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MATIERES MAGNETIQUES MOULABLES PERFECTIONNEES ET LEUR PROCEDE
DE FABRICATION.
La présente invention concerne les matières magnétiques moulables et leur procédé de fabrication. Elle vise en particulier des compositions ou des alliages magnétiques friables moulables, et plus spécialement des compositions magnétiques du type alnico.
On connait divers alliages métalliques 'durs. Par exemple;,' les alliages magnétiques alnico comportent essentiellement de l'aluminium, du nickel et du cobaltavec du fer comme matériau de base. Comme la' plupart des alliages magnétiques permanents,les alliages magnétiques alnico sont excessivement dursde telle sorte que le façonnement à la forge, ouà la presse, du métal coulé est très difficile. C'est la raison pour laquelle la plupart des aimants alnico sont aujourd'hui fabriqués par frittage.
Toute- fois., en raison du retrait inhérent au frittage, ce procédé ne donne pas en- tièrement satisfaction lorsqu'on désire obtenir un produit fini de dimensions précises.,
On a déjà proposé également de fabriquer des aimants permanents en moulant un mélange de matière magnétique finement divisée;, avec un liant résineux tel qu'une résine phénolique., Bien que de tels produits soient ac- ceptables pour beaucoup d'applications, il arrive qu'elle ne conviennent pas à certaines conditions d'emploi, c'est le cas par exemple lorsque les aimants doivent être soumis à des températures élevéesµ le liant plastique s'est alors révélé sensible au vieillissement:
, entraînant souvent des déformations permanentes Les matériaux magnétiques à liant résineux ne conviennent donc., en général, pas aux applications qui :requièrent la conservation de dimen- sions précises, même dans des conditions de température assez élevées.
La présente invention-est basée sur la découverte que l'on peut fabriquer des compositions magnétiques alnico moulables, susceptibles d'être moulées à des dimensions précises et conservant indéfiniment ces dimensions aux températures normales de fonctionnement}, en utilisant comme liant entre
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les particules magnétiques, un métal ou un alliage à bas point de fusion, ce point de fusion étant inférieur à 450 C.
Les compositions moulables conformes à l'invention sont préparées en introduisant un alliage magnétique finement divisé., comme l'alnico., et un métal ou un alliage à bas point de fusion, finement divisé., dans une com- position (flux) comportant du chlorure de zinc; le mélange est constamment agité et on le chauffe jusqu'à une température un peu supérieure au point de fusion du métal ou de l'alliage à bas point de fusion.
Pendant ce traitement, les particules d'alnico se recouvrent d' une mince couche du métal ou de l'alliage à bas point de fusion. Cette cou- che n'est pas seulement constituée par le métal servant de liant, mais elle contient aussi des composés métalliques formés de celui-ci et d'un ou plusieurs des constituants de l'alnico, probablement le fer. Ces composés procurent une force de cohésion très élevée, comme on peut s'en convaincre en essayant de séparer l'une de l'autre, deux particules d'alnico ainsi recouvertes: En général,, les cristaux d'alnico se brisent avant que le recouvrement métal- lique ne se rompe.
Après avoir lavé la poudre d'alnico muni de son revêtement, et séché le produit lavé, on peut placer ce dernier dans un moule chauffé à une température légèrement avoisinante du point de fusion du métal ou de l'allia ge à bas point de fusion; ledit produit est alors comprimé et refroidi sous pression jusqu'à une température nettement inférieure à celle du point de fusion du métal ou de l'alliage à bas point de fusion. Le produit moulé prend la forme et les dimensions précises du moule, et celles-ci se conser- vent à toutes les températures inférieures à celle du point de fusion du métal ou de l'alliage constituant le liant.
Comparés aux alnico connus ayant une résine comme liant, les produits moulés fabriqués selon l'invention sont en général plus résistants et présentent l'avantage supplémentaire d'être entièrement métalliques, de sorte qu'ils peuvent être unis à d'autres éléments métalliques par simple soudure. En outre, du fait du mode d'application du métal servant de liant sur les particules d'alnico, on obtient un mélange homogène qui se moule bien et possède des propriétés magnétiques uniformes dans toute la masse du produit moulé.
La poudre, destinée à être moulée, ne se détériore pas, c'est-à- dire qu'elle est chimiquement stable, de sorte qu'on peut la conserver indé- fini-ment après sa préparation, jusqu'à son moulage. De plus, les vibrations dues aux machines et les diverses manipulations en cours de fabrication n' altèrent pas leurs propriétés physiques.
A ce point de vue, la matière mou- lable, objet de la présente invention, diffère notablement des mélanges con- nus de particules magnétiques finement divisées et de liants résineux pul- vérulents. De tels mélanges de poudres hétérogènes, composés de particules lourdes d'alliage magnétique et de particules plus légères de liant, ne res- tent pas homogènes pendant leur manipulation ou leur stockage, ce qui rend difficile le contrôle de la qualité des poudres mélangées ou moulées.
Les produits conformes à l'invention ne présentent pas ces incon- vénients, probablement parce qu'une mince couche d'alliage formant liant est intimement liée à chaque particule magnétique. Par conséquent, chacune d' elle ne comporte pas seulement un noyau en matière magnétique (comme l' alni- co) et un revêtement métallique à bas point de fusion, mais aussi des compo- sés métalliques qui se sont formés entre ledit revêtement et l'alnico, très probablement avec le fer de ce dernier alliage.
La préparation de la composition, moulable d'alnico peut être ef- fectuée au moyen d'un chlorure de zinc fondu, ou d'une de ses solutions.
Lorsqu' on utilise une solution de chlorure de zinc, il est géné- ralement nécessaire d'effectuer le chauffage sous pression, de telle sorte que la solution soit maintenue à une température supérieure au point de fu- sion du liant métallique à bas point de fusion. Par exemple, quand on em- ploie comme liant une soudure à bas point de fusion, composée de 50% de bis-
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Lorsqu'on utilise une solution de chlorure de zinc)! il est géné- ralement nécessaire d'effectuer le chauffage sous pression, de telle sorte que la solution soit maintenue à une température supérieure au point de fu - sion du liant métallique à bas point de fusion.
Par exemple, quand on em- ploie comme liant une sonoure à bas point de fusion, composée de 50% de bis- math,de 20% de plomb et de 13% d'étain, fondant à 1580 C, l'alnico fine- ment divisé;, dont les particules ont des dimensions inférieures à celles qui passent au tamis américain N 100;, est mélangé mécaniquement avec le liant métallique à bas point de fusion, finement divisé., et le mélange est versé dans un flux liquide;, consistant, par exemple;, en une solution de 2 parties d'acide sulfurique, de 2 parties d'acide chlorhydrique, et de 25 parties de-chlorure de zinc,, dans 100 parties d'eau.
Le flux et le mélange sont alors chauffés et brassés dans une cuve., sous une pression de 9 Kg/cmê environ. Ce brassage à 170 G agite les particules de matière magnétique et elles se recouvrent de la soudure for- mant le liante Ensuite le mélange est refroidi, lavé pour en éliminer l'ex- cès de flux puis séché Le produit résultant séché peut. être moulé à envi- ron 1800C. sous une pression appropriée, Le produit moulé est refroidi jus- qu'à 130 C. environ, avant d'être retiré du moule.
On peut éviter de travailler à une pression supérieure à la pres- sion atmosphérique en utilisant un flux de chlorure de zinc fondu.
Un mélange d'alnico finement divisé, du liant métallique finement divisé et de chlorure de zinc est chauffé à une température supérieure à cel- le du point de fusion du chlorure de zinc, et par conséquente à celle du point de fusion de l'alliage à bas point de fusion. Après un brassage approprié du mélange chauffée un alliage et une combinaison métallique se produisent entre l'alnico et l'alliage à bas point de fusion. La masse fondue est alors lentement refroidie sous agitation constante;, et se résout finalement en pou- dre. L'alnico, avec son revêtement,, est lavé pour être débarrassé de chlorure de zinc et moulé comme décrit ci-dessus.
En général,, au moins 15 % en poids du produit muni de son revê- tement doivent être constitués par le métal de revêtement. De préférence le produit muni de son revêtement doit comporter de 70 à 75 % en poids d'al- nico, et de 25 à 30 % en poids de 1-'alliage à bas point de fusion. Une com- position constituée de 72% -environ d'alnico et de 28% de l'alliage ci-des- sus,de plomb-étain-bismuth, s'est révélée très avantageuse pour le moulage de pièces de précision.
L'homogénéité des propriétés magnétiques des pièces ainsi moulées à partir d'un même bain de coulée, selon le procédé objet de l'invention, les rendent particulièrement adaptées à la réalisation des suspensions magné- tiques.
Gomme les propriétés magnétiques des produits de l'invention sont plus uniformes que celles que l'on peut attendre des matières magnétiques couléesou des matières préparées par des procédés qui ne répartissent pas uniformément le revêtement du métal formant le liante sur les particules d'al- nico, il est évident qu'on peut réaliser une économie importante dans cer- taines fabrications telles que celles des suspensions magnétiques, du double point de vue de la précision des dimensions et du réglage du flux magnétique.
L'invention a été décrite à propos d'alnico, constituant un alli- age friable, mais il doit être bien entendu qu'elle n'est nullement limitée à cet exemple. C'est ainsi que-des alliages magnétiques ductiles., tels que ceux qui contiennent 60% de cuivre., 20% de nickel;, 20 % de cobalt.. peuvent être traités de manière analogue à ce qui a été dit ci-dessus, à condition que l'alliage puisse'être effectivement réduit en poudre. Une méthode pour pulvériser les alliages ductiles consiste à projeter,, sous forme de jet, le métal fondu. dans un réfrigérant en atmosphère protectrice, au moyen d'un pistolet pulvérisateur ou analogue.
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Il est également bien entendu que tout alliage à bas point de fusion, y compris les soudures fondant en dessous de 250 C. environ, peu- vent être substitués au liant particulier, envisagé comme exemple dans ce qui précède.
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IMPROVED MOLDABLE MAGNETIC MATERIALS AND THEIR PROCESS
MANUFACTURING.
The present invention relates to moldable magnetic materials and their manufacturing process. It relates in particular to moldable friable magnetic compositions or alloys, and more especially to magnetic compositions of the alnico type.
Various hard metal alloys are known. For example, 'alnico magnetic alloys mainly consist of aluminum, nickel and cobalt with iron as a base material. Like most permanent magnetic alloys, alnico magnetic alloys are excessively hard so that forging, or pressing, cast metal is very difficult. This is the reason why most alnico magnets today are made by sintering.
However, due to the shrinkage inherent in sintering, this process is not entirely satisfactory when it is desired to obtain a finished product of precise dimensions.
It has also already been proposed to make permanent magnets by molding a mixture of finely divided magnetic material with a resinous binder such as phenolic resin. Although such products are acceptable for many applications, it happens that they are not suitable for certain conditions of use, this is the case, for example, when the magnets must be subjected to high temperatures, the plastic binder has then proved to be sensitive to aging:
, often resulting in permanent deformations Resin-bonded magnetic materials are therefore generally not suitable for applications which: require the maintenance of precise dimensions, even under fairly high temperature conditions.
The present invention is based on the discovery that it is possible to manufacture moldable alnico magnetic compositions capable of being molded to precise dimensions and retaining these dimensions indefinitely at normal operating temperatures}, using as a binder between
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magnetic particles, a metal or an alloy with a low melting point, this melting point being less than 450 C.
The moldable compositions according to the invention are prepared by introducing a finely divided magnetic alloy, such as alnico., And a finely divided low melting point metal or alloy, into a composition (flux) comprising zinc chloride; the mixture is constantly stirred and heated to a temperature somewhat above the melting point of the low melting point metal or alloy.
During this treatment, the alnico particles become covered with a thin layer of the metal or the low melting point alloy. This layer is not only constituted by the metal serving as a binder, but it also contains metal compounds formed of this and one or more of the constituents of alnico, probably iron. These compounds provide a very high cohesive force, as one can be convinced by trying to separate one from the other, two particles of alnico thus covered: In general, the crystals of alnico break before the metal covering does not break.
After washing the alnico powder provided with its coating, and drying the washed product, the latter can be placed in a mold heated to a temperature slightly close to the melting point of the metal or of the low-melting alloy. ; said product is then compressed and cooled under pressure to a temperature clearly below that of the melting point of the metal or of the low-melting alloy. The molded product takes the precise shape and dimensions of the mold, and these persist at all temperatures below that of the melting point of the metal or alloy constituting the binder.
Compared to the known alnico having a resin as a binder, the molded products produced according to the invention are in general more resistant and have the additional advantage of being entirely metallic, so that they can be joined to other metallic elements by simple welding. In addition, due to the manner of applying the metal as a binder to the alnico particles, a homogeneous mixture is obtained which molds well and possesses uniform magnetic properties throughout the mass of the molded product.
The powder, intended to be molded, does not deteriorate, that is to say it is chemically stable, so that it can be kept indefinitely after its preparation, until it is molded. In addition, the vibrations due to the machines and the various manipulations during manufacture do not alter their physical properties.
In this respect, the flexible material object of the present invention differs markedly from the known mixtures of finely divided magnetic particles and pulverulent resinous binders. Such heterogeneous powder mixtures, composed of heavy magnetic alloy particles and lighter binder particles, do not remain homogeneous during handling or storage, which makes it difficult to control the quality of mixed or molded powders. .
The products according to the invention do not suffer from these drawbacks, probably because a thin layer of binder alloy is intimately bonded to each magnetic particle. Therefore, each of them not only has a core of magnetic material (such as alnico) and a low melting point metal coating, but also metal compounds which have formed between said coating and the coating. 'alnico, most likely with the iron of the latter alloy.
The preparation of the moldable composition of alnico can be carried out using molten zinc chloride, or one of its solutions.
When using a zinc chloride solution, it is generally necessary to carry out heating under pressure so that the solution is maintained at a temperature above the melting point of the low-point metal binder. fusion. For example, when a low melting point solder composed of 50% bis-
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When using a zinc chloride solution)! it is generally necessary to carry out the heating under pressure such that the solution is maintained at a temperature above the melting point of the low melting point metal binder.
For example, when a low melting point sonoure, composed of 50% bis-math, 20% lead and 13% tin, melting at 1580 C, is employed as a binder, alnico fine- divided ;, the particles of which are smaller in size than those passing through the American N 100 sieve ;, is mechanically mixed with the low-melting metal binder, finely divided., and the mixture is poured into a liquid stream ;, Consisting, for example, of a solution of 2 parts sulfuric acid, 2 parts hydrochloric acid, and 25 parts zinc chloride, in 100 parts water.
The flow and the mixture are then heated and stirred in a tank, under a pressure of approximately 9 kg / cm. This stirring at 170 G stirs the particles of magnetic material and they become covered with the solder forming the binder. Then the mixture is cooled, washed to remove the excess flux and then dried. The resulting product can be dried. be cast at around 1800C. under suitable pressure, the molded product is cooled to approximately 130 ° C., before being removed from the mold.
Working at a pressure greater than atmospheric pressure can be avoided by using a stream of molten zinc chloride.
A mixture of finely divided alnico, finely divided metal binder and zinc chloride is heated to a temperature higher than the melting point of zinc chloride, and therefore higher than the melting point of the alloy. low melting point. After proper stirring of the heated mixture an alloy and metallic combination occurs between the alnico and the low melting point alloy. The melt is then slowly cooled with constant stirring, and finally resolves to a powder. The alnico, with its coating, is washed to be free of zinc chloride and cast as described above.
In general, at least 15% by weight of the product with its coating should consist of the coating metal. Preferably, the product with its coating should contain 70 to 75% by weight of alnico, and 25 to 30% by weight of the low melting point alloy. A composition consisting of 72% -about alnico and 28% of the above alloy, lead-tin-bismuth, has been found to be very advantageous for the casting of precision parts.
The homogeneity of the magnetic properties of the parts thus molded from the same casting bath, according to the process which is the subject of the invention, make them particularly suitable for the production of magnetic suspensions.
As the magnetic properties of the products of the invention are more uniform than those which can be expected from cast magnetic materials or materials prepared by processes which do not uniformly distribute the coating of the metal forming the binder over the aluminum particles. nico, it is obvious that a significant saving can be made in certain manufactures such as those of magnetic suspensions, from the double point of view of the precision of the dimensions and of the adjustment of the magnetic flux.
The invention has been described with reference to alnico, constituting a friable alloy, but it should be understood that it is in no way limited to this example. Thus, ductile magnetic alloys, such as those containing 60% copper, 20% nickel, 20% cobalt, can be treated in a manner analogous to what has been said above. , provided that the alloy can be effectively powdered. One method of spraying ductile alloys is to spray the molten metal as a jet. in a refrigerant in a protective atmosphere, by means of a spray gun or the like.
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It is also of course understood that any low melting point alloy, including welds melting below about 250 ° C., may be substituted for the particular binder envisaged as an example in the foregoing.