Brevet FR2743572A1 — publié le 19970718

ALLIAGE FER-COBALT, PROCEDE DE FABRICATION D'UNE BANDE EN ALLIAGE FER-COBALT ET BANDE OBTENUE. La présente invention concerne un alliage Fer-Cobalt pour la fabrication de circuits magnétiques pour machines électrotechniques. les machines électrotechniques telles que les moteurs électriques, les transformateurs ou les relais comportent des circuits magnétiques constitués d'empilages de pièces découpées dans des bandes en alliage dont les propriétés magnétiques sont adaptées. Ces propriétés doivent être d'autant meilleures que les machines sont à forte énergie spécifique, ce qui est, o0 notamment, le cas pour les machines embarquées sur des véhicules tels que des avions ou des trains à grande vitesse. En effet, pour ces applications il est nécessaire de réduire au maximum le poids des équipements, ce qui passe par une augmentation de l'énergie spécifique, c'est à dire de la puissance par unité de masse. Les circuits magnétiques des machines à forte énergie spécifique sont souvent fabriqués en alliage Fer-Cobalt dont la composition chimique comprend, en poids, environ 50 % de cobalt et 2% de vanadium, le reste étant du fer. Mais ces alliages ont plusieurs inconvénients parce qu'ils présentent tous une transformation de phase a / y qui limite très notablement les possibilités d'action sur les propriétés magnétiques par traitement thermique. De plus, ces alliages ont, en général, une résistivité électrique trop faible et sont trop coûteux. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un alliage du type Fer-Cobalt ayant des propriétés magnétiques proches de celles des alliages connus, mais avec une teneur en cobalt plus faible, de façcon à être moins coûteux que les alliages existants. A cet effet, l'invention a pour objet un alliage Fer-Cobalt dont la composition chimique comprend en poids: % 0 % 0,5 % le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. Les impuretés résultant de l'élaboration peuvent être, notamment, des éléments tels que le chrome, le titane, le germanium, le vanadium et le molybdène, et des éléments tels que le carbone, I'oxygène, I'azote, le soufre et le phosphore. De préférence, les impuretés résultant de l'élaboration que sont le carbone, l'oxygène, I'azote, le soufre et le phosphore, ont des teneurs inférieures aux valeurs suivantes: C _ N S P et la somme des teneurs en chrome, titane, germanium, vanadium et 1o molybdène doit être inférieure à 0,5%. De préférence également, la composition chimique vérifie une ou plusieurs des relations suivantes: 10 % 2,5 % ou AI > 1,5 % ou Si + AI > 1,5%. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une bande en un alliage conforme à l'invention selon lequel: - on élabore l'alliage soit sous vide soit au four à arc suivi d'une opération de métallurgie en poche et, éventuellement, après une première solidification, on le refond sous vide ou sous laitier électroconducteur pour obtenir un demi produit, - on lamine à chaud le demi-produit pour obtenir une bande à chaud dont l'épaisseur est comprise entre 1 et 6 mm, - on décape la bande à chaud et on la lamine après l'avoir éventuellement réchauffée entre 200 C et 600 C pour obtenir une bande à froid d'épaisseur comprise entre 0,05 mm et 0,5 mm, - on effectue un traitement thermique entre 850 C et 1200 C pendant 1 à 10 heures et un revêtement par une couche électriquement isolante. Le revêtement par une couche isolante peut être obtenu en recouvrant la bande, soit, après le traitement thermique, d'au moins une couche de vernis minéral ou organique, soit, avant le traitement thermique, d'au moins une couche de méthylate de magnésium. Lorsque la teneur en silicium de l'alliage est supérieure à 2 %, le revêtement par une couche isolante peut être obtenu en appliquant sur la bande un lait de magnésie, avant le traitement thermique. L'invention concemrne, enfin, une bande en un alliage selon l'invention, revêtue d'au moins une couche électriquement isolante, ayant de préférence une texture cubique (100) [001] ou une texture (110) [001], ainsi que son utilisation pour la fabrication d'un circuit magnétique d'une machine électrotechnique. L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise, mais non limitative. Les inventeurs ont constaté de façon inattendue qu'en ajoutant du silicium ou de l'aluminium à un alliage Fer-Cobalt, on augmentait sensiblement la résistivité de l'alliage sans trop baisser l'aimantation à saturation, et, qu'en choisissant convenablement les teneurs en ces éléments, on pouvait faire disparaître la transformation de phase ady tout en obtenant un matériau suffisamment ductile pour être laminable à froid ce qui permet d'obtenir une bande dont les propriétés magnétiques peuvent être améliorées par un io traitement thermique et par l'obtention d'une texture favorable. La composition chimique de l'alliage selon l'invention comprend en poids: - de 5% à 40% et de préférence de 10% à 35% de cobalt qui est le seul élément connu améliorant l'aimantation à saturation du fer; le cobalt étant un élément très coûteux sa teneur est ajustée, pour chaque application particulière, à la teneur juste nécessaire pour obtenir les caractéristiques magnétiques souhaitées pour l'application; - de 0% à 5% de silicium et de 0% à 5% d'aluminium, la somme des teneurs en silicium et en aluminium étant comprise entre 0,5% et 5% pour augmenter la résistivité électrique et réduire l'étendue du domaine d'existence de la phase y sans trop détériorer la ductilité de façon à permettre une opération de laminage à froid; de préférence, soit la teneur en silicium est supérieure ou égale à 2,5%, soit la teneur en aluminium est supérieure ou égale à 1,5%, soit, la somme des teneurs en silicium et aluminium est supérieure ou égale à 1,5%, car au delà de ces valeurs, la phase y n'existe plus, ce qui permet des traitements thermiques à haute température pour faire grossir le grain et développer une texture favorable, et ainsi, améliorer les propriétés magnétiques; le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. Les impuretés résultant de l'élaboration sont, notamment, des éléments tels que le chrome, le titane, le germanium, le vanadium et le molybdène qui peuvent être tolérées à condition que la somme de leurs teneurs reste inférieure à 0,5%. Les impuretés sont également des éléments tels que le carbone, l'oxygène, l'azote, le soufre et le phosphore dont les teneurs doivent être le plus faible possible et, de préférence, telles que:C %, N Afin d'obtenir un niveau de pureté suffisant, I'alliage peut être élaboré au four sous vide ou au four à arc suivi d'un traitement en poche sous vide puis coulé sous forme de demi produit. Avantageusement, I'alliage peut être refondu sous vide ou sous laitier électroconducteur. Dans ce cas, après l'élaboration sous vide ou après l'opération de traitement en poche sous vide, l'alliage est coulé sous forme d'une électrode de refusion qui est refondue sous vide ou sous laitier éléctroconducteur pour obtenir le demi produit. Le demi produit est enfourné encore chaud dans un four de réchauffage pour être porté à la température de laminage, puis laminé à chaud pour obtenir une bande à chaud d'épaisseur comprise entre environ 1 mm et environ 6mm. La bande à chaud est alors décapée puis, éventuellement, dégourdie par to chauffage entre 200 C et 600 C et enfin, laminée à froid (ou à tiède lorsque la bande est dégourdie) en plusieurs passes avec, éventuellement des recuits intermédiaires entre 700 C et 1 100 C, pour obtenir une bande à froid d'épaisseur comprise, en général, entre 0,05mm et 0,5mm. Dans certains cas, la succession de laminages à froid et de recuits is intermédiaires permet d'obtenir une texture cubique (100) [001] ou une texture (110) [001] très favorables à l'obtention de bonnes propriétés magnétiques. Afin d'éviter l'oxydation de l'aluminium ou de silicium, les recuits intermédiaires doivent, de préférence, être faits sous atmosphère d'hydrogène pur et sec. La bande à froid est ensuite traitée thermiquement par chauffage et maintien en température entre 850 C et 12000C pendant un temps compris entre 1 heure et 10 heures et revêtue d'au moins une couche isolante électriquement. Le traitement thermique qui est fait sous atmosphère d'hydrogène pur et sec permet de faire grossir le grain ce qui améliore les propriétés magnétiques. Au moins une couche électriquement isolante peut être constituée d'un vernis minéral ou organique déposé après le traitement thermique, ou de méthylate de magnésium déposé avant le traitement thermique. Lorsque la teneur en silicium de l'alliage est suffisante, c'est à dire supérieure à 2%, au moins une couche électriquement isolante peut être obtenue en appliquant sur la bande, avant le traitement thermique, un lait de magnésie. Pendant le traitement thermique, le silicium situé en surface de la bande réagit avec la magnésie pour former un verre isolant. Les bandes ainsi obtenues peuvent être découpées pour obtenir des pièces qui, après empilage, forment des circuits magnétiques pour des transformateurs, des moteurs électriques, des relais ou pour tout autre machine électrotechnique. Ces bandes ont un champ coercitif faible (Hc 40 p. .Q.cm), ce qui les rend particulièrement aptes à la fabrication de circuits magnétiques pour des machines électrotechniques à forte énergie spécifique destinées notamment à équiper des véhicules tels que des trains à grande vitesse ou des aéronefs. A titre d'exemple, on a fabriqué les alliages suivants (composition chimiqe en poids en % alliage Fe Co Si AI C N I O S A bal 15 0,98 - 0,01 0,0014 0,0027 0, 0005 C bal 15 - 1,54 0,016 0,0008 0,001 0,0005 D bal 15 2,4 0,027 0,0005 0,001 0,0005 E bal 15 - 3,1 0,011 0,0005 0,001 0,0005 F bal 15 0,98 1,55 0,011 0,0012 0,0013 0,0005 Tous ces alliages ont été élaborés au four sous vide, laminé à chaud puis à froid pour obtenir des bandes de 0,2mm d'épaisseur. Les bandes ont été soumises à un traitement thermique sous hydrogène. Les conditions de traitement thermique et les caractéristiques magnétiques obtenues étaient: alliage e C t (heures) p (p..cm) B à 6000e (G) Hc(Oe) A 900 4 30 22500 0,58 A 1000 4 30 22500 0,71 C 900 4 35 22100 0,5 C 1050 4 35 22100 0,53 D 900 4 38 21200 0,53 D 1150 4 38 21200 0,4 E 900 4 40 21000 0,43 E 1150 4 40 21000 0,4 F 900 4 39,5 21500 0,4 F 1000 4 39,5 21500 0,32 A titre de comparaison, les caractéristiques de bandes en alliage Fer- Cobalt selon l'art antérieur sont typiquement: Co % p (0.Q. 0cm) A eG Hc(Oe) 50 40 22500 1 22 22500 1,5 On constate que les alliages selon l'invention ont une résistivité électrique comparable, un champ coercitif sensiblement plus faible et une aimantation pas considérablement différente malgré une teneur en cobalt très sensiblement plus faible que les alliages selon l'art antérieur. Ceci montre les avantages de l'alliage selon l'invention. REVENDICATIONS 1 - Alliage Fer-Cobalt caractérisé en ce que sa composition chimique comprend en poids: 5 % 0 % 0,5 % le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. 2 - Alliage selon la revendication 1 caractérisé en ce que les impuretés résultant de l'élaboration que sont le carbone, I'oxygène, I'azote, le soufre et le phosphore ont des teneurs inférieures aux valeurs suivantes: C O s15 N S P 3 - Alliage selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que les impuretés résultant de l'élaboration que sont le chrome, le titane, le germanium, le vanadium et le molybdène ont des teneurs dont la somme est inférieure à 0,5%. 4 - Alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que: % 5 - Alliage selon l'une quelconque des revendications I à 4 caractérisé en ce que: Si > 2,5 % 6 - Alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que: AI > 1,5% 7 - Alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que: Si + AI > 1,5 % 8 - Procédé de fabrication d'une bande en un alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que: - on élabore l'alliage soit sous vide soit au four à arc suivi d'une opération de métallurgie en poche et, éventuellement, après une première solidification, on le refond sous vide ou sous laitier éléctroconducteur pour obtenir un demi produit, - on lamine à chaud le demi-produit pour obtenir une bande à chaud dont l'épaisseur est comprise entre 1 et 6 mm, on décape la bande à chaud, éventuellement on la réchauffe entre 200 C et 600 C, et on la lamine pour obtenir une bande à froid d'épaisseur comprise entre 0,05 mm et 0,5 mm, - on effectue un traitement thermique entre 850 C et 1200 C pendant 1 à 10 heures et un revêtement par une couche isolante. 9 - Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que le revêtement par une couche isolante est obtenu en recouvrant la bande, soit, après le traitement thermique, d'au moins une couche de vernis minéral ou organique, soit, avant le traitement thermique, d'au moins une couche de méthylate de magnésium. ts 10 - Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que, lorsque la teneur en silicium de l'alliage est supérieure à 2 %, le revêtement par une couche isolante est obtenu en appliquant sur la bande un lait de magnésie, avant le traitement thermique. 11 - Bande en un alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 12 - Bande selon la revendication 11 caractérisée en ce qu'elle présente une texture cubique (100) [001] ou une texture (110) [001]. 13 - Bande selon la revendication 1 1 ou la revendication 12 caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'au moins une couche isolante électriquement.