Brevet FR2001001A1 — publié le 19690919

i 2001001 On sait, qu'il est désirable» dans la fabrication des aimants permanents en alliage fer-aluminium-nickel-cobalt» avec ou sans cuivre et niobium» de mouler les alliages de manière à obtenir une structure cristalline colonnaire, étant donné que 5 cette structure offre les avantages les plus grands d,anisotropie magnétique lorsque l'alliage est finalement aimanté# Un dosage méticuleux de la composition des alliages est essentiel si on veut que ces derniers présentent une bonne croissance cololïnaire pendant la solidification et que les pro- ■JO priétés magnétiques globales des alliages ne soient pas altérées* On sait, depuis longtemps, que la présence de titane entraîne une augmentation de la coercivité de ces alliages et que le niobium peut remplacer une partie du titane présent, bien qufenl'absence de titane/niobium ne confère pas une coercivité au degré élevé 15 pouvanteêtre obtenu avec le titane. Toutefois, le titane et le niobiïnn: ont une influence nuisible sur la croissance des cristaux colcdnaires « On sait aussi, comme J. Harrison et ¥# Wright l'ont décrit dans un article publié dans "Gobait*, n* 35 de Juin 1967» 20 pages 63-68, que l'addition de soufre permet d'obtenir une structure colonnaire malgré la présence de titane en quantités atteignant 856, Néanmoins, la quantité de soufre nécessaire, à savoir ou-plus, est très préjudiciable aux propriétés magnétiques des pièces moulées. Une étude plus récente, décrite dans un article 25 par Y. Kamata et T. Atibo dans Nippon Kinzolcu Galdcai Zasshi en 1967, n* 31* pages 1053-1057» a montré que le produit des pourcentages d'aluminium et de titane (Al x Ti) est un facteur important et, qu'à mesure que le rapport entre ce produit des pourcentages et le soufre augmente, l'obtention d'une structure colonnaire 30 devient plus difficile, voire impossible. Kamata et Anbo ont montré aussi que si l'on introduit du carbone aussi bien que du soufre, on peut obtenir des structures colonnaires avec des valeurs plus élevées de (Al x Ti). Bien que 1*addition de soufre soit avantageuse pour 35 favoriser la cristallisation colonnaire, le soufre a tin effet nuisible sur les propriétés magnétiques. Pour cette raison, des tentatives, comprenant une fusion sous vide, ont été faites pour favoriser une cristallisation colonnaire dans des alliages contenant du titane sans utilisation de soufre, mais ces tentatives kO n'ont pas été couronnées de succès. Harrison et Wright ont signalé 01990 2 2001001 que " Les alliages fondus sous vide» moulés dans des moules exothermiques, ne présentent pas, par rapport aux alliages de même composition fondus sous atmosphère ordinaire, une tendance plus grande à prendre une structure colonnaire". Kamata et Anbo ne semblent pas avoir pris en considération la fusion sous vide» La présente invention est basée sur la découverte surprenante que 11 on peut obtenir une cristallisation colonnaire grâce à la présence de carbone seul, sans soufre, si, les alliages sont maintenus sous vide avant d'être moulés» Les alliages qui répondent à ce traitement sont ceux contenant de 5 à 11# d'aluminium, de 7 à 25# de nickel, de 20 à 55# de cobalt, de 1 à 6,5# de titane, de O à 10# de cuivre et de 0 à 4# de niobium, le complément, à l'exception des impuretés, étant du fer» Comme il est bien connu, le niobium d'origine commerciale contient généralement un peu de tantale et, chaque fois que dans la présente demande on se réfère au niobium, on sous— entend la quantité totale de niobium et de tantale» Conformément à la présente invention, on soumet au vide un bain contenant tous les constituants de l'alliage, êt l'exception du titane et de l'aluminium, mais comprenant une quantité de carbone faible mais efficace, l'oxyde de carbone formé par réaction étant ainsi éliminé, on ajoute du titane et de l'aluminium et on maintient le bain, pendant au moins deux minutes, sous vide avant de le Couler dans une lingotièrei Dans le procédé préféré, on effectue la fusion réelle en présence d'un gaz inerte, de manière à diminuer la violence du bouillonnement de carbone et d'oxygène, on soumet ensuite le bain au vide en faisant le vide dans le four, on ajoute l'aluminium et le titane en présence d'un gaz inerte et on soumet à nouveau le bain au vide» Le degré de cristallisation colonnaire dépend de la quantité de carbone. Même des quantités très faibles, par exemple 0,01# ou moins, sont efficaces, mais pour compenser les pertes provenant de la réaction avec des oxydes se trouvant dans les matières de charge pendant la fusion, il est nécessaire d'ajouter un supplément de carbone. Quand on utilise des matières de charges pures, comme par exemple du fer électrolytique, des granules de carbonyl nickel, des granules de cobalt, du cuivre électrolytique, un alliage nickel-titane-aluminium et de l'aluminium pur, la quantité de carbone que l'on ajoute est de préférence, comprise 69 01990 3 2001001 entre 0,0 4 et 0,15/6» mais elle peut atteindre 0,25#* De préférence, on incorpore le carbone dans la charge de base» par exemple sous forme de graphite ou d'un alliage de fer-carbone purs avant d'effectuer la fusion, 5 On peut couler les alliages suivant n*importe quelle manière classique utilisée pour produire des aimants comportant des cristaux coloJtnaires» par exemple dans un moule exothermique comportant un fond refroidi. Pour mettre en oeuvre la présente invention, il 10 est préférable de placer une charge contenant le fer, le cobalt, le nickel et le cuivre conjointement avec du carbone sous forme de graphite dans un creuset, se trouvant dans un four sous vide, de réduire la pression régnant dans le four jusqu'à 2 microns de mercure et d'introduire de l'argon jusqu'à une pression de 100 mm 15 de mercure• On fait fondre la charge sous cette pression de l'argon» et on diminue alors à nouveau la pression jusqu'à 2 microns de mercure, de manière à éliminer le gaz du bain* Eu égard à la difficulté que présente l'exécution de toute addition sous vide, on réintroduit ensuite de 1* argon jusqu'àune pression de 100 mm 20 de mercure, on ajoute l'aluminium et le titane et on réduit une fois encore la pression jusqu'à 2 microns* On maintient le bain & cette pression pendant dix minutes à 1650*0 avant qu'il soit £oulé* On effectue la coulée dans le four afin d'éviter tout contact «atre le métal en fusion et 1* oxygène ou l'azote avant ou 25 -pendant la coulée • Il y a intérêt à éviter qu'une déperdition de chaleur se produise par les côtés du moule «4, de ce fait, il est avantageux de mouler le bain dans un moule exothermique comportant un fond refroidi, à moins que le four ne soit costs» trait de manière qu'un moule préchauffé puisse être introduit sans 30 admission d'air* On introduit de l'argon dans le four jusqu'à une pression de 70O mm-de mercure avant la coulée ., sinon lé dégagement brutal des gaz à partir du moule exotheraique en présence de vide pourrait détruire le moule* Lorsque le métal a été coulé,,il y a intérêt à ouvrir le four dès que possible et à placer un com— 35 posé exothermique sur la partie supérieure du métal en fusion qu'on laisse alors au repos jusqu'à ce que la solidification soit terminée* Dans des lingots de 47,6mm de diamètre et de 152,4 mm de hauteur, la production d'une aone colonnaire de 50,Sam kO de hauteur est satisfaisante* On a indiqué dans lé tableau ci» 69 01990 4 2001001 dessous les compositions déterminées par analyse de deux lingots de ce genre obtenus conformément à la présente invention, ainsi que la quantité de carbone ajoutée au bain Initial et la hauteur de la zone colonnaire exprimée en millimètresi 5 . $ G ajouté à la charge de base Hauteur de la zone colomnaire (en mm) Compositic (i en chimique (Pe coame complément) > en noids) c Co Ti Cu Ni S Al 0,05 0,10 50,8 63,5 0,048 0,052 29,9 34,1 5,1 4,9 2,9 3,4 15,1 14,9 0,008 0,00% 7,6 6,8 Pour réaliser des aimants permanents, on peut effectuer thermiques les traiierasibs/et aimanter de la façon classique des parties esltiO* 15 naires de lingots obtenus confornement à la présente invention» Ainsi, on peut les ssomettre à un traitement thermique comprenant les phases de chauffage pour mise en solution, de refroidis a—bu t rapide, de chauffage dans un champ magnétique et de vieilli»»—lent isothermique et, ensuite, on peut les aimanter pour leur donner 20 de bonnes propriétés magnétiques permanentes» On a déterminé les propriétés magnétiques d*wn allia#»- n* 2 après une telle aimantation qui,.en fait, a consisté en un chauffage pour mise en solution pendant une heure à 1275*C, une trempe à l'huile, tm chauffage dans tin champ magnétique 25 de 3800 oersteds et un vieillissement pendant 32 heures à 5|0*Gi suivi d'un vieillissement pendant 32 heures a„ 560#G. On a chauffé Ces échantillons différents a des température® liff é- rentes dans le champ magnétiqùe» Les propriétés magnétiques obte~ nues à ces tesqiératurea différentes de chauffage sont les sui- 30 vantes t Température Rémanence Br (kilogauss) Produit (BQ) v max (Mégagauss-Oersteds) Force coei*si-tive , He (©erste*»} 799*C 11 .1 5,4 1080 , 812*0 11,4 11,4 1450 : 820* C 11.5 10,0 1370 ! 69 01990 5 2001001 REVENDICATIONS 1* Procédé de fabrication, d'un lingot présentant une structure cristalline colonnaire dftxn alliage contenant de 6 à 11# d'aluminium, de 7 à 25# de nickel, de 20 à 55# de cobalt» de 1 à 6,5# 5 de titane, de 0 à 10# de cuivre et de O à 4# de niobium, le complément, à l'exception du carbone et des impuretés, étant du fer, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il consiste à former un bain des constituants, à 1*exception du titane et de l'aluminium, et à y ajouter une quantité de carbone faible mais efficace, &. sou-10 mettre le bain à un vide, à ajouter le titane et l'aluminium, et à maintenir le bain sous vide pendant au moins 2 minutes avant d'effectuer la coulée dans une lingotière* 2* Procédé suivant la revendication 1 , dans lequel on fonte le bain initial en présence d'un gaz inerte puis on le soumet 15 à un vide, on ajoute le titane et l'aluminium en présence d'un gaz inerte, et, ensuite, on place à nouveau le bain sous vide et on l'y maintient avant le moulage* 3* Procédé suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel la quantité de carbone ajoutée aux métaux dans le bain initial est 20 au moins égale à 0,04#» km Procédé suivant la revendication 3, dans lequel la quantité de carbone ajoutée n'est pas supérieure à 0,15#* 5» Procédé suivant la revendication 1 essentiellement comme exposé en référence à l'exemple décrit ici* 25 6* Un lingot obtenu par un précédé suivant n'importe laquelle des revendications précédentes* 7. Un aimant réalisé à partir d'une partie colonnaire d'un lingot obtenu suivant la revendication 6*