Procédé de fabrication de matière magnétique.
La présente invention est relative à des==alliages ferro-magnétiques qui conviennent plus particulièrement à la fabrication de noyaux pour des bobines, de préférence des bobines de Pupin et des bobines de self pour filtres électriques.
Dans la technique des courants faibles il est usuel d'indiquer comme mesure de la qualité d'une bobine sa constante de temps, c�est-à-dire le rapport existant entre le coefficient de self et la résistance de perte. On cherche à rendre ce rapport aussi grand que possible, ce qui revient pratiquement à réduire autant que possible les pertes provoquées par la résistance à courant continu des spires et les pertes provoquéespar hystérésis et courants de Foucault de la
J���--
matière constituant le noyau.
Deux autres conditions qui doivent être remplies, plus particulièrement avec des bobines de Pupin et des bobines de self pour filtres électriques, sont les suivantes:
1[deg.]- la constance de la perméabilité, à savoir l'indépendance
de la perméabilité de l'amplitude d'un champ alternatif magnétique.
<EMI ID=1.1>
que le noyau magnétique a été soumis à une forte-magnétisation à courant continu.
Les noyaux magnétiques à poudre de fer constitués par des particules magnétiques finement divisées et isolées les unes des autres, qu'on utilise souvent pour des bobines de Pupin répondent aux deux dernières conditions. Toutefois, ils présentent l'inconvénient d'une faible perméabilité, dont la valeur est tout au plus 40 environ, ce qui a pour effet que les bobines doivent être calibrées relativement grandes, de sorte que la constante de temps qui, comme on le sait, est fonction des dimensions de la bobine, devient plus faible qu'on ne le désire. En outre, la fabrication de ces noyaux est difficile et doit être très soignée.
En outre on connait déjà des matières magnétiques de noyau qui se composent en substance d'alliages de fer et de nickel et dont la perméabilité initiale est très élevée. Une propriété bien connue de ces derniers alliages est leur grande sensibilité aux efforts mécaniques, par exemple les efforts de traction et de pression. Pour cette raison et pour rendre l'usinage plus facile il est nécessaire de re-. cuire plusieurs fois la matière à une haute température
<EMI ID=2.1>
exemple le laminage où l'étirage. Un tel traitement thermique doit s'effectuer en tout cas après le dernier traitement mécanique pour réaliser une grande perméabilité initiale.
<EMI ID=3.1>
"Permalloy" ne conviennent pas à la fabrication de bobines de Pupin comportant des noyaux massifs de fil ou de tôle, par suite de leur inconstance magnétique et leurs pertes élevées.
Enfin, on connaît des alliages de fer et de nickel dont la perméabilité initiale - environ 25 - est inférieure à celle des susdits alliages, mais qui ont des propriétés favorables quant aux pertes par hystérésis et courants de Foucault et à la constance de la perméabilité. Dans ce cas le dernier traitement de la matière lors de la fabrication est de nature mécanique.
La présente invention est relative à un procédé de fabrication de matière magnétique dont les propriétés magnétiques et électriques sont sensiblement supérieures à celles des matières de noyau connues jusqu'ici, et qui convient particulièrement bien pour des bobines de Pupin.
Ce procédé consiste à soumettre une ou plusieurs fois un alliage ferro-magnétique approprié, de préférence un alliage de fer et de nickel, à un traitement thermique et mécanique alternant à une température d'environ 900[deg.]C., le dernier traitement mécanique étant suivi encore par un traitement thermique à une température maximum d'environ 500 à
600[deg.]C.
Le suivant mode d'exécution fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée.
Un alliage ferro-magnétique, par exemple, "Nickalloy" se composant d'environ 50% de fer et 50% dé nickel, est laminé de façon à obtenir une bande ayant une épaisseur de 80
à 200 microns. Cette bande est recuite dans une atmosphère d'hydrogène à une température entre 900 et 1000[deg.]C. Après re-froidissement la bande est laminée à nouveau jusqu'à ce qu'elle ait l'épaisseur définitive requise, par exemple de
60 microns, après quoi elle est recuite une seconde fois, à une température d'environ 400[deg.]C. Le dernier recuit peut s'effectuer dans l'air. Toutefois, il peut aussi être effectué dans une autre atmosphère, par exemple d'hydrogène. La perméabilité de la bande réalisée ainsi a une valeur de 50 à 100, qui est donc sensiblement inférieure à celle du "nickalloy" qu'on utilisait comme matière initiale et également inférieure à celle des diverses espèces de fer ordinaires.
En dedans de la région de la courbe de magnétisation entrant en jeu, la perméabilité est approximativement constante, de sorte que pour la magnétisation à courant alternatif les déformations non-linéaires demeurent entre les limites admissibles. La variation de la perméabilité est également extrêmement faible après une forte magnétisation à courant continu.
La constante de temps de bobines comportant un noyau réalisé conformément à l'invention est sensiblement supérieure à celle des bobines utilisées jusqu'ici qui sont munies d'autres matières de noyau connues et qui ont la même inductivité et les mêmes dimensions de noyau. En outre, les bobines comportant des noyaux réalisés conformément à l'invention ne présentent que des variations très faibles de l'inductivité après le passage d'un.fort courant continu à travers l'enroulement, d'où il ressort que la matière formant noyau a une forte stabilité magnétique. La courbe représentée sur le dessin montre la dépendance de l'inconstance magnétique de la réduction de section réalisée par le dernier traitement mécanique.
Il résulte de cette courbe que .pour une réduction de section de 20 à 40% réalisée par le dernier traitement mécanique et après le traitement thermique subséquent, la matière est pratiquement parfaitement constante.
Les excellentes propriétés de la nouvelle matière sont le résultat du dernier recuit qui, comme on l'a déjà dit, est effectué à une température d'environ 400[deg.]C. La durée de ce dernier traitement thermique joue un rôle important et dans le cas où le recuit s'effectue dans l'air, il doit être continué pendant 1 à 3 heures. Dans l'hydrogène, par contre, une heure environ suffit déjà., Il importe beaucoup de déterminer exactement la durée de recuit pour chaque gaz et chaque température, parce que comme on l'a déjà dit, les propriétés magnétiques ultérieures de la matière formant noyau dépendent grandement de ces valeurs. Lorsqu'on augmente la durée du recuit la perméabilité et la stabilité augmentent, tandis que les pertes par hystérésis diminuent jusqu'à une certaine durée maximum.
Par suite de la perméabilité relativement forte de la matière de noyau, le volume requis du noyau d'une bobine ayant une inductivité déterminée peut être sensiblement inférieur à celui des bobines usuelles.
Method of manufacturing magnetic material.
The present invention relates to ferro-magnetic alloys which are more particularly suitable for the manufacture of cores for coils, preferably Pupin coils and inductor coils for electric filters.
In the technique of low currents it is usual to indicate as a measure of the quality of a coil its time constant, that is to say the ratio existing between the choke coefficient and the loss resistance. We try to make this ratio as large as possible, which practically amounts to reducing as much as possible the losses caused by the DC resistance of the turns and the losses caused by hysteresis and eddy currents of the coil.
J � � � -
material constituting the core.
Two other conditions which must be fulfilled, more particularly with Pupin coils and choke coils for electric filters, are as follows:
1 [deg.] - constancy of permeability, namely independence
of the permeability of the amplitude of an alternating magnetic field.
<EMI ID = 1.1>
that the magnetic core has been subjected to strong-magnetization with direct current.
Iron powder magnetic cores consisting of finely divided magnetic particles isolated from each other, which are often used for Pupin coils, meet the last two conditions. However, they have the disadvantage of low permeability, the value of which is at most about 40, which results in the coils having to be calibrated relatively large, so that the time constant which, as is known , is a function of the dimensions of the coil, becomes smaller than desired. In addition, the manufacture of these cores is difficult and must be very careful.
In addition, magnetic core materials are already known which consist essentially of alloys of iron and nickel and whose initial permeability is very high. A well-known property of these latter alloys is their great sensitivity to mechanical stresses, for example tensile and pressure stresses. For this reason and to make machining easier it is necessary to re-. cook the material several times at a high temperature
<EMI ID = 2.1>
example rolling or stretching. Such heat treatment must in any case take place after the last mechanical treatment in order to achieve high initial permeability.
<EMI ID = 3.1>
"Permalloy" are not suitable for the manufacture of Pupin coils comprising solid cores of wire or sheet metal, due to their magnetic inconstancy and high losses.
Finally, iron and nickel alloys are known, the initial permeability of which - approximately 25 - is lower than that of the aforesaid alloys, but which have favorable properties with regard to losses by hysteresis and eddy currents and to the constancy of permeability. In this case, the final treatment of the material during manufacture is of a mechanical nature.
The present invention relates to a method of manufacturing a magnetic material whose magnetic and electrical properties are substantially superior to those of the core materials known hitherto, and which is particularly suitable for Pupin coils.
This process consists in subjecting one or more times a suitable ferro-magnetic alloy, preferably an alloy of iron and nickel, to an alternating thermal and mechanical treatment at a temperature of about 900 [deg.] C., The last treatment. mechanical being followed further by heat treatment at a maximum temperature of about 500 to
600 [deg.] C.
The following embodiment will make it easier to understand how the invention can be implemented.
A ferro-magnetic alloy, for example, "Nickalloy" consisting of about 50% iron and 50% nickel, is rolled so as to obtain a strip having a thickness of 80%.
at 200 microns. This strip is annealed in a hydrogen atmosphere at a temperature between 900 and 1000 [deg.] C. After re-cooling the strip is rolled again until it has the required final thickness, for example
60 microns, after which it is annealed a second time, at a temperature of about 400 [deg.] C. The final annealing can take place in air. However, it can also be carried out in another atmosphere, for example of hydrogen. The permeability of the strip thus produced has a value of 50 to 100, which is therefore substantially lower than that of "nickalloy" which was used as the starting material and also lower than that of the various ordinary iron species.
Within the region of the magnetization curve involved, the permeability is approximately constant, so that for AC magnetization the nonlinear strains remain between the allowable limits. The change in permeability is also extremely small after strong direct current magnetization.
The time constant of coils comprising a core made in accordance with the invention is substantially greater than that of coils used heretofore which are provided with other known core materials and which have the same inductivity and the same core dimensions. In addition, the coils comprising cores produced in accordance with the invention only exhibit very small variations in inductivity after the passage of a strong direct current through the winding, from which it emerges that the material forming core has strong magnetic stability. The curve shown in the drawing shows the dependence of the magnetic inconstancy on the reduction in section achieved by the last mechanical treatment.
It follows from this curve that .pour a reduction in section of 20 to 40% achieved by the last mechanical treatment and after the subsequent heat treatment, the material is practically perfectly constant.
The excellent properties of the new material are the result of the last annealing which, as already said, is carried out at a temperature of about 400 [deg.] C. The duration of this last heat treatment plays an important role and in the case where the annealing is carried out in air, it should be continued for 1 to 3 hours. In hydrogen, on the other hand, about an hour is already sufficient. It is very important to determine exactly the annealing time for each gas and each temperature, because as has already been said, the subsequent magnetic properties of the forming material kernel depend greatly on these values. When the annealing time is increased, the permeability and the stability increase, while the hysteresis losses decrease up to a certain maximum time.
Due to the relatively high permeability of the core material, the required core volume of a coil having a determined inductivity can be significantly less than that of conventional coils.