alors les propriétés magnéti  ques indiquées dans le tableau V.

    
EMI0004.0002     
  
    <I>Tableau <SEP> V:</I>
<tb>  Refroidie <SEP> dans <SEP> un <SEP> champ <SEP> magnétique <SEP> à <SEP> une
<tb>  vitesse <SEP> moyenne <SEP> de <SEP> <B>1.,51,</B> <SEP> C <SEP> par <SEP> seconde. <SEP> Opéra  tion <SEP> de <SEP> vieillissement <SEP> suivie <SEP> d'un <SEP> recuit <SEP> à.
<tb>  560  <SEP> C <SEP> pendant <SEP> 16 <SEP> heures:
<tb>  Eprouvette
<tb>  Rémanence <SEP> Coercivité <SEP> (BH),n;"
<tb>  1 <SEP> <B>12380</B> <SEP> 624 <SEP> 4,85 <SEP> X <SEP> 108
<tb>  2 <SEP> <B>12250</B> <SEP> 630 <SEP> 4,86 <SEP> X <SEP> 108
<tb>  3 <SEP> 12200 <SEP> 658 <SEP> -1,78 <SEP> X <SEP> 10';

  
<tb>  4 <SEP> <B>10950</B> <SEP> 752 <SEP> 4,25 <SEP> X <SEP> 1.08       On a ensuite meulé deux de ces éprou  vettes, les     Noy    3 et. 4, sur toutes leurs faces  et on les a     réessayées,    ce qui a donné les carac  téristiques améliorées ci-dessous  
EMI0004.0005     
  
    <I>Tableau <SEP> VI:</I>
<tb>  Après <SEP> meulage <SEP> sur <SEP> toutes <SEP> les <SEP> faces:
<tb>  Eprouvette
<tb>  Rémanence <SEP> Coercivité <SEP> (BH)I";

  ,_,
<tb>  3 <SEP> 12200 <SEP> 661 <SEP> 4,86 <SEP> X <SEP> 108
<tb>  11 <SEP> 170 <SEP> 752 <SEP> 4,38 <SEP> X <SEP> 10'1       Sur le dessin annexé, qui est un dia  gramme correspondant au tableau V, la ligne  pointillée     =1        représente    les différentes valeurs  de la     coercivité,    la ligne en trait plein II  celles de la rémanence et la ligne en trait  mixte C. celles de     (BH)        ",;",    obtenues en aug  mentant la quantité de niobium dans un  alliage de base     Alnico,    comme indiqué dans le  tableau I.

   La région entre les deux lignes ver  ticales passant par     0,4811/o    Nb et.     3,251/o    Nb  représente les     propriétés        d'aimants    obtenus  par des formes de réalisation du procédé selon  la présente invention.  



  On a traité d'autres échantillons de  l'éprouvette<B>NI,</B> 4, comme indiqué par les ta  bleaux III et II,     c'est-à-dire    que les vitesses  de refroidissement. dans le champ magnétique  de     12:50    à<B>6000</B> C ont. été respectivement de  1 et 0,5  C par seconde, mais, après la, pre  mière opération de vieillissement dans laquelle  on les a recuits pendant an moins une heure    à 680  C et refroidis au four à 400  C en  22 heures, on les a recuits à 560  C pendant  encore 16 heures.

   L'éprouvette refroidie à  1  C par seconde avait alors, après aiman  tation, une rémanence de 10 900     gauss,    une       coereivité    de 784     aersteds    et un     (BH)"",,,    de       -1,04        X        10'@        gauss-cersteds.        L'éprouvette    refroi  die à.

       0,5    <B>C</B> par seconde avait une rémanence  de 10     9.10    gauss, une     eoercivité    de 785     cersteds     et un     (BH)",y,    de     -1,05    X 108     gauss-oersteds.     Ces résultats montrent que des différences  relativement grandes clans les vitesses de     re-          froidissement,    dans le champ     inannétique,

      ont  peu d'influence sur les caractéristiques     ma-          gnétiques    d'un alliage     Alnico    contenant     envi-          ron    3     %        de        niobium.        D'une        faon        générale,        les     meilleurs résultats sont. obtenus lorsqu'on re  cuit l'alliage pendant au moins une heure  entre 650 et<B>7000</B> C et.     lorsqu'on    le refroidit  ensuite au four jusqu'à     350--150o    C dans une  période de 20 à 24 heures.

   Ensuite on peut  encore une fois recuire l'alliage pendant 15 à  17 heures entre 540 et<B>5800</B> C.  



  Dans l'application de l'invention, le car  bone, le phosphore, le chrome, le     manganèse     et. le     molybdène    sont considérés comme des  impuretés habituelles et ils ne doivent pas  être présents en quantités     supérieures    en     tout          à.        1%.     



  Toutefois, si on le désire, on peut ajouter,  en quantités ne dépassant pas un total de 5     0/0,     un ou plusieurs des éléments: silicium, argent,  soufre, titane, tungstène, vanadium ou zirco  nium, en plus du tantale cité plus haut.  



  Tous les autres éléments sont essentielle  ment des impuretés et il ne faut pas les ajou  ter intentionnellement.  



       Lorsqu'on    applique la variante du pro  cédé selon l'invention dans laquelle on refroi  dit .l'alliage, dans un champ magnétique, à  partir d'une température de solution relative  ment faible, il faut avoir soin que la tempé  rature du commencement de     refroidissement     dans le champ magnétique soit.     au-dessus    du  point de Curie de l'alliage     particulier    à  traiter.  



  Dans une autre éprouvette contenant     Pe,     Ni, Al, Co et Cu, sensiblement dans     les         mêmes proportions que dans les éprouvettes  au niobium     ci-dessus    décrites, il y avait     envi-          ron        1,5%        de        niobium        et,        en        outre,        environ          1,5'/o    de tantale et, après refroidissement en  passant par le point de Curie, à partir d'une  température de solution, puis vieillissement,

    l'aimant avait une     coercivité    d'environ 800       aprsteds,    une     rémanence    d'environ 10 000     gauss     et une valeur d'énergie     cl'environ    3,8     ? <     10'       gattss-cersteds.

Claims

REVENDICATION I: Procédé de fabrication d'un aimant per inanent anisotrope, caractérisé en ce due l'on soumet un alliage du tpe Fe-Ni-Al-Co-Cu, contenant. en outre du niobium en proportion comprise entre 0,48 et 3,25%, à l'action d'un champ magnétique pendant. qu'on le refroidit d'une température à laquelle le fer se trouve à l'état d'un réseau cristallin cubique centré, en passant par 1e point de Curie de l'alliage, et en ce que l'on fait ensuite recuire l'alliage pendant au moins une heure. <B>SOUS-REVENDICATIONS:</B> 1.

Procédé selon la. revendication I, carac térisé en ce qu'on emploie un alliage conte- nant 10 à 30 % de nickel, 6 à 11% d'alumi- nium, 12 à 30 % de cobalt et 0,5 à 8 0/0 de cuivre. 2.

Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce qu'on emploie un alliage conte nant en outre du tantale, la somme du nio bium et du tantale présents ne dépassant pas 6%. 3. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce qu'on emploie un alliage conte- nant. 13,5 % de nickel, 8 % d'aluminium, ?4,5 % de cobalt,

3 % de cuivre et 2,7 % de niobium. 4. Procédé selon la revendication I, earac- térisé en ce qu'on emploie un alliage conte- nant 13,5 % de nickel, 8 % d'aluminium, '?4,

5 % de cobalt, 3 % de cuivre, 1,5 % de niobium et 1,5 % de tantale. 5. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce qu'on refroidit l'alliage à une vi tesse moyenne de 0,5 à 1,5 C par seconde pendant qu'on le soumet à. l'action du champ magnétique. 6.

Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce qu'on recuit l'alliage pendant au moins une heure entre 650 et 700 C et en ce qu'on le refroidit. au four jusqu'à 350 à 450 C dans une période de 20 à 24 heures. 7. Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'on recuit ensuite l'alliage encore une fois pendant 15 à 17 heures entre 540 et 580' C. REVENDICATION II: Aimant permanent fabriqué par le pro cédé selon la revendication I. SOUS-REVENDICATION 8.

Aimant selon la revendication II, caTac- térisé en ce qu'il présente une coercivité supé rieure à 630 oersteds, une rémanence d'au moins 11000 gauss et un (BI3)ma, supérieur à 3,8 X 100 gauss-#rsteds.