Brevet FR2640645A1 — publié le 19900622

La présente invention concerne les alliages doux magnétiques présentant une aimantation à saturation élevée. Un groupe connu d' alliages magnétiques comprend de 45 à 50 % de fer, de 45 à 55 % de cobalt et de 1,5 à 2,5 % de vanadium, avec une composition nominale préférée de 49 % de cobalt pour 2 % de vanadium. Ce type d'alliage a été utilisé pendant un certain temps pour différentes applications dans lesquelles une aimantation à saturation élevée était nécessaire, par exemple comme matériau pour structure lamellaire destiné aux générateurs électriques utilisés dans les zones d'extrémité d'aéronefs et de pâles pour les aimants à champ élevé. Les alliages binaires de cobalt-fer renfermant de 33 à 55 % de cobalt sont e > :trémement cassants, ce qui serait du à la formation d'un réseau d'ordre supérieur à des températures inférieures à 730 C L'addition d'environ 2 % de vanadium inhibe cette transformation en structure d'ordre et permet de travailler à froid l'alliage après trempe à partir d'environ 7300C, L'addition de vanadium améliore l'alliage du fait qu'il accroît la résistivité, en réduisant de ce fait les pertes dues aux courants de Foucault. L'alliage de fer-cobalt-vanadium a été généralement accepté comme l'alliage le plus facilement disponible dans l'industrie pour des applications nécessitant une induction magnétique élevée à des champs modérément élevés. L'addition de 2 % de vanadium ne constitue pas un inconvénient en ce qu'elle réduit la saturation magnétique de l'alliage binaire d'environ 5 %. La présente invention décrit la découverte de deux éléments pouvant se substituer au vanadium, que l'on peut ajcuter en des quantités telles qu'elles ne provoquent pas une chute significative de la saturation et inhibe encore la réaction d'ordre dans une mesure telle que le laminage à froid est pcssible. Les alliages de l'invention comportent de 0,15 % à 0,5 % de tantale ou de nobium ou bien de tantale + niobium, de 33 à 55 % de cobalt, le reste étant constitué de fer à part quelques ingrédients riveurs d'alliage et des impuretés incidentes. Des ingrédients mineurs d'alliage pour aider à la désoxydation pendant la fusion peuvent être présents mais devront être de préférence limités à 0,3 % de manganèse, 0,1 % de silicium et 0,03 % de carbone. Des impuretés incidentes telles que le nickel devraient être limitées à 0,3 % maximum au total. Dans les dessins ci-joint La figure 1 représente la relation entre la tempéra ture de traitement thermique et le champ coercitif pour un alliage renfermant 51,3 % de cobalt et 0,2 % de tantale, le reste étant du fer ; et La figure 2 représente une série de courbes d'induction normale en courant continu illustrant les résultats du recuit à différentes ter.pératures, d'un alliage renfermant 51,3 % de cobalt et 0,2 % de tantale, le reste étant du fer, par comparaison avec un alliage renfermant 49,8 % de cobalt et 1,9 % de vanadium, le reste étant du fer. Les alliages spécifiés dans le tableau 1 sont usinés en une bande de 0,35 mm d'épaisseur par la technique classique pour les alliages connus, c'est-à-dire fusion sous vide, laminage à chaud du lingot fondu jusqu'à une bande de 2,5 mm d'épaisseur, rechauffage de la bande au-dessus de la température d' ordre-désordre, c' est-à-dire aux environs de 8000 C, et trempe rapide dans une solution de saumure au-dessous de OOC. Le temps de séjour à la température de 8000C est réduit au minimum afin de limiter la croissance du grain, ce qui peut également détériorer la ductibilité de la bande. Tableau 1 Composition (% en poids) 540 000 Alliage Ternaire A/M Ductilité NO Fe Co Addition Tesla (a) Jusqu' 100 % 49,8 1,9 V 2,34 Ductile 1 Jusqu' & 100 % 49,1 0,1 Nb Cassant 2 Jusqutà 100 % 51,6 0,12 Nb Cassant 3 Jusqu'd 100 % 34,8 0,25 Nb 2,45 Ductile 4 (b) Jusqu'a 100 % 51,4 0,32 Nb 2,44 Ductile 5 Jusqu'à 100 % 50,6 0,5 Nb 2,41 Ductile 6 Jusqu'a 100 % 49,2 1,0 Nb 2,28 Ductile 7 Jusqu'a 100 % 48,9 2,0 Nb 2,20 Ductile 8 Jusqu'a 100 % 51,3 0,2 Ta 2,45 Ductile 9 (c) Jusqu'à 100 % 34,9 0,3 Ta 2,44 Ductile 10 (d) Jusqutå 100 % 49,5 0,2 Ta + 2,1 V 2,35 Ductile 11 a) = Alliage au vanadium - normalisé pour comparaison (b) = Additions de niobium (c) = Additions de tantale (d) = Additions de tantale et vanadium. B40 000 A/M est l'aimantation ce saturation mesurée pour un champ de 40 000 A/m, en tesla. Dans le tableau 1 La zone (a) se rapporte à un alliage au vanadium standardisé qui est cité purement à des fins de comparaison ; la zone (b) présente des alliages fabriqués à partir d'additions de niobium à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de l'intervalle couvert par la présente invention ; la zone (c) présente des alliages avec des additions de tantale à l'intérieur de l'intervalle couvert par la présente invention ; et la zone (d) indique, à des fins de comparaison, un alliage, en dehors du champ de la présente invention, contenant à la fois du tantale et du vanadium. La comparaison importante à faire ici se situe entre i'aimantation de saturation exprimée en tesla et mesurée dans un champ de 40 000 ampères/m2, de l'alliage de vanadium présenté dans la zone (a) et les alliages des deux autres zones. Ce que l'on désire atteindre, c'est de réaliser une aimantation à saturation élevée combinée avec une ductibilité. On notera 'mje les alliages se situant dans l'intervalle d'addition de nobium de 0, 15 à 0,5 % sont tous ductiles et présentent une aimantation à saturation plus élevée que l'alliage au vanadium. De façon similaire, les alliages au tantale cités sont à la fois ductiles et présentent une aimantation à saturation plus élevée que les alliages au vanadium. La limite supérieure de la phase ferromagnétique dans des alliages binaires fer-cobalt renfermant de 33 à 55 % en poids de cobalt se situe à 950/9800C. L'addition de vanadium baisse la limite dans un alliage 49/49/2 FeCoV entre 8650C et 8950 C. Une phase paramagnétique se forme au-dessus de cet intervalle, ce qui constitue d+ ce fait la limite supérieure de température pour une mise en oeuvre et un traitement thermique utile pour l'alliage. Les additions de nobium ou de tantale à l'intérieur de l'intervalle couvert par la présente invention se sont avérées provoquer un abaissement très faible de la température de transition. Ceci a des conséquences importantes puisque cela permet le traitement thermique et la mise en oeuvre à des températures jusqu'à 1000 au-dessus de celles habituelles pour un alliage à 2 % de vanadium. L' influence de la température de traitement thermique sur les propriétés magéntiques de l'alliage 9 est représentée sur les figures 1 et 2. Un champs coercitif plus faible et une amélIoration de laperméabiiité peuvent être réalisés par traitement thermique à des températures supérieures à 9500C. Ceci est également illustré dans le tableau 2 dans une comparaison entre les alliages 9, renfermant 0,2 % de tantale et pas de vanadium, et l'alliage 1l renfermant 0,2 % de tantale et 2,1 % de vanadium, qui ont été traités thermiquement tous les deux pendant 2 heures dans de l'hydrogène sec pur à des températures entre 7500C et 9000 C, tout en réalisant des mesures du champ coercitif. Il apparaît clairement que la présence de vanadium dans l'alliage 11 se traduit par un champ coercitif élevé lorsque le traitement thermique est mis en oeuvre à 9500 C, tandis que l'alliage 9 avec la même quantité de tantale et pas de vanadium peut être traité thermiquement à cette température et produit un champ coercitif très faible. TABLEAU 2 Champ coercitif A/m NO N d'alliage 750 C 850 C 9500C 9 100 45 22 Il 87 66 114 Dans les revendications suivantes, tous les pourcentages sont des pourcentages pondéraux. E DTCA^- TONS 1) Alliage doux magnétique cobalt/fer présentant une aimantation élevée à saturation, caractérisé en ce qu'il comporte 0,15 à 0,5 % de tantale ou de niobium ou bien de tantale + du niobium et de 33 à 55 % de cobalt, le reste étant constitué de fer à part de très faibles quantités d'ingrédients d'alliages et d'impuretés incidentes. 2) Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les quantités mineures d'ingrédients alliants destinés à aider à la désoxydation pendant la fonte sont limitées à un maximum de 0,3 t de manganèse, un maximum de 0,1 % de silicium et un maximum de 0,C3 % de carbone. 3) Alliage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité d'impuretés incidentes est réduite à 0,3 % au maximum au total. 4) Alliage selon la revendication 3, caractérisé en ce que du nickel est présent comme une des impuretés incidentes. 5) Alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il renferme 0,2 à 0,4 % de tantale ou de niobium ou bien de tantale + du niobium. 6) Alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu' il contient au moins 0, 15 % mais moins de 0,5 % de tantale ou de niobium ou bien de tantale + du niobium. 7) Alliage selon l'une quelconque des revendications Frécédentes, caractérisé en ce qu' il est ductile et présente une magnétisation de saturation dans l'intervalle de 2,20 à 2,45 tesla, mesuré à 40 000 A/m. 8) Alliage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a subi un traitement thermique à des températures dans l'intervalle de 8950C à 9500C et présente un champ coercitif Inférieur à 50 A/m. 9) Alliage cobalt/fer, caractérisé en ce qu'ils correspondent aux alliages spécifiés au tableau 1 de la description sous les références 4 5, 6, 9 et 10.