Poudre magnétique La présente invention a pour objet une poudre magnétique pour un accouplement pré sentant des éléments magnétisables capables de tourner l'un par rapport à l'autre et séparés l'un de l'autre par un entrefer dans lequel ladite poudre est destinée à être placée, cette poudre consistant en une matière finement divisée comprenant des particules d'un alliage ferro magnétique. Ces particules doivent être prati quement inoxydables aux températures régnant dans l'accouplement et pouvant atteindre 260 C.
Lorsqu'une poudre ferromagnétique est disposée dans l'entrefer d'un accouplement comprenant une bobine d'excitation, l'excita tion de la bobine force le flux magnétique traversant l'entrefer à se concentrer dans la poudre et à accoupler magnétiquement les particules de la poudre entre elles et aux élé ments pouvant tourner l'un par rapport à l'au tre, ce qui engendre une résistance s'opposant à la rotation relative de ces éléments. La pou dre ferromagnétique joue ainsi le rôle d'un ma tériau d'accouplement.
Si la poudre d'accouple ment possède un magnétisme résiduel faible, l'interruption du courant d'excitation de la bo bine permet à la poudre de perdre rapidement son pouvoir d'accouplement, grâce à quoi on obtient l'effet de débrayage rapide désiré dans la plupart des applications.
Jusqu'à ce jour, il était d'usage courant de disposer dans l'entrefer une certaine quantité d'une matière fluide et magnétisable, ou d'un mélange composé de fer finement divisé (fer carbonyle ou fer suédois, par exemple) et d'un produit d'addition lubrifiant sec ou humide. Par exemple, le produit d'addition peut être un fluide, par exemple une huile de graissage ; on a utilisé aussi des produits analogues à des graisses; enfin, on a employé comme lubri fiant une matière sèche en poudre, ou fine ment divisée, telle que du graphite ou une ma tière analogue.
Jusqu'à ce jour, la dimension des particules de fer utilisées était variable et elles étaient comprises entre un diamètre de 4 microns et un diamètre leur permettant de pas ser juste dans un tamis à 120 mailles cm. Ce pendant, on a reconnu que l'on pouvait étendre dans les deux sens ces limites de dimensions.
Comme on le sait parfaitement, le fer pur possède une perméabilité élevée et une faible rémanence, c'est-à-dire qu'il est relativement facile de le magnétiser dans un champ magné tique, et qu'il perd facilement son magnétisme, lorsqu'il n'existe plus de champ magnétique. Cependant, les accouplements magnétiques comportant une matière d'accouplement cons- tituée par de la poudre de fer pur, n'ont pas donné satisfaction dans beaucoup d'applications différentes.
Le principal défaut que présente l'utilisation d'une poudre de fer pur, particuliè rement dans des conditions de température éle vée qui existent couramment dans le fonction nement des accouplements, est que la perméa bilité magnétique des particules finement divi sées semble altérée, ce qui provoque une ré duction de la capacité de transmission du cou ple de l'accouplement. Bien qu'on ne connaisse pas parfaitement la raison de cette altération, on a supposé que l'oxydation du fer pulvéru lent en oxyde non magnétique en était la cause principale.
Un phénomène, qui contribue à la diminution du couple transmis, particulière ment au cours des premières heures de fonc tionnement, semble résulter du changement de forme des particules en raison de leur usure par frottement provoquée par leur brassage brusque qui les met en contact mutuel et en contact avec les éléments d'accouplement ro tatifs. Il en résulte une chute brusque du cou ple transmis pendant une période de rodage d'environ deux à cinq heures, cette chute étant encore perceptible après un délai pouvant at teindre environ vingt-cinq heures. Par la suite toute nouvelle chute du couple semble alors due presque entièrement à des changements survenant dans les propriétés magnétiques de la matière en poudre.
La poudre faisant l'objet de l'invention est caractérisée en ce que ledit alliage est choisi dans le groupe des alliages ferritiques et mar- tensitiques contenant outre une notable pro portion de fer, de 11,5 à 27,0 %oo en poids de chrome comme élément d'alliage essentiel, le diamètre des particules de l'alliage étant com pris entre 4 microns et 0,5 mm.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, un embrayage dans lequel la poudre ma gnétique selon l'invention est destinée à être utilisée et un graphique explicatif.
La fig. 1 est une coupe schématique Ion gi- tudinale de cet embrayage. La fig. 2 représente le graphique. L'embrayage représenté à la fig. 1 com prend un élément menant 1 et un élément mené 3 pouvant tourner par rapport à ce dernier, qui sont montés concentriquement dans des paliers d'un carter 7. On peut intervertir la relation d'entraînement entre les éléments menant 1 et mené 3. De même l'élément mené pourrait être fixe, et dans ce cas l'accouplement fonc tionnerait comme un frein, au lieu de cons tituer un embrayage.
Un moyeu 9, monté sur l'élément menant 1, supporte un élément in ducteur magnétisable 11 (en fer), qui porte une bobine d'excitation annulaire 13, logée entre des éléments polaires 15 formés par des parties de l'élément inducteur 11.
Un carter 17, fixé à l'élément 3, supporte un tambour magnétisable 19, en fer, qui est espacé de l'élément inducteur 11 par un en- trefer 21. On utilise des éléments d'étanchéité en chicane 23 situés entre l'élément inducteur et le tambour, pour isoler de manière étanche l'entrefer 21 des paliers 5.
Les lignes de force du champ magnétique ont approximativement la forme toroïdale re présentée schématiquement par le contour 25 en traits interrompus (fig. 1) et ce champ existe chaque fois que la bobine 13 est excitée.
La matière magnétique finement divisée qui est présente dans l'entrefer 21 a tendance à circuler moins librement et à devenir plus compacte, à mesure que le courant d'excitation de la bobine 13 augmente, ce qui crée un cou ple d'entraînement entre les éléments menant et mené. La valeur du couple d'entraînement est fonction des forces magnétiques engendrées dans la poudre magnétique par le champ ma gnétique.
Les caractéristiques d'un accouplement ma gnétique du type précité, comportant de la pou dre de fer ordinaire au titre de matière d'ac couplement ferromagnétique 27 dans l'entre- fer 21, ont été représentées par la courbe A en trait plein sur le graphique de la fig. 2.
Les valeurs particulières du couple, données en ordonnées en mkg, et du temps, données en abscisses en heures, dépendent bien entendu de diverses variables, telles que les détails de conception de l'accouplement, ses dimensions générales, et en particulier l'importance de l'en- trefer 21, la valeur du courant traversant la bobine 13, la forme et la dimension des parti cules de la poudre 27, la nature du produit d'addition, etc... La courbe A représente les caractéristiques d'un embrayage lorsqu'on uti lise de la poudre de fer pur. Cette courbe montre comment le couple diminue en fonction du temps.
On constate que la transmission de couple que l'embrayage est capable d'assurer pour une excitation donnée diminue sensible ment au cours d'une importante période d'uti lisation. Cette courbe A montre que, bien que la diminution du couple soit plus élevée dans la première période de l'utilisation de l'em brayage qu'au cours des périodes ultérieures, le temps pendant lequel il se produit une im portante diminution de couple excède de loin n'importe quelle période pratique de ro couple transmis peut tomber à 50 % de sa valeur initiale après quatre-vingts heures de fonctionnement, et à moins de 50 % après cent quarante heures. La courbe A se rappro che asymptotiquement d'une droite horizontale, ce qui signifie que le couple transmis se sta bilise sensiblement après une période suffisam ment longue.
Cette période est considérable, et il se produit quelquefois d'autres phénomè nes irréguliers qui dépendent du glissement, de la température, de la compression des par ticules, etc... Même si l'on utilise les produits d'addition connus les plus efficaces, la dimi nution minimum du couple au cours d'une période de fonctionnement de cent heures en- viron est de l'ordre de 40 '%, et elle se produit irrégulièrement d'un embrayage à un autre,
bien que leurs détails de construction soient uniformes. Une caractéristique de couple diminuant au cours d'une longue période est à éviter radi calement, car pendant toute cette période il est nécessaire de compenser cette diminution en faisant varier l'excitation de la bobine pour obtenir un couple donné. En outre, on éprouve des difficultés lorsqu'on veut transmettre un couple déterminé dans un ensemble de condi tions données.
La demanderesse a découvert que, si l'on remplace du fer pur finement divisé par cer tains alliages ferromagnétiques du fer qui se ront précisés ci-après, on réduit pratiquement au minimum les difficultés précitées. En utili sant de tels alliages, on évite un affaiblissement du couple sur une longue période, ainsi que d'autres phénomènes irréguliers, ce qui permet d'obtenir rapidement une caractéristique de transmission du couple constante et stable. On a représenté ce résultat par la courbe B en traits interrompus ; elle représente les carac téristiques d'un même type d'embrayage lors qu'on utilise de la poudre d'acier inoxydable à la place de la poudre de fer pur.
Bien que la courbe B montre un affaiblissement du cou ple au cours d'une période de rodage por tant sur un nombre d'heures relativement faible, la valeur totale de l'affaiblissement est relati vement peu élevée. Après vingt-cinq heures de fonctionnement, la diminution de couple ulté rieure n'est que d'environ 2 ''O/o ou 3 ''O/o, et après soixante-quinze heures de fonctionne ment, on ne décèle aucun nouvel affaiblisse ment du couple. On voit donc que la courbe B représente des caractéristiques de couple qui sont de loin supérieures à celles de la courbe A.
Bien que, si l'on utilise certaines des ma itières précisées ci-après, il soit nécessaire d'obtenir une force magnétomotrice plus éle vée, c'est-à-dire un plus grand nombre d'am pères-tours dans la bobine 13, en raison d'une perméabilité plus faible, ces matières sont en core de beaucoup préférables au fer pur. Mais,, malgré le fait qu'on obtient, avec la même force magnétomotrice, un couple initial plus faible, comme le représente la courbe C en traits mix tes, le couple se stabilise cependant beaucoup plus rapidement à une valeur plus élevée que celle de la courbe A. Il en résulte, conformé ment aux courbes B et C, qui sont des cour bes d'exemples pratiques, qu'on obtient une stabilisation de couple plus rapide avec un affaiblissement moins important du couple.
On voit clairement sur la fig. 2 que la courbe C pourrait être située encore plus bas, en utili- saut une excitation plus faible dans la bobine 13, et que l'on conserverait les avantages pré cités.
La matière utilisée par la demanderesse dans l'entrefer 21, pour remplacer la poudre
EMI0004.0001
TABLEAU <SEP> 1
<tb> Aciers <SEP> inoxydables <SEP> martensitiques <SEP> au <SEP> chrome
<tb> N <SEP> 403 <SEP> 410 <SEP> 414 <SEP> 416 <SEP> 420 <SEP> 431 <SEP> 440A <SEP> 440B <SEP> 440C
<tb> Matière <SEP> Composition <SEP> chimique <SEP> - <SEP> %o <SEP> en <SEP> poids
<tb> C <SEP> 0,15 <SEP> 0,15 <SEP> 0,15 <SEP> 0,15 <SEP> 0,30 <SEP> 0,20 <SEP> 0,60 <SEP> 0,76 <SEP> 0,95
<tb> max. <SEP> max. <SEP> max. <SEP> à <SEP> max.
<SEP> à <SEP> à <SEP> à
<tb> 0,40 <SEP> 0,75 <SEP> 0,95 <SEP> 1,20
<tb> Max <SEP> -- <SEP> 1,00 <SEP> 1,00 <SEP> 1,25 <SEP> 1,00 <SEP> 1,00 <SEP> 1,00 <SEP> 1,00 <SEP> 1,00
<tb> Mn
<tb> Max <SEP> -- <SEP> 1,00 <SEP> 1,00 <SEP> 1,00 <SEP> 1,00 <SEP> 1,00 <SEP> 1,00 <SEP> 1,00 <SEP> 1,00
<tb> Si
<tb> Max <SEP> -- <SEP> 0,04 <SEP> 0,04 <SEP> * <SEP> 0,04 <SEP> 0,04 <SEP> 0,04 <SEP> 0,04 <SEP> 0,04
<tb> P
<tb> Max <SEP> -- <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> * <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03
<tb> S
<tb> Cr <SEP> 11,50 <SEP> 11,50 <SEP> 11,50 <SEP> 12,00 <SEP> 12,00 <SEP> 15,00 <SEP> 16,00 <SEP> 16,00 <SEP> 16,00
<tb> à <SEP> à <SEP> à <SEP> à <SEP> à <SEP> à <SEP> à <SEP> à <SEP> à
<tb> 13,00 <SEP> 13,50 <SEP> 13,50 <SEP> 14,00 <SEP> 14,00 <SEP> 17,00 <SEP> 18,00 <SEP> 18,00 <SEP> 18,00
<tb> Ni <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 1,
25 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 1,25 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> - à <SEP> à
<tb> 2,50 <SEP> 2,50
<tb> Autres <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> ** <SEP> **
<tb> éléments
<tb> * <SEP> P, <SEP> S, <SEP> Se, <SEP> Min <SEP> 0,07; <SEP> Zr, <SEP> Mo, <SEP> Max <SEP> 0,60
<tb> ** <SEP> Max <SEP> Mo <SEP> 0,75
EMI0004.0002
TABLEAU <SEP> 2
<tb> Aciers <SEP> inoxydables <SEP> ferritiques <SEP> au <SEP> chrome
<tb> N :
<SEP> 405 <SEP> 406 <SEP> 430 <SEP> 430F <SEP> 443 <SEP> 446
<tb> Matière <SEP> Composition <SEP> chimique <SEP> - <SEP> %o <SEP> en <SEP> poids
<tb> C <SEP> 0,02 <SEP> 0,15 <SEP> 0,12 <SEP> 0,12 <SEP> 0,20 <SEP> 0,25
<tb> max. <SEP> max. <SEP> max.
<tb> Max <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,00 <SEP> - <SEP> 1,00 <SEP> 1,00
<tb> Mn
<tb> Max <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,00 <SEP> - <SEP> 1,00 <SEP> 1,00
<tb> Si
<tb> Max <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,04 <SEP> - <SEP> 0,04 <SEP> 0,04
<tb> P
<tb> Max <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,03 <SEP> - <SEP> 0,35 <SEP> 0,03
<tb> S
<tb> Cr <SEP> 11,50 <SEP> 12,00 <SEP> 14,00 <SEP> 14,00 <SEP> 18,00 <SEP> 23,00
<tb> à <SEP> à <SEP> à <SEP> à <SEP> à <SEP> à
<tb> 13,50 <SEP> 14,00 <SEP> 18,00 <SEP> 18,00 <SEP> 23,00 <SEP> 27,00
<tb> Ni <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,00
<tb> max.
de fer pur finement divisée, peut être, par exemple, un acier inoxydable finement divisé sous forme de poudre, dont des exemples de composition sont donnés dans les tableaux 1 et 2 ci-après. Le tableau 1 se rapporte à des aciers mar- tensitiques au chrome et le tableau 2 à des aciers ferritiques au chrome. Tous ces aciers résistent à la corrosion, et lorsqu'ils sont dans des états finement divisés, ils ont une perméa bilité suffisante pour les températures prévues dans le fonctionnement de l'accouplement, qui peuvent atteindre et même dépasser 5380 C.
On entend par matière finement divisée une matière dont les particules ont des diamètres compris entre 4 microns et 0,5 mm, le dia mètre supérieur leur permettant encore de tra verser un tamis à 20 mailles/cm. Il est bien entendu que, dans les données des tableaux ci- dessus, chaque particule de poudre, prise iso lément, est composée par les divers consti tuants de l'alliage considéré, dans les mêmes proportions que dans l'alliage à partir duquel on peut former la poudre.
Les alliages Nos 410 et 431 ont donné à l'usage des résultats particulièrement satis faisants.
La demanderesse a trouvé que les classes des alliages susceptibles d'être utilisés ne sont pas limitées à ceux qui ont des propriétés ma gnétiques douces , c'est-à-dire une réma nence faible. Ainsi, elle a constaté que les aciers inoxydables martensitiques (tableau 1), qui sont compris dans la classe des matières magnétiques dures , figurent au nombre des meilleures matières qu'on puisse utiliser. Lorsqu'on les utilise sous forme de poudres fines, leurs propriétés magnétiques dures ne se manifestent pas à un degré appréciable lors du fonctionnement d'un accouplement ma gnétique.
Pour le moment, la demanderesse ne peut expliquer si cette particularité est due à une véritable diminution de rémanence dans ces matières lorsqu'on les utilise en poudre finement divisée, ou aux effets d'une turbu lence, qui est engendrée dans la poudre et qui provoque la rupture de l'orientation magné tique régulière des particules, lorsque l'on sup prime le champ magnétique en cessant d'ex citer la bobine 13. De toute manière, ce ré sultat inattendu a conduit à l'utilisation d'un grand nombre de poudres d'alliages ferroma gnétiques durs résistant à la corrosion, et qu'on avait considérées jusqu'à ce jour comme inutilisables dans les dispositifs de ce type.
On peut ajouter à la poudre d'alliage n'importe quel produit d'addition lubrifiant solide ou liquide, et l'on peut procéder à un traitement des surfaces de friction pour ré duire le frottement de la même manière qu'avec les poudres de fer utilisées jusqu'à ce jour.
Ce pendant, beaucoup d'entre elles donnent hau tement satisfaction, et on les utilise de préfé rence sans produit d'addition et sans traite ment de surface d'aucune sorte. _ On peut peut-être expliquer en partie les extraordinaires propriétés magnétiques de cer- tains de ces alliages en poudre, en disant que lorsque ces alliages sont dans un état fine ment divisé, les propriétés magnétiques de ces matières, en ce qui concerne leur perméabilité et leur rémanence, sont totalement différentes des propriétés des mêmes matières - à l'état massif. Il est peut-être possible de donner une autre explication partielle :
bien que certains de ces alliages à l'état massif perdent leurs pro priétés magnétiques à certaines températures élevées, ces mêmes alliages à l'état de poudres sans consistance composées de particules de faible dimension, conservent leurs propriétés magnétiques à des températures- sensiblement plus élevées.
Quoi qu'il en soit, et quelle qu'en soit l'ex plication, non seulement les .poudres décrites restent chimiquement stables, ei par consé quent donnent des résultats plus uniformes pendant de longues périodes de fonctionnement, mais encore leur comportement magnétique dans les accouplements dépasse tout ce qu'on pouvait attendre des propriétés magnétiques des mêmes alliages à l'état massif.