Brevet FR2237971A1 — publié le 19750214

La présente invention concerne un alliage antimagnétique à base d'aluminium, notamment pour des dispositifs électriques ou magnétiques. L'invention concerne également le procédé de fabrication d'un tel alliage. On sait que dans des dispositifs qui fonctionnent suivant un principe magnetique ou électrique, il est essentiel de réduire l'action perturbatrice exercee par les constituants sur le champ magnetique ou électrique à mesurer. Cette action perturbatrice est proportionnelle au moment résultant de dipôle du constituant, ce qui est défini par la relation suivante: P = V XHo, ou: V = volume du constituant, Ho = champ magnétique exterieur et x = susceptibilité magnétique rapportée à l'unité spatiale. En conséquence, le champ exercé par les moments magnétiques de dipôle induits dans les différents constituants du dispositif perturbe le champ magnétique à mesurer d'autant moins que la susceptibilité du matériau du constituant est plus faible. Egalement, la grandeur du moment de dipôle dépend du volume du constituant, qui peut être d'autant plus faible que le matériau presente une plus grande résistance mécanique. Dans ce but, on a cherché à élargir d'une façon générale le domaine d'application des alliages antimagnêtiques. Les bronzes au béryllium forment le groupe le plus connu d'alliages antimagnétiques. La susceptiblité d'un bronze au béryllium est assez favorable et il est courant d'avoir des valeurs inferieures à O,5.1O6 cgs/cm ; cependant, ce matériau présente un inconvénient du fait de son poids spécifique élevé et de sa fabrication coûteuse. Un autre inconvénient du bronze au beryllium consiste en ce que sa résistance à la corrosion est relativement faible. On sait également que, bien que l'aluminium ne soit pas bien magnétisable, les alliages fabriqués a partir de ce corps présententdespropriétés magnétiques qui sont assez défavorables. A l'heure actuelle, on ne sait pas fabriquer et utiliser des alliages d'aluminium presentant de bonnes propriétés magnétiques, c'est-à-dire une susceptibilité magnétique assez faible. L'application de l'aluminium et de ses alliages à des domaines magnetiques est évidemment limitée du fait que les paramètres technologiques et physiques qui déterminent les proprietes magnetiques de l'aluminium et de ses alliages ne sont pas bien connus.Il en résulte qu'on n'a pas réussi à conferer aux alliages d'aluminium des propriétés magnetiques optima. L'invention a pour but de fournir un alliage ou un groupe d'alliages peu coûteux dont les propriétés magnétiques se rapprochent de celles des bronzes au béryllium et qui présentent simultanement une résistance à la corrosion nettement ameliorée. L'invention concerne également un procédé permettant de fabriquer les alliages d'aluminium precités d'une maniere simple, sûre et à peu de frais. Ce probleme est resolu suivant l'invention à l'aide d'un alliage antima gnétique qui contient de 2 à 4,5% de magnésium, le cas échéant du lithium dans un rapport stoechiometrique de 1 a 1,2% ou bien de 7 à 8% de zinc: La teneur totale en manganèse et en chrome dans l'alliage peut s'elever au maximum à 0,149. Pour obtenir l'alliage selon l'invention, on procède, après la coulée, l'homogénéisation et formage sous pression, au traitement de durcissement et au dernier traitement thermique de façon telle que l'alliage soit refroidi à une température supérieure à la limite de cristallisation du mélange mixte de substitution jusqu'à la température ambiante et, le cas échéant, on lui fait subir un revenu dans le domaine compris entre la temperature ambiante et la temperature supérieure de la condition de zone. L'invention est basee sur la connaissance que la pureté du matériau de base d'un alliage d'aluminium n'a pratiquement pas d'influence sur la valeur de la susceptibilité alors que, par contre, certains constituants d'alliage réduisent la susceptibilité magnétique, notamment le lithium, le magnésium et le zinc, dans le cas où ils existent à l'état dissous, ou lorsqu'ils forment des zones dites de "GUINIER-PRESTON". Cet effet de réduction de susceptibilité depend de la structure spéciale des électrons de l'aluminium. Les- atomes précités modifient la structure car le nombre de leurs électrons de valence est différent de celui de l'aluminium et, lorsqu'ils sont incorporés à l'aluminium, ils forment sa structu-re cristalline. La modification de la structure électronique entraîne une variation des caractéristiques physiques correspondantes et il se produit une variation de la susceptibilité magnétique. Cet effet de reduction de la susceptibilité présente une limite théorique inférieure qui dépend de la limite de solubilité des constituants de l'alliage et des propriétes de la structure electronique. Cette limite inferieure correspond pour des alliages à base d'aluminium classiques à une susceptibilité magnétique volumique d'une valeur de 0,8-10 6gcs/cm3. Avec le procédé de l'invention, on peut obtenir que la quantité totale des constituants d'alliage forme des zones ou des cristaux mixtes de substitution, ce qui produit les propriétes magnétiques favorables et, simultanément, les caracteristiqueswmecaniques correspondantes. Si ces constituants d'alliage forment une phase séparée, l'effet de reduction de susceptibilité diminue ou, en termes plus précis, il est réduit d'un ordre de grandeur; également, les traitements thermiques qui entraînent une hétérogénéisation altèrent la susceptibilité de l'alliage. En outre, le manganèse et le chrome, même en faibles quantités, altèrent la susceptibilité. L'invention va entre expliquée dans la suite en référence à des exemples de réalisation donnés à titre non limitatif. EXEMPLE 1 On fabrique un alliage d'aluminium contenant duzinc et du magnésium à partir d'un matériau de base constitué par de l'aluminium pur à 99,5%. On obtient un alliage contenant 7,5% de zinc et 2,0% de magnésium, la teneur totale en manganese et en chrome étant de 0,07g. L'alliage est fabriqué par un procédé de filage semi-continu, puis il est homogénéisé pendant 12 heures à une température de 470 à 480 C et il est refroidi à l'air. Ensuite, le ma -tériau est soumis à une operation de formage utilisant des paramètres clas siquement employes lors du formage d'alliages d'aluminium à haute teneur en zinc.Des eprouvettes d'un diamètre de 10 mm sont maintenues à une température de 480 C pendant une période de 50 minutes et ensuite refroidies à l'eau pour augmenter leur dureté. La dernière phase de traitement thermique est répétée deux fois. Une partie des éprouvettes est soumisse à;un revenu à 1200C pendant une période de 12 heures, et le traitement thermique de la partie restante est effectué par stockage des éprouvettes à la température ambiante, pendant une duree de 3 mois. On a indiqué dans le TabTeau I les propriétés mécaniques et magnétiques des alliages antimagnétiques finaux. TABLEAU I Matériau Ce ,2 G X kg/mm2 kg/mm2 cgs/cm3 Revenu - ................... 40-42 48-50 1,25.10-6 Traitement par stockage .. 25-26 38-40 1,2 .10-6 EXEMPLE 2 On fabrique un alliage contenant du lithium et du magnesium à partir d'un aluminium de base de 99,5% de pureté. On obtient un alliage contenant 1,1% de lithium et 4,05% de magnésium, la teneur totale en manganese et en chrome étant de 0,06%. L'alliage est fabriqué par filage semi-continu avec utilisation d'un flux contenant 50% de chlorure de potassium et 50% de chlorure de lithium.L'alliage est soumis à une phase d'homogénéisation pendant 12 heures à 500-5100C, puis refroidi à l'air. Ensuite, on effectue le formage en adoptant la technologie décrite dans l'Exemple 1. On augmente la dureté d'éprouvettes d'un diametre de 20 mm en les maintenant à 510 C pendant 60 minutes. Les propriétes mecaniques et magnétiques de l'alliage final sont indi quées dans le Tableau II-ci-dessous. TABLEAU II #0,2 # # kg/mm2 kg/mm2 cgs/cm3 10-12 24-25 9,9-10 6 EXEMPLE 3 On fabrique un alliage contenant du magnésium à partir d'un aluminium de base de 99,5% de pureté. On obtient un alliage contenant 4,5% de magnesium, la teneur totale en manganèse et en chrome étant de 0,07%. La coulée de l'alliage et son formage sont realises-comme dans l'Exemple 1. On obtient des éprouvettes d'un diametre de 25 mm. On effectue ensuite un traitement de durcissement à 540 C pendant 1 heure, cette-phase étant suivie par un refroidissement à l'eau. Les propriétés mecaniques et magnétiques de l'alliage final sont indi quées dans le Tableau III. TABLEAU III #0,2 # # kg/mm2 kg/mm2 - cgs/cm3 10-12 24-25 9,9-10 6 Les tableaux montrent clairement que les propriétés magnétiques obtenues sont favorables et correspondent à des caractéristiques de résistance également intéressantes. Bien que la susceptibilite magnétique soit légèrement superieure à celle des bronzes au béryllium, le poids spécifique plus faible permet de réduire d'environ cinq fois les frais de fabrication; -en outre, du fait des meilleures proprietés de résistance à la corrosion des alliages d'aluminium, on peut les utiliser dans des applications où il est essentiel d'avoir, en plus des propriétés magnétiques intéressantes, un poids spécifique plus fai -ble, des frais de fabrication moins élevés et une meilleure résistance à la corrosion. La susceptibilité magnétique des alliages de l'invention est comprise entre environ 1/2 et 3/10 de la susceptibilité des alliages d'aluminium connus, de sorte que l'effet perturbateur exercé sur un champ magnétique, c'est-à-dire l'erreur de mesure obtenue sur un dispositif peut être réduite d'un tiers à trois dizièmes grâce à l'utilisation de ces alliages. Bien-entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. Elle est susceptible de nombreuses modifications et autres variantes, accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Alliage antimagnetique à base d'aluminium, caractérisé en ce qu'il contient de 2 à 4,5% de magnésium et, le cas échéant, de 1 à 1,2% de lithium ou bien de 7 à 8% de zinc dans un rapport stoechiométrique et en ce que la teneur totale en manganèse et en chrome s'élève au maximum à 0,1%. 2.- Procédé de fabrication de l'alliage suivant la revendication 1, faisant intervenir des opérations de coulée, d'homogénisation, de formage, de durcissement et un traitement thermique final, caractérisé en ce que le dur cissement et le traitement thermique final sont effectués de manière que la quantité totale des constituants de l'alliage forme des zones ou des cristaux mixtes de substitution, c'est-à-dire que l'alliage est refroidi d'une tempé- rature supérieure à la limite de formation des cristaux mixtes de substitution jusqu'à la temperature ambiante, puis il est durci et, le cas échéant, il subit un revenu dans un domaine compris entre la température ambiante et la temperature limite supérieure de l'état de structure à zones. 3.- Procédé selon la revendication 2,. pour fabriquer un alliage d'aluminium, de magnesium et de zinc, caractérisé en ce qu'on durcit l'alliage en le soumettant à un rechauffement à 480"C pendant 30 à 60 minutes, selon les dimensions, et en le refroidissant ensuite à l'eau, après quoi on soumet l'alliage à un revenu à 1200C pendant 12 heures. 4.- Procédé selon la revendication 2, pour fabriquer un alliage d'aluminium, de magnésium et de lithium, caractérisé en ce qu'on durcit l'alliage en le soumettant à un réchauffement à 5100C pendant 30 à 60 minutes, selon les dimensions, puis à un refroidissement à l'eau. 5.- Procéde selon la revendication 2, pour fabriquer un alliage d'aluminium et de magnésium, caractérisé en ce qu'on durcit l'alliage en le soumettant à un réchauffement à 5400C pendant 30 à 60 minutes, selon les dimensions, puis à un refroidissement à l'eau.