Brevet FR2558085A1 — publié le 19850719

La présente invention concerne les pocédés et les dispositifs pour l'élaboration de rubans métalliques ou semi-métalliques de faible épaisseur et notamment de tels rubans ayant une structure microcristalline ou amorphe. Le procédé le plus simple pour fabriquer de tels rubans métalliques minces consiste à projeter un jet de mé- tal liquide sur un substrat mobile tel que la surface d'un rouleau métallique tournant à une vitesse circonférentielle supérieure à 10 m/seconde.Ce procédé est désigné par l'ex- pression anglaise " melt-spinning ". Un inconvénient essen- tiel de ce procédé résulte de la chute libre et de la vites- se relativement élevée du jet de métal liquide projeté sur le substrat, d'o il résulte des problèmes de stabilité de forme du jet lors de son impact et de sa solidification sur ce substrat.Il est de plus impossible de produire par ce procé- dé des rubans de largeur supérieure à 1 cm. On connaît également un procédé décrit en parti- culier dans le document FR-A-2 368 324 (77 31 659).Selon ce procédé,on fait couler le métal liquide à travers une fente dont la largeur varie de 0,2 à 1mm et dont la longueur peut être de plusieurs centimètres.Cette fente est placée à une distance du substrat mobile qui est inférieure à 1 mm,et le plus souvent de l'ordre de 0,1 mm ce qui permet de pallier l'inconvénient du premier procédé évoqué ci-dessus puisque le substrat sur lequel le métal se solidifie se trouve à une très faible distance de la fente par laquelle s'écoule le métal liquide.Cependant,ce procédé présente également de gra- ves inconvénients: il nécessite des conditions très parti- culières et très sévères en ce qui concerne l'usinage et l'état de surface des lèvres délimitant la fente.Ces lèvres sont soumises à une usure importante étant donné l'effet d'entrainement qui s'exerce sur le métal à proximité immédia- te de ces lèvres.Par ailleurs,il est également nécessaire que la roue qui constitue le substrat sur lequel se solidifie le métal présente des tolérances de dimensions très serrées pour pouvoir obtenir un ruban d'épaisseur à peu près cons- tante,puisque c'est la distance entre les lèvres et ce - 2 -substrat qui détermine en partie l'épaisseur du ruban. Enfin,le document FR-A-82 06 876 décrit un procédé selon lequel un jet de métal liquide de section circulaire est déformé par application d'un champ magnétique,jusqu'à lui donner la forme d'un ruban ou d'une lame. Cependant,ce procédé nécessite un temps de formage minimal pendant lequel le champ magnétique doit agir sur la section initiale du métal,à l'encon- tre de la tension superficielle du liquide,pour déformer cette section jusqu'à obtenir la forme finale désirée.Pendant ce temps de formage,le métal liquide est soumis à l'action de la pesanteur et l'on retrouve donc dans ce procédé l'inconvénient essentiel du premier procédé analysé,à savoir qu'au moment de son impact sur le substrat,le métal atteint une vitesse re- lativement importante susceptible d'engendrer une instabilité de la forme du ruban formé sur le substrat. Aucun des procédés connus ne permet donc d'obtenir sans placer le creuset à une distance inférieure à lmm du substrat mobile,un ruban large avec des dimensions régulières.Le but de cette invention est précisément de fournir un procédé et un dis- positif originaux permettant l'obtention:d'un tel produit tout en en se libérant des contraintes qui,dans le deuxième procédé analysé cidessus1concernent la réalisation des lèvres de la fente et l'usure de ces dernières. A cet effet,l'invention a principalement pour objet un procédé d'élaboration d'un ruban métallique ou semi métal- lique,du type dans lequel on fait s'écouler à partir d'un réservoir,à travers une fente,un matériau en fusion que l'on dépose et que l'on refroidit sur un substrat mobile,caracté- risé en ce qu'on stabilise la forme de la lame de matériau liquide entre sa sortie de la fente et son arrivée sur le subs- trat,au moyen d'au moins un champ magnétique. Suivant d'autres caractéristiques: - la distance entre la sortie de la fente et la surface du substrat est supérieure à la largeur de la fente et de préférence supérieure à 1 mm. Cette même distance est,de préférence,inférieure à 15 mm. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, du type comprenant un réservoir contenant un matériau en fusion et délimitant à sa partie inférieure aumoins une fen- te pour l'écoulement de ce matériau,et un substrat mobile disposé audessous de ladite fente,caractérisé en ce qu'il comprend,dans la zone située entre la sortie de la fente et la surface du substrat,des moyens pour engendrer au moins un champ magnétique de stabilisation de la lame du matériau en fusion s'écoulant à partir de la fente. Suivant d'autres caractéristiques: - les moyens engendrant les champs magnétiques comprennent au moins deux bobines d'induction coaxiales en- tourant des noyaux de ferrite ou matériau équivalent,disposées de part et d'autre de la lame de matériau sortant de la bu- sette,l'axe des bobines étant contenu dans le plan de cette lame; - les moyens engendrant les champs magnétiques comprennent au moins deux bobines d'induction coaxiales en- tourant des noyaux de ferrite ou matériau analogues,dispo- sées de part et d'autre de la lame de matériau sortant de la busette, l'axe des bobines étant perpendiculaire au plan de ladite lame; - le substrat sur lequel se dépose le matériau comprend deux bandes sans fin comportant deux brins parallè- les,en regard,délimitant entre eux un intervalle situé dans l'alignement de la busette et de la lame sortant de cette busette,les deux brins se déplaçant dans la même direction que ladite lame. L'invention va être décrite ci-dessous en se ré- férant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exem- ples et sur lesquels: - la Fig.1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif selon l'invention; - la Fig.2 est une vue partielle en perspective d'une variante; - les Fig.3 et 4 sont des vues schématiques de deux autres modes de réalisation. Sur le schéma de la Fig.1 est représenté un dis- positif comprenant un réservoir 11 pouvant contenir un ma- tériau métallique ou semi métallique en fusion.Ce réservoir est entouré par des moyens de chauffage 12,par exemple,à induction.Ce réservoir se termine à sa partie inférieure par au moins une busette ou fente 13 dont la section correspond à la forme de la lame liquide que l'on souhaite obtenir.Dans l'exemple choisi,cette fente peut avoir une forme rectangu- laire,avec une largeur de 0,7mm et une-longueur de 20mm. Au-dessous de cette busette et à une distance qui peut être comprise entre 1 et 15 mm et de préférence entre 2 et 10 mm,se trouve une roue 14 pouvant être entrai- née en rotation et dont la largeur est supérieure à la-lon- gueur de la fente 13.La surface 15 de cette roue constitue un substrat sur lequel la lame de métal va se refroidir très rapidement.Cette surface est prévue de façon à permettre un détachement aisé du ruban solidifié 16.Elle peut être refroi- die par tout moyen convenable (non représenté) et entrai- née avec une vitesse de rotation telle que sa vitesse tan- gentielle au point de réception du matériau en fusion peut être de l'ordre de 20 m par seconde. Dans la zone comprise entre la busette 13 et la roue réceptrice 14,sont disposés des moyens permettant d'en- gendrer dans cette zone un champ magnétique destiné à sta- biliser la forme de la lame 17 de matériau liquide sortant de la busette. Ces moyens comprennent dans l'exemple choisi deux bobines-coaxiales 18 en matériau conducteur de l'élec- tricité,par exemple en cuivre,l'axe de ces bobines étant disposé parallèlement à la fente 13,et par conséquent paral-- léllement à la lame 17.Cet axe est même de préférence con- tenu dans le plan de cette lame.Les deux bobines peuvent être refroidies, comme cela est connu dans la technique.Un noyau de ferrite ou matériau équivalent 19 qui peut également être refroidi,est disposé à l'intérieur de chaque bobine coaxialement pour concentrer l'intensité du champ magnéti- que vers le matériau liquide sortant de la fente. A titre d'exemple,on peut alimenter les deux bobines par des courants alternatifs en phase ayant une fréquence comprise entre 300 et 3000 KHz, par exemple de l'ordre de 400 KHz,l'intensité du champ produit étant com- prise entre 40 et 100 m Tesla. Dans cet exemple,la largeur du ruban obtenue correspond à celle de la fente soit 20 mm et son épaisseur est d'environ 0,07 mm. Dans la variante de la Fig.2 on utilise des bobines d'induction 28 et des noyaux de ferrite 29 dis- posés à l'intérieur de ces bobines.Les bobines sont coaxiales et ont leur axe commun perpendiculaire au plan de la lame 27 sortant de la busette.Les noyaux de ferrite ont en sec- tion une forme rectangulaire et ont leurs extrémités dis- posées à quelques millimètres de la lame de métal liquide. Dans ce cas,les courants alternatifs d'alimentation des bobi- nes sont en opposition de phase. A titre d'exemple,les deux bobines inductrices peuvent être alimentées en courant alternatif,en opposition de phases avec une fréquence de 500 KHz. L'intensité du champ peut être comprise entre 50 et 100 m;Tesla.La fente de la busette peut avoir une longueur de l'ordre de 45 mm-et une largeur de 0,7 mm.La distance entre la sortie de la busette et le substrat peut être de l'ordre de 10 mm. Dans ce cas, en supposant que la vitesse de ce substrat,suivant une direc- tion perpendiculaire à la direction d'arrivée de la lame liquide est de 15 m par seconde,on obtient un ruban de lar- geur 45 mm et d'épaisseur de l'ordre de 0,1 mm. Dans le mode de réalisation de la Fig.3,on re- trouve un réservoir ou creuset 31 se terminant à sa par- tie inférieure par une busette 33 délimitant une fente de section convenable. Le substrat sur lequel le métal est déposé et se solidifie est ici oonstitué par une bande sans fin 34 passant sur deux rouleaux 35 dont l'un au moins est moteur. Comme précédemment,cette bande sans fin peut être refroidie par des moyens convenables non représentés. Le dispositif magnétique permettant de stabiliser la forme de la lame 37 de matériau liquide comprend deux inducteurs 38 disposés de part et d'autre de la lame et pa- rallèlement à cette dernière.On peut également prévoir deux autres inducteurs 39 disposés parallèlement aux deux pre- miers mais de l'autre côté de la bande constituant le subs- trat.Les inducteurs sont de préférence refroidis. On peut également utiliser dans ce mode de réalisa- tion de la Fig.3 des inducteurs tels que représentés sur la Fig. 1 ou sur la Fig.2. Le mode de réalisation de la Fig.4 comprend un ré- servoir ou creuset 41 entouré d'un dispositif de chauffage à induction 42 et se terminant à sa partie inférieure par une busette 43 délimitant une fente de forme par exemple rectangulaire,comme dans les exemples précédents. Le dispositif magnétique permettant de stabiliser la forme de la lame liquide sortant de ce réservoir peut être telle que décrit ci-dessus et représenté sur la Fig.2. L'originalité essentielle de ce troisième mode de réalisa- tion concerne le substrat de refroidissement.Ce dernier est ici réalisé sous la forme de deux bandes transporteu- a ses 44 passant sur des rouleaux moteurs 45- et sur des rouleaux de renvoi 45b et 45-.Ces deux bandes comportent deux brins verticaux 44a compris ici entre les rouleaux de renvoi 45b,452 et qui sont disposés face à face,dans le prolongement de la fente de la busette 3.Ces deux brins sont donc parallèles à la lame liquide 47 sortant de la busette et se déplacent dans la même direction que cette lame.Cette dernière est ainsi reçue entre les deux bandes réceptrices en étant maintenue efficacement et le ruban solidifié 46 est aisément extrait à la partie inférieure du dispositif.Bien entendu,les bandes transporteuses fai- sant office de substrat de refroidissement peuvent être refroidies par des moyens convenables non représentés. Dans ce mode de réalisation le ruban peut avoir une stabilité dimensionnelle améliorée,compte tenu du gui- dage entre les deux bandes adjacentes 44-. Le procédé et le dispositif proposés répondent bien aux objectifs recherchés: - les lèvres de la busette à partir de laquelle s'écoule le matériau liquide ne sont pas soumises aux mêmes contraintes que dans le procédé dans lequel le substrat de refroidissement se trouve très proche de la sortie de la fente, de sorte que dans le dispositif suivant l'invention,la bu- sette peut être réalisée de façon plus simple et moins coû- teuse.De plus,elle a une durée de vie bien supérieure car elle est soumise à une érosion bien plus faible.Les risques d'obturation de cette busette sont également sensiblement réduits; - - par ailleurs,la stabilité dimensionnelle de la lame liquide est assurée de façon efficace,ce qui permet d'obtenir un ruban de dimension régulière, tant en épaisseur qu'en largeur; - ce résultat est obtenu par des moyens relative- ment simples et en maintenant la distance entre la sortie de la busette et le substrat récepteur à une valeur suffi- samment faible pour que la lame liquide parvienne sur la surface de refroidissement avec une vitesse faible et en tout étatde cause suffisamment faible pour ne pas engen- drer de perturbation; - le procédé suivant l'invention permet également d'obtenir des rubans métalliques minces présentant une lar- geur de plusieurs centimètres et ce de façon stable et ré- gulière - REVENDICATIONS - 1 - Procédé d'élaboration d'un ruban métallique ou semi-métallique,du type dans lequel on fait s'écouler à partir d'un réservoir (11; 21; 31; 41),à travers une fente (12; 22; 32; 42) un matériau en fusion que l'on dépose et que l'on refroidit sur un substrat mobile (14; 34; 44), caractérisé en ce qu'on stabilise la forme de la lame (17; 27; 37; 47) de. matériau liquide entre sa sortie de la fente et son arrivée sur le substrat,au moyen d'au moins un champ magnétique. 2 - Procédé suivant la revendication 1,caractérisé en ce que la distance entre la sortie de la fente (13; 23; 33; 43) et la surface du substrat (14; 34; 44) est supérieure à la largeur de la fente et de préférence supérieure à 1 mm. 3 - Procédé suivant la revendication 2,caractérisé en ce que ladite distance est inférieure à 15 mm et de pré- férence comprise entre 2 et 10 mm. 4 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé sui- vant l'une quelconque des revendications 1 à 3,du type com- prenant un réservoir (11; 21; 31; 41) contenant un matériau en fusion et délimitant à sa partie inférieure au moins une fente (13; 23; 33;43) pour l'écoulement de ce matériau,et un substrat mobile (14; 34;44) disposé audessous de ladite fente,caractérisé en ce qu'il comprend,dans la zone située entre la sortie de la fente et la surface du substrat,des moyens (18,19; 28,29; 38, 39; 48,49) adaptés pour engen- drer au moins un champ magnétique de stabilisation de la la- me (17; 27; 37; 47) de matériau en fusion s'écoulant à par- tir de la fente. - Dispositif suivant la revendication 4,caractérisé en ce que la distance entre la sortie de la fente (13; 23; 33; 43) et la surface du substrat (14; 34; 44) est supé- rieure à la largeur de la fente et de préférence supérieure à 1 mm. 6 - Dispositif suivant la revendication 5,carac- térisé en ce que ladite distance est inférieure à 15 mm et de préférence comprise entre 2 et 10 mm. 7 - Dispositif suivant la revendication 4,carac- térisé en ce que les moyens engendrant les champs magné- tiques comprennent au moins deux bobines d'induction co- axiales (18) entourant des noyaux (19) de ferrite ou maté- riau équivalent,disposées de part et d'autre de la lame (17) de matériau sortant de la busette,l'axe des bobines étant contenu dans le plan de cette lame. 8 - Dispositif suivant la revendication 7,carac- térisé en ce que les bobines (18) sont alimentées en phase n parycourant alternatif à haute fréquence comprise entre 300 et 3.000 KHz environ. 9 - Dispositif suivant la revendication 4,carac- térisé en ce que les moyens engendrant les champs magnéti- ques comprennent au moins deux bobines d'induction coaxia- les (28) entourant des noyaux (29) de ferrite ou matériau analogues, disposées de part et d'autre de la lame (27) de matériau sortant de la busette,l'axe des bobines étant perpendiculaire au plan de ladite lame. - Dispositif suivant la revendication 9,carac- térisé en ce que les noyaux (29) de ferrite ou matériau analogue ont une section au moins à peu près rectangulaire et s'étendant sur à peu près toute la largeur de ladite lame (27). 11 - Dispositif suivant la revendication 9,carac- térisé en ce que les bobines (28) sont alimentées en oppo- sition de phase par un courant alternatif à haute fréquen- ce,comprise entre 300 et 3.000KHz environ. 12 = Dispositif suivant la revendication 4,carac- térisé en ce que les moyens engendrant les champs magnéti- ques comprennent au moins deux inducteurs (38) parallèles, disposés de part et d'autre de la lame (37) de matériau sor- tant de la busette (33) et parallèlement à cette lame. 13 - Dispositif suivant la revendication 4,carac- térisé en ce que l'intensité du champ magnétique est com- prise entre 40 et 100 m-Tesla environ. 14 - Dispositif suivant la revendication 4,carac- térisé en ce que le substrat sur lequel se dépose le maté- riau comprend deux bandes sans fin (44) comportant deux brins (44-a) parallèles,en regard,délimitant entre eux un intervalle situé dans l'alignement de la busette (43) et de la lame (47) sortant de cette busette,les deux brins (44a) se déplaçant dans la même direction que ladite lame.