Brevet FR2700282A1 — publié le 19940713

La présente invention est relative à un procédé de fabrication de rubans métalliques amorphes par hypertrempe, du type dans lequel on envoie au moins un jet de métal liquide sur une surface de réception en défilement rapide. On connaît, depuis les travaux dirigés dès 1958 par Pol Duwez à l'institut de Technologie de Californie, les alliages métalliques amorphes, qui sont obtenus par refroidissement très rapide d'une phase liquide, permettant ainsi d'en conserver la structure désordonnée, ou non cristalline. En effet, on amène ainsi directement le matériau à une température inférieure à un certain seuil, appelé température de vitrification, lui-même situé à une température très inférieure à celle de solidification à laquelle la cristallisation commence. Une technique de fabrication des alliages métalliques amorphes, appelée hypertrempe, consiste à envoyer un jet de métal en fusion sur une surface en défilement rapide dont la température est maintenue inférieure ou égale à la température ambiante. Le liquide s'étale alors sur le disque en une pellicule épaisse de quelques microns seulement. Comme la pellicule est extrêmement mince et en contact étroit avec un puits de chaleur de volume beaucoup plus grand et que les métaux ont une conductivité thermique importante, le métal se refroidit et se solidifie très rapidement, à une vitesse de l'ordre de 106 C/seconde. La surface en défilement peut appartenir à un disque, à une bande sans fin ou à une roue. Elle peut être munie d'entailles perpendiculaires à sa direction de défilement, afin de diviser en petits segments les pellicules ou rubans réalisés. Les pellicules ou rubans ainsi préparés possèdent des propriétés remarquables, tant sur le plan mécanique que sur le plan magnétique. Ainsi, les alliages ont une résistance en traction très importante, et leur ductilité est caractérisée par une excellente résistance à la pliure, permettant d'atteindre des courbures autour d'un rayon de l'ordre de l'épaisseur du ruban; ils présentent également des propriétés de magnétisme doux, c'est-à-dire qu'ils sont magnétisés et démagnétisés avec un champ très faible. Les documents EP-A-59 864, 84 335 et 84 785 sont des exemples de la littérature traitant de procédés du type précité. La production de rubans métalliques amorphes à l'échelle industrielle pose des problèmes particuliers, car il faut garantir une géométrie et une qualité constantes des rubans sur des périodes de temps prolon géies. L'invention a pour but de satisfaire à ces impératifs de façon simple et économique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce qu'on effectue un mouvement alternatif perpendiculaire à ladite direction de défilement entre la surface de réception et le jet. Suivant d'autres caractéristiques - le mouvement alternatif est sinusoïdal; - on déplace au cours du temps la position relative médiane de la surface de réception et du jet. L'invention a également pour objet une installation destinée à la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus. Cette installation, du type comprenant un creuset contenant du métal liquide, muni d' au moins un orifice de sortie, et une enceinte contenant une surface de réception munie de moyens de mise en défilement rapide de cette surface en regard de l'orifice de sortie, est caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de déplacement pour provoquer entre l'orifice de sortie et la surface de réception un mouvement alternatif relatif perpendiculaire à la direction de défilement de ladite surface. Suivant d'autres caractéristiques de cette installation - ladite surface est la surface périphérique d'une roue à entailles dont l'arbre moteur traverse à coulissement une paroi de l'enceinte, et lesdits moyens de déplacement comprennent un châssis, un plateau guidé en translation parallèlement à l'axe de la roue et portant l'arbre moteur, lequel est solidaire axialement de ce plateau, et des premiers moyens d'entraînement adaptés pour entraîner en va-et-vient le plateau par rapport au châssis; - le creuset est monté coulissant, perpendiculairement à ladite direction de défilement, sur la paroi supérieure de l'enceinte, au-dessus d'une ouverture de cette paroi allongée suivant la direction de coulissement, et il est prévu des moyens de déplacement alternatif du creuset suivant sa direction de coulissement;; - l'installation comprend en outre des moyens de décalage adaptés pour modifier la position relative médiane de la surface de réception et de l'orifice de sortie; - lesdits moyens de décalage sont des moyens d'entraînement alternatif ayant une période très inférieure à celle desdits moyens de déplacement. Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels - la Figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'une installation conforme à l'invention, suivant un premier mode de réalisation; - la Figure 2 est une vue prise en coupe verticale suivant la ligne II-II de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue analogue à la Figure 1 de l'installation suivant l'invention, suivant un second mode de réalisation; - la Figure 4 représente en perspective un détail de l'installation de la Figure 3; et - la Figure 5 est une vue prise en coupe suivant la ligne V-V de la Figure 4. L'installation représentée aux Figures l et 2 est destinée à produire des morceaux 1 de ruban métallique amorphe (Figure 2) par hypertrempe. Elle comprend essentiellement une enceinte 2 sous vide d'air partiel, un creuset 3, une roue à entailles 4, des moyens 5 d'entraînement de l'arbre 6 de cette roue, et une brosse 7 associée à la roue. L'enceinte 2 comporte une prise de vide 8 reliée à une pompe à vide 9 et munie d'un manomètre 10. L'arbre 6 de la roue et l'arbre 11 de la brosse 7 traversent chacun une paroi latérale de l'enceinte avec interposition d'un joint d'étanchéité, 12 et 13 respectivement. Ces deux arbres sont parallèles l'un à l'autre, et l'arbre 13 est entraîné par un moteur 14 fixé sur un bâti fixe 15 à l'extérieur de l'enceinte. Le creuset 3 est équipé d'un inducteur 16 et est fixé sur la paroi supérieure de l'enceinte 2 avec interposition d'un joint réfractaire 17. Son fond est percé d'un orifice de coulée 18, situé à l'aplomb d'un orifice 19 de l'enceinte. La roue 4 est un cylindre métallique présentant sur sa surface extérieure des entailles 20 parallèles à l'axe X-X de la roue et régulièrement espacées. La brosse 7 se trouve au contact de la région inférieure de la roue située à l'aplomb de l'orifice 19. Les moyens d'entraînement 5 comprennent un dispositif 21 d'entraînement en rotation de l'arbre 6, un dispositif d'entraînement en va-et-vient de cet arbre, et un dispositif 23 de déplacement du plan médian du mouvement en va-et-vient. L'arbre 6 est porté, à l'extérieur de lten- ceinte 2, par deux paliers 24 munis de butées axiales (non représentées) et fixés sur un plateau mobile 25. L'arbre 6 est ainsi solidaire en translation de ce plateau, et il porte une poulie 26 entraînée, via une courroie 27, par un moteur 28 fixé sur le plateau 25. Le plateau 25 est guidé en translation parallèlement à l'axe X-X par des coulisses 29 solidaires d'un châssis mobile 30 situé sous le plateau. Ce châssis porte un moto-réducteur 31 sur l'arbre de sortie duquel est calé un excentrique 32, lequel est en prise avec une rainure 33 perpendiculaire à l'axe X-X prévue sur la face inférieure du plateau 25. A son tour, le châssis 30 est guidé en translation par rapport à l'axe X-X par des coulisses 34 solidaires d'un bâti fixe 35 situé sous le châssis. Un appendice inférieur 36 en saillie sous ce châssis comporte un trou taraudé en prise sur une tige filetée 37 munie de deux butées de fin de course 38. Le prolongement de la tige 37 est monté rotatif dans le bâti 35 mais immobilisé en translation par rapport à celui-ci, et il peut être entraîné en rotation par une manivelle 39. Par ailleurs, l'arbre 6 est creux et forme un circuit d'aller-retour pour de l'eau de refroidissement de la roue, ce circuit étant relié à un circuit interne de refroidissement de la roue (non représenté). L'alimentation en eau et son évacuation s'effectuent par l'inter médiaire d'un joint rotatif 40 situé en bout d'arbre. Le fonctionnement de cette installation est le suivant. Un vide partiel étant réalisé dans 1 'enceinte 2 et le châssis 30 se trouvant dans une position déterminée, on met en marche les moteurs 14, 28 et 31. La roue 4 est ainsi animée d'une part d'un mouvement de rotation autour de son axe, et d'autre part d'un mouvement alternatif sinusoïdal le long de cet axe. On met en circulation l'eau de refroidissement de la roue. On verse alors dans le creuset 3 du métal liquide 41, et ce métal se déverse à un débit déterminé à travers les orifices 18 et 19, sous la forme d'un filet ou jet de métal liquide 42 qui heurte la roue 4. La rotation rapide de celle-ci a pour effet de transformer le filet 42 en un ruban plat, découpé en morceaux 1 par les entailles 20. Par un réglage approprié des paramètres (diamètre et vitesse de rotation de la roue, débits du métal liquide et de l'eau de refroidissement), on atteint une vitesse de refroidissement du métal de l'ordre de 106"C/seconde qui, comme il est connu, fige le métal sous la forme amorphe désirée. Grâce au mouvement de va-et-vient du plateau 25, le jet 42 heurte une zone variable de la roue, qui se déplace entre deux plans verticaux P1 et P2 espacés d'un distance d égale au double de la distance entre l'excentrique 32 et son axe de rotation. L'expérience montre que, grâce à ce mouvement alternatif, les conditions de reproductibilité des rubans sont améliorées, tandis que l'usure de la roue est réduite. De plus, en manoeuvrant la manivelle 39, on déplace le plan médian de la zone balayée par le jet 42. Ceci permet de répartir uniformément l'usure de la roue sur toute sa longueur, et donc d'augmenter considérablement sa durée d'utilisation. L'amplitude de ce mouvement, définie par les butées 38, est choisie légèrement inférieure à L-d/2, où L est la longueur axiale de la roue. La manivelle 39 peut être actionnée de façon intermittente par l'opérateur, lequel surveille l'état d'usure de la roue à travers un hublot 43 (Figure 2) prévu sur la paroi avant de l'enceinte. En variante, cette manoeuvre peut être programmée automatiquement, de façon intermittente ou continue. Elle peut par exemple provoquer un mouvement sinusoïdal du châssis 30 ayant une période très inférieure à celle du mouvement du plateau 25. Lorsque la coulée est terminée, on arrête la roue, on casse le vide dans l'enceinte 2, et on évacue les morceaux de rubans 1 à travers une porte 44 de cette enceinte (Figure 2). Dans le mode de réalisation des Figures 3 à 5, l'arbre 6 est axialement fixe, et c'est le creuset 3 qui est monté mobile parallèlement à l'axe X-X sur l'enceinte 2. De plus, dans ce mode de réalisation, les arbres 6 et 11 traversent de part en part l'enceinte 2. Ainsi, les paliers 24 de l'arbre 6 et le moteur 28 sont fixés aux bâtis fixes 15 et 35, tandis que le creuset 3 est fixé, avec interposition du joint 17, sur une plaque-support 45 percée d'un orifice 46 audessous de l'orifice 18. La paroi supérieure de l'enceinte comporte une fente 47 allongée parallèlement à l'axe X-X et située à l'aplomb de cet axe, et un joint 48 en polytétrafluoroéthylène (PTFE ou "Téflon"), partiellement logé dans une gorge 49 qui entoure cette fente. La plaque 45 est posée sur le joint 48, et est guidée en translation parallèlement à l'axe X-X par des glissières (non représentées) prévues sur la paroi supérieure de l'enceinte. Le châssis mobile 30, associé comme précédemment aux glissières 34 et à l'ensemble tige filetée 37manivelle 39, porte un servo-vérin 50 et son dispositif de commande 51. La tige de piston 52 de ce servo-vérin est fixée à la plaque 45. Cette installation fonctionne de la manière décrite plus haut, à ceci près que c'est le jet 42 qui est maintenant déplacé par rapport à la roue, suivant un mouvement de va-et-vient imposé par le servo-vérin 50 et un mouvement de déplacement lent du point médian de ce mouvement de va-et-vient, résultant de l'actionnement de la manivelle 39. Le mode de réalisation des Figures 3 à 5 peut s' avérer avantageux dans certains cas, par exemple dans le cas d'une roue de grande longueur. Dans chacun des modes de réalisation de l'installation, il est bien entendu possible de réaliser dans l'enceinte une atmosphère d'un gaz approprié, par exemple d'un gaz neutre. Par ailleurs, le creuset 3 peut comporter plusieurs orifices 18 dans son fond, afin de produire simultanément plusieurs jets 42. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de rubans métalliques amorphes par hypertrempe, du type dans lequel on envoie au moins un jet de métal liquide (42) sur une surface de réception (4) en défilement rapide, caractérisé en ce qu'on effectue un mouvement alternatif perpendiculaire à ladite direction de défilement entre la surface de réception (4) et le jet (42). 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement alternatif est sinusoïdal. 3 - Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on déplace au cours du temps la position relative médiane de la surface de réception (4) et du jet (42). 4 - Installation de fabrication de rubans métalliques amorphes par hypertrempe, du type comprenant un creuset (3) contenant du métal liquide, muni d'au moins un orifice de sortie (18), et une enceinte (2) contenant une surface de réception (4) munie de moyens (21) de mise en défilement rapide de cette surface en regard de l'orifice de sortie, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de déplacement (22) pour provoquer entre l'orifice de sortie (18) et la surface de réception (4) un mouvement alternatif relatif perpendiculaire à la direction de défilement de ladite surface. 5 - Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que ladite surface (4) est la surface périphérique d'une roue à entailles dont l'arbre moteur (6) traverse à coulissement une paroi de l'enceinte (2), et en ce que lesdits moyens de déplacement (22) comprennent un châssis (30), un plateau (25) guidé en translation parallèlement à l'axe (X-X) de la roue et portant l'arbre moteur (6), lequel est solidaire axialement de ce plateau, et des premiers moyens d'entraînement (31 à 33) adaptés pour entraîner en va-et-vient le plateau par rapport au châssis. 6 - Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le creuset (3) est monté coulissant, perpendiculairement à ladite direction de défilement, sur la paroi supérieure de l'enceinte (2), audessus d'une ouverture (47) de cette paroi allongée suivant la direction de coulissement, et en ce qu'il est prévu des moyens (50 à 52) de déplacement alternatif du creuset suivant sa direction de coulissement. 7 - Installation suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens de décalage (23) adaptés pour modifier la position relative médiane de la surface de réception (4) et de l'orifice de sortie (18). 8 - Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits moyens de décalage (23) sont des moyens d'entraînement alternatif ayant une période très inférieure à celle desdits moyens de déplacement (22).