Brevet FR2555922A1 — publié le 19850607

La présente invention concerne un procédé pour la production d'un fil de métal amorphe ou de métal cris- tallin ou d'un alliage de métaux amorphes ou de métaux cristallins, par refroidissement rapide et solidifica- tion de la masse fondue métallique ou d'alliage, sur le substrat de refroidissement d'un bloc ou d'une roue de refroidissement rotatif. Le métal et l'alliage seront ci-après désignés collectivement sous le nom de métal. Jusqu'à présent, divers types de procédés de filage au fondu pour produire en continu un fil à partir de métal fondu, ont été décrits. Selon l'un des procédés représentatifs de filage de métal, la masse fondue est éjectée à travers l'orifice fin et rond d'une buse et vient frapper la surface d'un substrat de refroidisse- ment mobile. Le fil ainsi produit présente une section transversale plate et, par conséquent, sa largeur est supérieure à son épaisseur, ceci étant indésirable pour certaines applications du fil métallique. La demande de brevet japonais non examinée n 57-134248 décrit un procédé pour produire un fil métallique ayant une section transversale ronde, par coulée du métal fondu entre des cylindres canelés. Cependant, ce procédé pose plusieurs problèmes pratiques, comme par exemple le guidage précis de la masse fondue dans les rainures et la durée de vie des cylindres rainurés. La demande de brevet japonais non examinée n 57-134248 décrit un procédé de production d'un fil rond par éjection d'une masse fondue dans un courant d'eau. Cependant, ce procédé pose des problèmes tels que la difficulté à extraire en continu le fil métalli- que, qui a une forme ronde, de l'eau et des difficultés de fonctionnement du fait de l'utilisation de l'eau. Le procédé d'étirage de la masse fondue demande de brevet japonais non examinée n 50-51926) et le procédé de la goutte pendante (BULLETIN OF THE JAPAN INSTITUTE OF METALS, Vol. 20 (1981), N0 3, page 176) ont été proposés pour produire un fil rond mais présen- tent l'inconvénient d'avoir une faible vitesse de refroi- dissement. En outre, la forme du produit obtenu par ces procédés est encore à améliorer. La présente invention a pour but de fournir un procédé de production d'un fil métallique à partir de métal fondu, ce procédé permettant de produire un fil métallique ayant une section transversale ronde, sans rencontrer les inconvénients des procédés de l'art anté- rieur décrit ci-dessus lors du procédé de production du fil métallique. La présente invention fournit un substrat de refroidissement mobile et muni d'une gorge a sa surface, qui s'étend dans la direction du mouvement. Le procédé de production utilisant ce substrat de refroidissement consiste à éjecter plusieurs jets fondus et à les superposer l'un après l'autre sur un fil formé dans la gorge. Les étapes de production d'un fil métallique consistent à: préparer au moins un récipient muni de buses; préparer un bloc ou une roue de refroidissement rotatif ayant une surface munie d'une gorge s'étendant dans une direction prédéterminée; disposer au moins ce récipient au-dessus du bloc ou de la roue de refroidissement rotatif et aligner les buses dans la direction prédéterminée mentionnée ci-dessus: déplacer le corps ou la roue de refroidissement rotatif dans la direction prédéterminée mentionnée ci-dessus; maintenir le métal fondu dans au moins un récipient et éjecter le métal fondu par les buses en tant que jets fondus; superposer successivement le jet fondu provenant de chacune des buses sur le métal situé dans la gorge; refroidir le métal superposé successivement dans la gorge pour former un fil métallique totalement plein ayant une section transversale ronde ou pratiquement ronde; et maintenir, lors de l'opération de refroidisse- ment mentionnée ci-dessus, le métal qui se trouve dans la gorge et sur lequel viennent frapper les jets fondus, à l'état non solidifié lorsqu'il est soumis à ces impacts. En effectuant ces opérations, on obtient un fil métallique fin et plat dans une zone amont du substrat de refroidissement, et la forme du fil métallique est convertie en une forme ronde lors de la superposition dans une zone aval. Cette superposition s'effectue lorsque le métal se trouvant dans la gorge est maintenu à l'état fondu. Ceci peut être obtenu en ajustant la distance entre les buses. On décrira à présent la présente invention en se référant aux dessins annexés. Les figures 1(A) et t(B) illustrent schématique- ment le procédé de la présente invention. Les figures 1(A) et 1(B) sont respectivement une vue latérale et en plan des jets fondus et du substrat de refroidisse- ment. La figure 2 illustre schématiquement la superposi- tion des jets fondus. Se référant aux figures I(A) et i(B), le substrat de refroidissement 1 d'un bloc ou d'une roue de refroidissement rotatif se déplace dans une direction prédéterminée désignée par la flèche et présente une gorge 2 à sa surface. Le bloc ou la roue de refroidis- sement rotatif peut être un cylindre de refroidisse- ment annulaire ayant une gorge 2 sur la surface périphé- rique extérieure dans le cas d'un procédé à cylindre unique ou ayant une gorge 2 sur sa surface périphérique interne dans le cas d'un procédé de trempe par centri- fugation. Un récipient (non représenté) est disposé au- dessus de la base de refroidissement 1 et y retient le métal fondu. Les buses 3, 3', 3", 31"' du récipient sont alignées dans la direction prédéterminée et en face de la gorge 2. Lorsque le métal fondu est éjecté à travers les buses 3, 3', 3", 3"', il stagne ou reste dans la gorge 2 de façon à ce que des réservoirs de masse fondue 4, 4', 4", 4"' (figure 2) se forment. Des fils métalli- ques fins 5, 5', 5", 5"' sont extraits ou retirés des réservoirs de masse fondue 4, 4', 4", 4"' et ne sont pas solidifiés. Les réservoirs de masse fondue seront désignés ci-après sous le nom de bains de fusion. Parmi les buses 3-3"', la buse 3 est celle qui est diposée le plus loin en amont. Le métal fondu éjecté à travers la buse 3 vient frapper le fond de la gorge 2 dans le substrat de refroidissement 1 et forme le pre- mier bain de fusion 4 sur le. fond de la gorge. Le pre- mier fil fin 5 extrait ou retiré du premier bain de fusion 4 présente une forme plate, et le métal fondu provenant de la buse amont suivante 3' est déposé sur le fil métallique fin 5 alors que celui-ci est encore à l'état fondu. Le premier fil fin 5 est pressé contre la base de refroidissement 1 par le courant fondu pro- venant de la seconde buse 3'. Simultanément, le second fil métallique fin 5', qui est extrait ou retiré du second bain de fusion 4', est supersposé sur le premier fil fin 5 et intégré à celui-ci. Le troisième et les jets de masse fondue suivants peuvent si nécessaire être superposés sur les fils métalliques fins intégrés , 5'. Lors de la superposition des jets fondus, la section du fil métallique augmente, et la section transversale du fil conserve une forme identique à celle de la gorge 2 jusqu'à ce que la masse fondue déborde de la gorge 2. Pour produire -un fil métallique ayant une section transversale ronde, la gorge 2 présente une section transversale semi-circulaire. Lorsque la gorge 2 est remplie de la masse fondue après que plusieurs jets fondus aient été versés dans la gorge 2, la coulée des jets fondus restant s'effectue de façon à ce que la forme de la section du fil soit ajustée par ajustement de la forme des bains de fusion. L'ajustement de la forme du fil est obtenu non pas par la forme de la gorge 2 mais par l'ajustement des bains de fusion. L'ajuste- ment de la forme du fil métallique peut s'effectuer en diminuant progressivement certains des bains de fusion, par exemple le bain de fusion 4"' et un ou plusieurs bain(s) de fusion formé(s) en aval du bain de fusion 4". L'ajustement de la forme du fil est également obtenu par ajustement de la tension superficielle du métal fondu de façon à ce que la surface supérieure du fil soit ronde, c'est-à-dire à ce que l'on obtienne une rondeur de la surface supérieure du fil en ajustant la tension superficielle du métal fondu. Comme il ressort des figures 2I à 2IV, le fil métallique passe d'une forme plate (Fig. 2I), à une forme pratiquement ronde (Fig. 2IV) du fait de la superposition des jets fondus. Cette superposition assure l'ajustement de la tension superficielle et/ou la diminution de la taille des bains de fusion 4,4"'. Le substrat de refroidissement 1 est un moyen de refroidissement solide, c'est-à-dire qu'il n'est pas constitué par un moyen de refroidissement liquide utilisé habituellement pour produire un fil rond. La production d'un fil rond par utilisation de la plaque de refroidissement est obtenue par la superposition décrite ci-dessus. Cette superposition conduit non seu- lement à une augmentation progressive de l'épaisseur du fil métallique mais également à l'accroissement du contact thermique entre le fil et la plaque de refroi- dissement, ce qui permet de produire un fil métallique rond. Les conditions préférées pour produire un fil métallique ayant une section transversale ronde ou ovale sont décrites ci-après. Les jets métalliques doivent avoir une section ronde ou ovale et un diamètre inférieur à la largeur de la gorge. La distance séparant les jets fondus doit être suffisamment supérieure à la valeur à laquelle les bains de fusion formés par les jets fondus respectifs, se superposent les uns sur les autres, et doit être suffisamment inférieure à la valeur à laquelle les jets fondus se superposent sur un fil sous-jacent dont la solidification s'est achevée, de façon à fournir des jets fondus intégrés au fil sous- jacent. La distance préférée séparant les jets fondus adjacents dépend du diamètre de l'orifice ou de la fente pratiqués dans les buses respectives, de la distance entre les buses et le substrat de refroidissement, de la pression d'éjection, de la vitesse de déplacement du substrat de refroidissement, de la largeur de la gorge, etc. Si le diamètre de l'orifice est compris entre 0,2 et 0,8 nm, la distance entre les jets fondus adjacents est de 0,3 à 3 im. La distance entre les buses et le substrat de refroidissement est facultative, sous réserve que les jets fondus ne soient pas trans- formés en gouttelettes liquides lorsqu'ils s'écoulent ou tombent sur cette distance. La position relative des buses et du susbtrat de refroidissement est déterminante pour ajuster la forme du fil. La position relative doit être telle que les bains de fusion soient amenés dans la zone centrale de la gorge, c'est-à-dire que les jets de fusion provenant des buses doivent venir frapper le fil sous-jacent au centre du fil. L'angle d'éjection des jets fondus peut être incliné ou perpendiculaire à la surface du substrat de refroidissement. L'angle d'éjection et la position des orifices des buses, etc... peuvent être prédéter- minés de façon à ce que les jets fondus forment des bains de fusion au centre de la gorge. Un fil métallique produit par le procédé de la présente invention ne présente généralement pas une section transversale parfaitement ronde. Un fil ayant une rotondité de 0,50 ou davantage peut être produit par le procédé de l'invention. La rotondité du fil peut être accrue, si nécessaire, en soumettant le fil métal- lique produit à une coulée ou à un étirage. On peut également augmenter la précision dimensionnelle en utilisant un procédé d'étirage de ce type. Si la sur- face du fond du substrat de refroidissement est plate, on obtient un fil métallique ayant une section trans- versale semi-circulaire. Un fil métallique rond ou ovale constitué de métaux amorphes et cristallins peut avoir un diamètre plus important, de 0,1 à 1 mm et peut être utilisé pour une application magnétique, comme charge de compo- site, comme câble de fil métallique, et pour d'autres utilisations structurelles mettant en jeu la résistance d'un ou de plusieurs fil(s) métallique(s). Dans ces applications, si une rotondité et/ou une précision dimensionnelle élevées sont nécessaires, on étire le fil rond ou ovale. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention. Exemple 1. Un récipient muni de quatre buses 3-3"' (Fig. 1) est utilisé. Les diamètres des orifices d1 et d2 des deux premières buses 3, 3' sont de 0, 4 mm (d1 = d2 = 0,4 mm), le diamètre d3 de l'orifice de la troisième buse 3' est de 0,3 mm (d3 = 0,3 mm) et le diamètre d4 de l'orifice de la quatrième buse 3"' est de 0,25 mm (d4 = 0,25 mm). Une gorge 2 ayant une section transver- sale semi-circulaire et un diamètre de 0,5 mm, est pratiquée sur le pourtour d'un cylindre unique constitué d'un alliage de cuivre. - Un fil métallique ayant pour composition Fe80,5Si6,5B12C1 (pourcentage atomique) est produit en utilisant un cylindre unique dans les conditions suivan- tes: pression d'éjection: 0,5 kg/cm2 (49 kPa) vitesse circonférentielle du cylindre: 25 m/sec Le fil métallique produit a une forme ovale et a un grand axe de 0,5 mm et un petit axe de 0,4 mm. Le fil métallique présente un degré de souplesse tel qu'il ne se brise pas lorsqu'il est enroulé autour d'un tuyau ayant un diamètre extérieur de 10 mm. Exemple 2. On utilise un récipient ayant six buses. Les dia- mètres des orifices dl, d2,..., d6 numérotés dans la direction aval sont les suivants: di = d2 = d2 = 0,5 mm; d4 = 0,4 mm; d5 = 0,35 mm; et d6 = 0,30 mm. La dis- tance séparant les buses est de 1 mm. Une gorge ayant une section transversale semi-circulaire et un diamètre de 1 ml est pratiquée autour d'un cylindre unique cons- titué de fer. Un fil d'acier inoxydable ayant pour composition chimique: 16,5 % de Cr, 0,06 % de C, 0,6 % de Si, 0,5 % de Mn, 0,025 % de P et 0,005 % de S est produit en utilisant le cylindre unique dans les conditions suivantes: distance entre la surface du cylindre et la sur- face de la buse: 0, 3 mm angle d'éjection du courant fondu: perpendiculaire à la surface du cylindre pression d'éjection: 0,5 kg/cm2 (49 kPa) vitesse circonférentielle du cylindre: 25 m/sec. Le fil métallique produit a une forme ovale, un grand axe de 1 =m et un petit axe de 0,5 mm. Le fil métallique, et plus précisément, le fil coulé, est étiré par des filières ayant un calibre de 0,5 mm, pour former un fil rond de O,5mm de diamètre. 255592z REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'un fil métallique à partir d'une masse fondue dudit métal utilisant un substrat de refroidissement, caractérisé en ce qu'on dispose plusieurs buses (3, 3', 3", 3"') à une distance prédéterminée (l1, 12, 13), en ce qu'on pratique une gorge (2) à la surface du substrat de refroidissement (1), en ce qu'on éjecte des jets fondus à travers les- dites buses, vers la gorge (2), les jets fondus se déplaçant dans la direction de la gorge (2) et en ce qu'on superpose successivement, le métal de ces jets fondus sur un fil métallique fin (5, 5', 5", 5"'), alors que ledit fil métallique fin est à l'état non solidifié. 2. Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que la gorge (2) a une section transversale semi- circulaire. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que les bains de fusion formés par stagnation des jets fondus sur le métal dans la gorge (2) diminuent progressivement dans la direction du déplacement. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance séparant des buses adjacentes (3, 3', 3", 3"') est ajustée de façon à former des jets fondus séparés et à maintenir le métal soumis à l'impact, à l'état non solidifié. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que plusieurs jets fondus sont éjectés dans la gorge (2) pour former un fil métallique ayant une épaisseur pratiquement égale à la profondeur de la gorge, puis en ce qu'on éjecte plusieurs jets fondus sur ledit fil métallique tout en diminuant la taille des bains de fusion dans ladite direction de déplacement. 6. Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que le fil métallique solidifié est soumis à un étirage.