Brevet FR2737043A1 — publié le 19970124

I ALLIAGE FER-NICKEL POUR MASQUE D'OMBRE TENDU La présente invention concerne l'utilisation d'un alliage du type FerNickel pour la fabrication d'un masque d'ombre tendu pour tube cathodique de visualisation. Afin d'améliorer la qualité de l'image obtenue, les tubes de visualisation cathodique pour télévision couleur comportent un masque d'ombre constitué d'une feuille métallique très mince, percée, par attaque chimique, d'une multitude de trous. Le masque d'ombre, placé à l'intérieur du tube à proximité de l'écran de visualisation, sert à assurer que l'impact du 1o faisceau d'électrons ait bien lieu aux points voulus pour que l'image obtenue soit nette. Mais il sert également, ou peut servir, de blindage magnétique afin d'éliminer les perturbations engendrées par le champ magnétique terrestre qui déforment l'image. Dans les tubes de télévision à écran plat, la feuille métallique percée de trous est maintenue tendue par un cadre rigide. Les allongements imposés par la tension permettent d'éviter les déformations qui seraient engendrées par les échauffements locaux provoqués par l'impact du faisceau d'électrons. Le masque d'ombre est alors dit "tendu". Afin de résister aux efforts de tension nécessaires pour obtenir des allongement suffisants, le masque d'ombre doit être réalisé en un alliage ayant des caractéristiques mécaniques élevées, en particulier une résistance à la traction supérieure à 500 Mpa. Cet alliage doit également avoir des propriétés magnétiques adaptées, notamment un champ coercitif faible, une perméabilité élevée et une induction à saturation élevée, pour remplir efficacement la fonction de blindage magnétique. L'alliage doit, également, avoir un coefficient de dilatation compatible avec celui du cadre qui supporte et assure la tension du masque d'ombre. Il doit pouvoir être noirci par un traitement de surface afin d'augmenter son émissivité afin de limiter son échauffement sous l'effet de faisceaux d'électrons très énergétiques. Enfin, la feuille d'alliage doit pouvoir être gravée facilement par attaque chimique, ce qui nécessite qu'elle soit la plus mince possible et la plus plate possible. Pour fabriquer les masques d'ombre tendus, on utilise des aciers extra doux calmés à l'aluminium (aciers AK). Mais ces aciers ont plusieurs inconvénients: leurs caractéristiques mécaniques et leurs caractéristiques magnétiques sont insuffisantes pour obtenir simultanément une résistance à la traction élevée, un bon effet de blindage magnétique et une bonne aptitude à la gravure chimique. On utilise également des alliages fer-nickel contenant, en poids, soit environ 79% soit environ 80% de nickel, environ 4% de molybdène, éventuellement de 0% à 2% d'au moins un élément pris parmi le vanadium, le titane, I'hafnium et le niobium, le reste étant du fer et des impuretés inévitables telles que le carbone, le chrome, le silicium, le soufre, le cuivre et le manganèse; la teneur en impuretés ne dépassant pas 1%. Ces alliages sont utilisés sous forme de bandes laminées à froid écrouies de façon à avoir une résistance à la traction supérieure à 800 Mpa. Au cours de la fabrication du masque d'ombre tendu, I'alliage est soumis à un recuit à une température lo d'environ 450 C qui permet d'obtenir des propriétés magnétiques relativement élevées sans détériorer la résistance à la traction. La présence de vanadium, titane, hafnium ou niobium permet, par un traitement de surface adapté, de réaliser un bon noircissage de la surface. Mais, ces alliages ne résolvent pas complètement le problème de l'écran magnétique, et, pour éviter que les images soient déformées par le champ magnétique terrestre, on doit utiliser des moyens électroniques de correction compliqués et coûteux. La nécessité d'une correction électronique est d'autant plus grande que l'ecran cathodique est de grande dimension et que le masque d'ombre est mince, c'est à dire, facile à graver. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un alliage du type fer-nickel qui peut être utilisé pour la fabrication d'un masque d'ombre tendu remplissant bien la fonction d'écran magnétique, même pour de faibles épaisseurs, et permettant d'obtenir des images de bonne qualité sans qu'il soit nécessaire d'effectuer une correction par des moyens électroniques. A cet effet, I'invention a pour objet l'utilisation d'une bande en alliage fer-nickel pour la fabrication d'un masque d'ombre tendu d'épaisseure, exprimée en mm, caractérisé en ce que la composition chimique de l'alliage fer-nickel comprend, en poids: 69% 0% 0% 0% 0% 0% ' C 0% 0% 0% S le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition io chimique satisfaisant, en outre, les relations: Co+Ni+1, 5xCu > 79,5% 3x(Co+Ni)-2xCu > 206% Co+Ni+7xCu S Le masque d'ombre remplit d'autant mieux la fonction d'écran magnétique que: Mo+W+Ti+Nb+AI+Si+V+Cr+Ta à 0,7 Tesla. L'invention concerne enfin un masque d'ombre tendu constitué d'une feuille percée de trous, découpée dans une bande d'alliage fer-nickel conforme à l'invention. L'invention va maintenant être décrite plus en détail mais de façon non limitative. Les inventeurs ont constaté, de façon inattendue, qu'un masque d'ombre tendu réalisé en un alliage fer-nickel dont la composition chimique comprend, notamment, de 69% à 83% en poids de nickel, de 0% à 8% en poids de cuivre, de 0% à 1,5% en poids de cobalt de 0% à 7% en poids d'au moins un élément pris parmi le molybdène, le tungstène, le niobium, le vanadium, le chrome et le tantale, et satisfait aux relations: Co+Ni+ 1,5xCu > 79,5% 3x(Co+Ni)-2xCu > 206% Co+Ni+ 7xCu l'image pour compenser les effets du champ magnétique terrestre. Ce domaine de composition chimique permet d'obtenir à la fois une résistance à la traction supérieure ou égale à 500MPa, un coefficient de dilatation thermique voisin de 13x10-6/K une perméabilité magnétique élevée et un champ coercitif faible. Le cobalt est optionnel et remplace une partie du nickel à raison d'environ 1% de cobalt pour environ 1% de nickel. Au-delà de 1,5% le cobalt a un effet défavorable sur l'efficacité de la fonction de blindage magnétique du masque d'ombre tendu. Le molybdène, le tungstène, le niobium, le vanadium, le chrome et le tantale, améliorent la perméabilité magnétique et diminuent le champ coercitif, mais, lorsque la somme des teneurs en ces éléments dépasse 7% l'alliage perd ses propriétés magnétiques et, en outre, devient beaucoup plus difficile à laminer à chaud et à froid. Pour améliorer l'émissivité du masque d'ombre, on peut ajouter à l'alliage un ou plusieurs éléments pris parmi le titane, I'aluminium, le zirconium et l'hafnium en des teneurs telles que la somme Ti+AI+Zr+Hf soit supérieure ou égale à 0,04% et inférieure ou égale à 1,2%. Ces éléments favorisent la formation sur la surface du masque d'ombre d'une fine couche d'oxydes noirs qui améliore l'émissivité et limite l'échauffement du masque d'ombre pendant son utilisation. La somme des teneurs en ces éléments doit être supérieure ou égale à 0,04% pour que l'oxydation soit franche, mais doit rester inférieure ou égale à 1,2% car, au delà, les laminages sont très difficiles. Le domaine de composition, ainsi défini, permet d'obtenir des alliages possédant une induction à saturation Bs comprise entre environ 0,5 et environ 1 Tesla. Pour permettre de diminuer l'épaisseur du masque d'ombre, ce qui facilite le perçage par attaque chimique, tout en conservant l'efficacité d'écran magnétique, il est souhaitable que l'alliage ait une induction à saturation Bs supérieure à 0,7 Tesla et, de préférence, supérieure à 0,8 io Tesla. Pour cela, les teneurs en éléments tels que le molybdène, le tungstène, le titane, le niobium, I'aluminium, le silicium, le vanadium, le chrome, et le tantale doivent être limitées. Aussi, de préférence, la composition chimique doit être telle que: Mo+W+ Ti+Nb+AI+Si+V+Cr+Ta égale à 0,05mm. D'une façon plus générale, cette somme doit être d'autant plus faible que l'épaisseur est faible. Si e est l'épaisseur exprimée en millimètres, il est préférable que: Mo+W+Ti+Nb+Al+Si+V+Cr+Ta chaud, et, entre 0% et 1%, et de préférence, entre 0% et 0,3% de silicium. Mais, pour obtenir une induction à saturation élevée, la somme des teneurs en carbone, manganèse et silicium doit rester inférieure ou égale à 1%. Le reste de la composition est constitué de fer et d'impuretés résultant de l'élaboration, telles que le phosphore, le soufre, I'oxygène ou I'azote. La teneur en soufre est, en général, inférieure ou égale à 0,01%. Mais, pour obtenir une bonne qualité du perçage par découpe chimique, la teneur en soufre doit, de préférence, rester inférieure ou égale à 0,001%. La meilleur composition est: ,5 0% 0,04% S le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. Pour fabriquer un masque d'ombre, on élabore un alliage tel que défini ci-dessus, de préférence par fusion par induction sous vide (VIM) suivi d'une refusion sous laitier électroconducteur (ESR), afin d'obtenir un métal io très propre, ce qui permet d'obtenir une meilleure qualité du perçage par attaque chimique. L'alliage ainsi élaboré est coulé en lingot ou sous forme de brame, puis laminé à chaud puis à froid pour obtenir une bande mince d'épaisseur inférieure à 0,20 mm et de préférence inférieure à 0,10 mm. Le laminage est effectué de telle manière que la texture soit faible, et en particulier que l'indice de texture n soit inférieur à 2. Ceci permet d'obtenir un masque d'ombre dont les propriétés sont les mêmes dans toutes les directions. L'indice de texture n est la valeur maximale du rapport de I'intensité d'un faisceau de rayons X réfléchi par un échantillon de la bande étudiée, à l'intensité d'un faisceau de rayons X réfléchi par un échantillon isotrope constitué du même alliage; le rapport étant mesuré pour toutes les incidences correspondant à chacune des familles de textures théoriques. A titre d'exemple, pour fabriquer une bande laminée à froid d'épaisseur d'environ 0,05mm, on part d'une bande laminée à chaud dont l'épaisseur est comprise entre 4 et 5mm. Cette bande est laminée à froid en plusieurs passes entrecoupées par des recuits au four à passage, par exemple aux épaisseurs intermédiaires de 2mm, 0,25mm et 0,08mm. En procèdant ainsi, on minimise les anisotropies mécaniques et magnétiques induites par le laminage Après laminage, on soumet la bande à un recuit de recristallisation, par exemple dans un four de recuit à passage, à une température comprise entre 800 C et 1200 C pendant une durée de l'ordre d'lmn. Ce recuit permet d'obtenir un grain fin de taille comprise entre 8 ASTM et 11 ASTM, ce qui est également nécessaire pour la qualité du perçage chimique. Enfin, la bande est planée sous traction. Le planage sous traction engendre une petite déformation plastique de la bande qui a pour effet de dégrader légèrement la perméabilité et le champ coercitif du métal, mais ce planage est indispensable pour obtenir une planéité parfaite de la bande, nécessaire à la fabrication des masques d'ombre. La bande ainsi traitée a une limite d'élasticité de 350 Mpa, une résistance à la traction de 650 Mpa, un champ coercitif Hc de l'ordre de 0,1 A/cm et une induction à saturation Bs supérieure à 0,7 Tesla. Il est important de noter que, lorsque la bande est soumise à une traction d'environ 200MPa, le champ coercitif reste inchangé, autour de 0,1Alcm. Avec les alliages selon l'art antérieurs, lorsque la bande adoucie 1o est déformée par l'opération de planage sous traction puis soumise à des contraintes, les propriétés magnétiques sont dégradées de façon plus marquée qu'avec l'alliage selon l'invention. Il en résulte que le champ coercitif final est environ trois fois plus élevé et la perméabilité trois fois plus faible qu'avec l'alliage selon l'invention. A titre d'exemple, on a fabriqué des bandes avec cinq alliages selon l'invention, repérées A, B, C, D, E, et deux bandes, reperées F et G, selon l'art antérieur. Les bandes laminées à froid avaient une épaisseur de 0,07mm. Elles ont toutes été recuites au four à passage à 1050"C pendant environ 1 mn. Les compositions chimiques, exprimées en pour cent en poids, sont reportées au tableau 1. Tableau 1 %en A B C D E F G poids Ni 81,1 80,8 77,0 80,9 81,0 79,7 77,0 Mo 5,80 5,55 3,90 2,90 0 4,95 3,20 Cu C 0,008 0,012 0,010 0,007 0,015 0,015 0,011 Nb 0 0 0 0 3,80 0 0 Fe reste reste reste reste reste reste reste Les caractéristiques mécaniques et magnétiques à l'état recuit puis légèrement déformé par planage et soumis à des contraintes sont reportées au tableau 2. Tableau 2 i A B C D E F G Champ 0,16 0,08 0,18 0,11 0,15 0,32 0,41 coercitif A/cm Inductionà 0,7 0,7 0,7 0,85 0,8 0,75 0,9 saturation T10 Perméabilité 12000 36000 11000 19000 12000 4000 3000 relative limite 340 345 320 350 390 362 295 d'élasticité MPa Charge à 654 683 630 655 710 671 660 rupture MPa l Allongement à28 35 32 35 29 25 35 rupture % Dureté HV |180 175 165 185 190 170 160 On constate que les alliages A, B, C, D, E selon l'invention correspondent aux champs coercitifs les plus faibles et aux perméabilités les plus élevées, et que les alliages F et G selon l'art antérieur ont des champs coercitifs et des perméabilités moins bons, dans un rapport 2 à 3. Avec la bande B, on a fabriqué un masque d'ombre tendu de 30cmx22cm et d'épaisseur 0,12mm qui ne nécessitait pas de correction électronique des défauts engendrés par le champ magnétique terrestre. REVENDICATIONS 1 - Utilisation d'une bande en alliage fer-nickel pour la fabrication d'un masque d'ombre tendu d'épaisseur e, exprimée en mm, caractérisé en ce que la composition chimique de l'alliage fer-nickel comprend, en poids: 69% 0% 0% 0% 0% 0% 0% S le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique satisfaisant, en outre, les relations: Co+Ni+1,5xCu > 79,5% 3x(Co+Ni)-2xCu > 206% Co+Ni+7xCu S 4 -Utilisation d'un alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que: Mo+W+Ti+Nb+AI+Si+V+Cr+Ta des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que l'alliage a été élaboré par induction sous vide puis refondu sous laitier électroconducteur avant d'être laminé puis recuit dans un four à passage à une température comprise entre 800 C et 1200 C pendant une durée d'environ lmn et plané sous traction, en ce que le grain est compris entre 8 et 11 ASTM, la résistance à la traction est supérieure ou égale à 500MPa, l'indice de texture n est inférieur à 2, le champ coercitif est inférieur ou égal à 0,3A/cm et l'induction à saturation est supérieure ou égale à 0,7 Tesla. 6 - Masque d'ombre tendu d'épaisseur e, exprimée en mm, caractérisé en ce que il est en un alliage dont la composition chimique comprend, en poids: 69% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% S le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique satisfaisant, en outre, les relations: Co+Ni+1,5xCu > 79,5% 3x(Co+Ni)-2xCu > 206% Co+Ni+7xCu S 9 -Masque d'ombre tendu selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que: Mo+W+Ti+Nb+AI+Si+V+Cr+Ta revendication 5.