EP1082733B1 - Procede de preparation d'un materiau magnetique par forgeage et materiau magnetique sous forme de poudre - Google Patents

Procede de preparation d'un materiau magnetique par forgeage et materiau magnetique sous forme de poudre Download PDF

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EP1082733B1
EP1082733B1 EP99922227A EP99922227A EP1082733B1 EP 1082733 B1 EP1082733 B1 EP 1082733B1 EP 99922227 A EP99922227 A EP 99922227A EP 99922227 A EP99922227 A EP 99922227A EP 1082733 B1 EP1082733 B1 EP 1082733B1
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EP
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forging
alloy
process according
rare earth
transition metal
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René Perrier De la Bathie
Sophie Rivoirard
Patricia De Rango
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Santoku Corp
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Santoku America Inc
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    • H01F41/0273—Imparting anisotropy

Definitions

  • the present invention relates to the preparation of a magnetic material by forging as well as a magnetic material in powder form.
  • Permanent magnets based on iron, boron and rare earths are good known. Their importance in the electrical or electronic industry is growing.
  • the first uses powder metallurgy for the preparation of dense magnets or sintered.
  • Another method consists in melting an alloy and then subjecting it to wheel, anneal it and hot press or coat the powder thus obtained with a resin or a polymer. This process allows bonded magnets to be obtained.
  • the powder and the magnet obtained by the implementation of this process are most often isotropic. To obtain an anisotropic powder or magnet, it is currently necessary to use expensive, low-yielding processes or whose results are insufficient.
  • the object of the invention is the development of such a method.
  • the invention also relates to a magnetic material in powder form, characterized in that it has a coercivity of at least 9kOe and a remanence of at least minus 9kG.
  • the present invention applies, according to its first variant, to the preparation of magnetic materials based on at least one rare earth, at least one metal of transition and at least one other element chosen from boron and carbon.
  • the process of the invention therefore starts in this case from alloys having the composition required for get the desired material.
  • This composition can be variable both by the nature of its constituents only by the respective proportions thereof.
  • alloys comprising at least one rare earth and at least one metal of transition and which additionally contain at least one other element chosen from boron and carbon. Such alloys are well known.
  • rare earth is meant, for the whole description, the elements of the group consisting of yttrium and the elements of the periodic table number atomic inclusive between 57 and 71.
  • the periodic classification of elements referred to for the entire description is that published in the Supplement to the Bulletin de la cios Chimique de France n ° 1 (January 1966).
  • the rare earth of the alloy can be neodymium or even praseodymium.
  • transition elements is meant the elements of columns IIIa to VIIa, VIII, Ib and llb. These transition elements can be more particularly here those chosen in the group comprising iron, cobalt, copper, niobium, vanadium, molybdenum and nickel, these elements can be taken alone or in combination. according to a preferred variant, the transition element is iron or even iron in combination with at least one element from the aforementioned group, iron being the majority.
  • the alloy may include additives such as gallium, aluminum, silicon, tin, bismuth, germanium, zirconium or titanium taken alone or in combination.
  • the respective proportions of rare earth, transition metal and the other above can vary widely. So the rare earth content can be at least 1% (the percentages given here are percentages atomic) and it can vary between 1% and 30% approximately, more particularly between 1% and about 20%.
  • the content of third element, in particular boron can be at least minus 0.5% and it can vary between 0.5 and 30% approximately, more particularly between 2 and About 10%.
  • their content can be at least 0.05% and it can vary from about 0.05 to 5%.
  • alloys By way of example of alloys, mention may very particularly be made of neodymium / iron / boron alloys, in particular those comprising also copper. Mention may also be made, as alloys which can be used more particularly in the context of the present invention, of those which have a phase corresponding to the formula TR 2 Fe 14 B, TR designating at least one rare earth, very particularly neodymium.
  • the invention also applies, according to its second variant, to the preparation of magnetic materials based on at least one rare earth, at least one metal of transition and nitrogen.
  • the process used in this case starts from alloys having the required composition of rare earth and transition metal to obtain the material wish. All that has been said above concerning the rare earth, the element of transition as well as any additives also applies here. However, we can cite more particularly the alloys based on samarium and iron from which will obtain magnetic materials based on samarium, iron and nitrogen.
  • alloys used as starting materials do not have or very few magnet properties. In particular, they have little or no coercivity and anisotropy.
  • the alloys that are generally used consist of mainly monocrystalline grains, of large size, of at least 10 ⁇ m approximately. Here and for the whole description, the sizes are measured by SEM. Alloys can be in a massive form or in the form of a powder. The alloys are generally heterogeneous in terms of grain size, nature of the phases and of the particle size in the case of a powder.
  • the alloy may undergo, prior to the treatment of the invention, annealing at a temperature of at least 500 ° C under an inert atmosphere.
  • the alloy as described above is placed in a sheath.
  • a sheath We use advantageously a cylindrical sheath.
  • the height of this sheath is preferably at less equal to the height of the alloy to be treated. Its wall thickness is chosen in such a way so that it does not burst during forging but this thickness must remain relatively small.
  • the material of the sheath must be as plastic as possible at the temperature at which forging takes place.
  • a sheath is generally used metal.
  • the sheath is made of steel.
  • the introduction of the alloy into the sheath can be done by casting the molten alloy in it or by any mechanical means starting from an ingot or powder.
  • the alloy-sheath assembly is then brought to a temperature of at least 500 ° C.
  • the maximum temperature not to be exceeded is that beyond which there is a risk of produce a significant fusion of the grains of the alloy.
  • This temperature is more precisely between 600 ° C and 1100 ° C, more particularly between 800 ° C and 1000 ° C.
  • the alloy is brought to the temperature indicated under an inert atmosphere, by example under argon.
  • the next step of the process of the invention consists in subjecting a forging to the alloy in the sheath.
  • Forging consists of a percussion, one gives indeed one or several hammer blows on the alloy / sheath assembly.
  • Forging takes place on the alloy / sheath assembly at the temperature indicated above.
  • the alloy / sheath assembly is placed in a sealed chamber surrounding the anvil of the forge. This chamber is connected to a source of inert gas and it includes an opening through which the forge hammer can pass through a seal.
  • the number of hammer blows is between 1 and 10.
  • the mechanical power of the hammer blow must be such that the grains constituting the alloy are broken. It can also be such that part of this power is used for heating the material, allowing several successive forges, without external heating of the alloy.
  • this power can be for example at least about 1 kilowatt per gram of material (kW / g), more particularly at least 5kW / g.
  • Such a power corresponds to a material deformation speed of at least 8 s -1 , in particular of at least 10 s -1 , more particularly of at least 50s -1 and even more particularly of at least 100s -1 .
  • the rate of deformation of the material is defined by the expression (dh / h) / dt, dh / h designating the ratio (initial height-final height) / initial height, the height being that of the alloy / sheath assembly, dt designating the duration of the crushing which is equal to dh / (v / 2), v being the speed of the hammer at the time of the impact and v / 2 being considered, as a first approximation, as the average speed during the crushing, this average speed can indeed be defined as the ratio (initial speed-final speed) / 2 i.e. (v-0) / 2.
  • Such a power corresponds to devices in which the speed of the hammer is at least 0.3 ms -1 , in particular at least 0.5 m.s -1 , more particularly at least 1m.s -1 , and even more particularly at least 4m.s -1 .
  • Forging can be carried out with a reduction rate of at least 2.
  • the rate of reduction is defined by the ratio initial height (before forging) / final height (after forging) of the alloy / sheath assembly. This rate can be more particularly at least minus 5.
  • forging is carried out in a direction perpendicular to an axis of easy growth of the crystallites of the alloy.
  • this easy growth axis is the a or b axis of the quadratic mesh.
  • Forging in this case allows the axes c to pass from an equatorial distribution to a substantially unidirectional distribution.
  • the product obtained after forging is in a flat form cylindrical, or possibly in the form of a capsule when a sealed envelope as described above, the internal part of which comprises the alloy starting metal and the peripheral or external part the starting sheath.
  • the alloy is now made up of monocrystalline grains whose average size is at most 30 ⁇ m, more particularly at most 10 ⁇ m.
  • the alloy has coercivity and it is anisotropic.
  • the magnetization axes are aligned parallel to the direction of the forging.
  • the product from the forging is subjected to a nitriding treatment.
  • the nitriding treatment is done in a known manner.
  • the nitrogen content of the material obtained can be of the same order as that given above for boron, more in particular, it can be between 2 and 15%.
  • the method of the invention can also comprise, after the forging step, other complementary steps implementing treatments which will be described below.
  • the additional treatments are implemented preferably work before this nitriding step.
  • a first type takes place at a temperature which can be between 700 ° C. and 1100 ° C.
  • the treatment is preferably carried out under an inert atmosphere, for example under argon.
  • the duration of treatment can be between a few minutes and a few hours.
  • Another type of annealing treatment can be conducted at a temperature between 400 ° C and 700 ° C, preferably also under an inert atmosphere of the type argon.
  • the duration of treatment can be between a few minutes and a few hours.
  • Hydriding and dehydrating treatments are known. Hydriding the material can be done under a hydrogen atmosphere (for example at least equal to 0.1MPa) at room temperature or by thermally activating the material in an atmosphere containing hydrogen. For example, we can thermally activate the material up to a temperature below 500 ° C, preferably below 300 ° C. Dehydriding can be achieved by heating the hydrated material to a temperature of at least 500 ° C under vacuum. The temperature and the heating time are chosen so as to obtain complete dehydriding. The treatment of dehydriding can be optionally followed by annealing of the first and / or second aforementioned type.
  • a material is obtained in the form of a powder. having interesting magnetic properties. So this material has a coercivity of at least 9kOe, more particularly at least 9.5kOe and even more particularly at least 10kOe in combination with a remanence of at least 9kG, more particularly at least 9.5kG and even more particularly at least 10kg.
  • the material can have each of the coercivity values given above in combination with each of the remanence values also given above, by example a coercivity of 9kOe in combination with a remanence of 9.5kG.
  • the material has a crystalline texture which makes it magnetically anisotropic.
  • the particles that make up the powder themselves are made up of not just one monocrystalline grain but of several monocrystalline grains with an average size of at least minus 0.1 ⁇ m. So, for example, the particles can have a size of a few tens of microns, in particular between approximately 10 and approximately 200 ⁇ m, more particularly between around 10 ⁇ m and around 100 ⁇ m, and be made up of ten grains of a few microns each.
  • the material consists of the elements components which have been given above for the alloy and what has been described thereon also applies here, the material being in particular based on at least one rare earth, at least at least one transition metal and at least one other element chosen from boron, carbon and nitrogen.
  • the alloy used corresponds to the formula Nd 15.3 Fe 76.8 B 4.9 Cu 1.5 Al 1.5 for examples 1 and 2, to the formula Nd 15.5 Fe 78 B 5 Cu 1.5 for example 3 and with the formula Nd 15.3 Fe 76.9 B 4.9 Cu 1.5 Nb 0.5 Al 0.9 for example 4.
  • the tests are carried out in a cylindrical steel sheath. In some cases the alloy undergoes two hammer blows (first forging and second forging).
  • the characteristics of the starting material are given in table 1, the forging conditions in tables 2 and 3 and the magnetic properties of the solid materials obtained in table 4.

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Description

La présente invention concerne la préparation d'un matériau magnétique par forgeage ainsi qu'un matériau magnétique sous forme de poudre.
Les aimants permanents à base de fer, de bore et de terres rares sont bien connus. Leur importance dans l'industrie électrique ou électronique est croissante.
Il existe deux types principaux de procédé de préparation de ces aimants. Le premier fait appel à la métallurgie des poudres pour la préparation d'aimants denses ou frittés.
Un autre procédé consiste à fondre un alliage puis à lui faire subir une trempe sur roue, à le recuire et à presser à chaud ou à enrober la poudre ainsi obtenue avec une résine ou un polymère. Ce procédé permet d'obtenir des aimants liés. La poudre et l'aimant obtenus par la mise en oeuvre de ce procédé sont le plus souvent isotropes. Pour obtenir une poudre ou un aimant anisotrope, il est actuellement nécessaire d'utiliser des procédés coûteux, à faible rendement ou dont les résultats sont insuffisants.
Il existe donc un besoin d'un procédé pour la production de produits anisotropes qui soit plus simple à mettre en oeuvre, éventuellement plus économique ou à rendement amélioré, et qui conduit à des produits à propriétés satisfaisantes voire améliorées.
L'objet de l'invention est la mise au point d'un tel procédé.
Dans ce but, le procédé de l'invention pour la préparation d'un matériau magnétique est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
  • on place dans une gaine un alliage à base d'au moins une terre rare, d'au moins un métal de transition et d'au moins un autre élément choisi parmi le bore et le carbone;
  • on porte l'ensemble à une température d'au moins 500°C;
  • on soumet l'ensemble à un forgeage avec une vitesse de déformation du matériau d'au moins 8s-1.
Selon une seconde variante, le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
  • on place dans une gaine un alliage à base d'au moins une terre rare et d'au moins un métal de transition;
  • on porte l'ensemble à une température d'au moins 500°C;
  • on soumet l'ensemble à un forgeage avec une vitesse de déformation du matériau d'au moins 8s-1;
  • on soumet à un traitement de nitruration le produit issu du forgeage.
L'invention concerne aussi un matériau magnétique sous forme de poudre, caractérisé en ce qu'il présente une coercivité d'au moins 9kOe et une rémanence d'au moins 9kG.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaítront encore plus complètement à la lecture de la description qui va suivre, ainsi que des divers exemples concrets mais non limitatifs destinés à l'illustrer.
La présente invention s'applique, selon sa première variante, à la préparation de matériaux magnétiques à base d'au moins une terre rare, d'au moins un métal de transition et d'au moins un autre élément choisi parmi le bore et le carbone. Le procédé de l'invention part donc dans ce cas d'alliages présentant la composition requise pour obtenir le matériau souhaité. Cette composition peut être variable tant par la nature de ses constituants que par les proportions respectives de ceux-ci.
Il s'agit d'alliages comprenant au moins une terre rare et au moins un métal de transition et qui contiennent en outre au moins un autre élément choisi parmi le bore et le carbone. De tels alliages sont bien connus.
Par terres rares on entend, pour l'ensemble de la description, les éléments du groupe constitué par l'yttrium et les éléments de la classification périodique de numéro atomique compris inclusivement entre 57 et 71. La classification périodique des éléments à laquelle il est fait référence pour l'ensemble de la description est celle publiée dans le Supplément au Bulletin de la Société Chimique de France n° 1 (janvier 1966).
La terre rare de l'alliage peut être le néodyme ou encore le praséodyme. On peut utiliser des alliages à base de plusieurs terres rares. On peut citer plus particulièrement les alliages à base de néodyme et de praséodyme. Dans le cas d'un alliage de plusieurs terres rares, le néodyme et/ou le praséodyme peuvent être majoritaire(s).
Par éléments de transition, on entend les éléments des colonnes IIIa à VIIa, VIII, Ib et llb. Ces éléments de transition peuvent être plus particulièrement ici ceux choisis dans le groupe comprenant le fer, le cobalt, le cuivre, le niobium, le vanadium, le molybdène et le nickel, ces éléments pouvant être pris seuls ou en combinaison. Selon une variante préférée, l'élément de transition est le fer ou encore le fer en combinaison avec au moins un élément du groupe précité, le fer étant majoritaire.
Outre les éléments précités, l'alliage peut comprendre des additifs comme le gallium, l'aluminium, le silicium, l'étain, le bismuth, le germanium, le zirconium ou le titane pris seuls ou en combinaison.
Les proportions respectives de terre rare, de métal de transition et de l'autre élément précité peuvent varier dans de larges proportions. Ainsi, la teneur en terre rare peut être d'au moins 1% (les pourcentages donnés ici sont des pourcentages atomiques) et elle peut varier entre 1% et 30% environ, plus particulièrement entre 1% et 20% environ. La teneur en troisième élément, notamment en bore, peut être d'au moins 0,5% et elle peut varier entre 0,5 et 30% environ, plus particulièrement entre 2 et 10% environ. Pour les additifs, leur teneur peut être d'au moins 0.05% et elle peut varier de 0,05 à 5% environ.
A titre d'exemple d'alliages on peut mentionner tout particulièrement les alliages néodyme/fer/bore, notamment ceux comprenant en outre du cuivre. On peut citer aussi comme alliages utilisables plus particulièrement dans le cadre de la présente invention ceux qui présentent une phase répondant à la formule TR2Fe14B, TR désignant au moins une terre rare, tout particulièrement le néodyme.
L'invention s'applique aussi, selon sa deuxième variante, à la préparation de matériaux magnétiques à base d'au moins une terre rare, d'au moins un métal de transition et d'azote. Le procédé utilisé dans ce cas part d'alliages présentant la composition requise en terre rare et en métal de transition pour obtenir le matériau souhaité. Tout ce qui a été dit plus haut concernant la terre rare, l'élément de transition ainsi que les éventuels additifs s'applique aussi ici. On pourra citer cependant plus particulièrement les alliages à base de samarium et de fer à partir desquels on obtiendra des matériaux magnétiques à base de samarium, de fer et d'azote.
On notera que les alliages utilisés comme produits de départ ne présentent pas ou très peu de propriétés d'aimants. Ils ne présentent notamment pas ou très peu de coercivité et d'anisotropie. Les alliages que l'on utilise généralement sont constitués de grains majoritairement monocristallins, de taille élevée, d'au moins 10µm environ. Ici et pour l'ensemble de la description les tailles sont mesurées par MEB. Les alliages peuvent se présenter sous une forme massive ou sous forme d'une poudre. Les alliages sont généralement hétérogènes du point de vue de la taille des grains, de la nature des phases et de la taille des particules dans le cas d'une poudre.
L'alliage peut subir, préalablement au traitement de l'invention, un recuit à une température d'au moins 500°C sous atmosphère inerte.
L'alliage tel que décrit ci-dessus est placé dans une gaine. On utilise avantageusement une gaine cylindrique. La hauteur de cette gaine est de préférence au moins égale à la hauteur de l'alliage à traiter. Son épaisseur de paroi est choisie de telle manière qu'elle n'éclate pas lors du forgeage mais cette épaisseur doit rester relativement faible. Le matériau constitutif de la gaine doit être le plus plastique possible à la température à laquelle se fait le forgeage. On utilise généralement une gaine en métal. De préférence, la gaine est en acier.
L'introduction de l'alliage dans la gaine peut se faire par coulage de l'alliage fondu dans celle-ci ou par tout moyen mécanique partant d'un lingot ou de poudre.
L'ensemble alliage-gaine est ensuite porté à une température d'au moins 500°C. La température maximale à ne pas dépasser est celle au delà de laquelle risque de se produire une fusion importante des grains de l'alliage. Cette température est plus précisément comprise entre 600°C et 1100°C, plus particulièrement entre 800°C et 1000°C. L'alliage est porté à la température indiquée sous atmosphère inerte, par exemple sous argon.
Il est cependant possible de procéder sous enveloppe scellée. On entend par là qu'une fois l'alliage placé dans la gaine, la partie inférieure et la partie supérieure de l'ensemble formé par la gaine et l'alliage sont scellées par un couvercle en un matériau qui peut être de même nature que celui de la gaine et le couvercle est soudé à la gaine. L'alliage est ainsi isolé de l'extérieur et on peut le porter à la température requise sans qu'il soit nécessaire de travailler sous atmosphère inerte.
L'étape suivante du procédé de l'invention consiste à faire subir un forgeage à l'alliage dans la gaine. Le forgeage consiste en une percussion, on donne en effet un ou plusieurs coups de marteau de forge à l'ensemble alliage/gaine. Le forgeage a lieu sur l'ensemble alliage/gaine à la température indiquée plus haut. Lorsque la gaine n'est pas scellée, l'ensemble alliage/gaine est disposé dans une chambre étanche entourant l'enclume de la forge. Cette chambre est reliée à une source de gaz inerte et elle comprend une ouverture à travers laquelle le marteau de la forge peut passer par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité.
Généralement, le nombre de coups de marteau est compris entre 1 et 10.
La puissance mécanique du coup de marteau doit être telle que l'on brise les grains constitutifs de l'alliage. Elle peut aussi être telle qu'une partie de cette puissance serve à l'échauffement du matériau, permettant plusieurs forgeages successifs, sans réchauffement extérieur de l'alliage. Ainsi, cette puissance peut être par exemple d'au moins environ 1 kilowatt par gramme de matériau (kW/g), plus particulièrement d'au moins 5kW/g. Une telle puissance correspond à une vitesse de déformation du matériau d'au moins 8s-1, notamment d'au moins 10 s-1, plus particulièrement d'au moins 50s-1 et encore plus particulièrement d'au moins 100s-1. La vitesse de déformation du matériau est définie par l'expression (dh/h)/dt, dh/h désignant le rapport (hauteur initiale-hauteur finale)/hauteur initiale, la hauteur étant celle de l'ensemble alliage/gaine, dt désignant la durée de l'écrasement qui est égale à dh/(v/2), v étant la vitesse du marteau au moment du choc et v/2 étant considéré, en première approximation, comme la vitesse moyenne lors de l'écrasement, cette vitesse moyenne pouvant en effet être définie comme le rapport (vitesse initiale-vitesse finale)/2 c'est à dire (v-0)/2.
Une telle puissance correspond à des dispositifs dans lesquels la vitesse du marteau est d'au moins 0,3 m.s-1, notamment d'au moins 0,5m.s-1, plus particulièrement d'au moins 1m.s-1, et encore plus particulièrement d'au moins 4m.s-1.
Le forgeage peut s'effectuer avec un taux de réduction d'au moins 2. Le taux de réduction est défini par le rapport hauteur initiale (avant forgeage)/hauteur finale (après forgeage) de l'ensemble alliage/gaine. Ce taux peut être plus particulièrement d'au moins 5.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on effectue le forgeage dans une direction perpendiculaire à un axe de facile croissance des cristallites de l'alliage. Dans le cas de la phase Nd2Fe14B, cet axe de facile croissance est l'axe a ou b de la maille quadratique. Le forgeage dans ce cas permet de faire passer les axes c d'une distribution équatoriale à une distribution sensiblement unidirectionnelle.
Le produit obtenu à l'issue du forgeage se présente sous une forme plane cylindrique, ou éventuellement sous la forme d'une capsule lorsque l'on a utilisé une enveloppe scellée comme décrit plus haut, dont la partie interne comporte l'alliage métallique de départ et la partie périphérique ou externe la gaine de départ. L'alliage est maintenant constitué de grains monocristallins dont la taille moyenne est d'au plus 30µm, plus particulièrement d'au plus 10µm. L'alliage présente une coercivité et il est anisotrope. Les axes d'aimantation sont alignés parallèlement à la direction du forgeage.
Selon la seconde variante de l'invention et en vue d'obtenir un matériau magnétique à base d'au moins une terre rare, d'au moins un métal de transition et d'azote, on soumet à un traitement de nitruration le produit issu du forgeage. Le traitement de nitruration se fait d'une manière connue. La teneur en azote du matériau obtenu peut être du même ordre que celle donnée plus haut pour le bore, plus particulièrement, elle peut être comprise entre 2 et 15%.
Le procédé de l'invention peut comprendre en outre, après l'étape de forgeage, d'autres étapes complémentaires mettant en oeuvre des traitements qui vont être décrits ci-après. Dans le cas de la préparation d'un matériau magnétique à base d'au moins une terre rare, d'au moins un métal de transition et d'azote, préparation comportant une étape de nitruration, les traitements complémentaires sont mis en oeuvre de préférence avant cette étape de nitruration.
Les différents traitements complémentaires qui vont être décrits maintenant peuvent être mis en oeuvre dans un ordre quelconque.
A titre de traitement complémentaire, il est ainsi possible de faire subir au produit issu du forgeage au moins un traitement de recuit pour améliorer ses propriétés magnétiques.
Différents types de traitement de recuit peuvent être envisagés. Un premier type se fait à une température qui peut être comprise entre 700°C et 1100°C. Le traitement se fait de préférence sous atmosphère inerte, par exemple sous argon. La durée du traitement peut être comprise entre quelques minutes et quelques heures.
Un autre type de traitement de recuit peut être conduit à une température comprise entre 400°C et 700°C, de préférence aussi sous atmosphère inerte du type argon. La durée du traitement peut être comprise entre quelques minutes et quelques heures.
Il est bien entendu tout à fait possible d'effectuer un ou plusieurs traitements de recuit de même type ou de type différent; par exemple on peut mettre en oeuvre un traitement selon le premier type précité puis ensuite un second traitement selon le deuxième type.
Comme autre traitement complémentaire, il est aussi possible de prévoir un procédé de décrépitation à l'hydrogène en vue d'obtenir une poudre aux propriétés magnétiques proches de celles du produit massif. Ainsi, on peut soumettre le matériau obtenu après le forgeage et, éventuellement après au moins un traitement de recuit, à une hydruration de manière à obtenir un hydrure de l'alliage puis à une déshydruration.
Les traitements d'hydruration et de déshydruration sont connus. L'hydruration du matériau peut se faire sous atmosphère d'hydrogène (par exemple au moins égale à 0,1MPa) à température ambiante ou bien en activant thermiquement le matériau dans une atmosphère contenant de l'hydrogène. Par exemple, on peut activer thermiquement le matériau jusqu'à une température inférieure à 500°C, de préférence inférieure à 300°C. La déshydruration peut être obtenue en chauffant le matériau hydruré à une température d'au moins 500°C sous vide. La température et le temps de chauffage sont choisis de façon à obtenir une déshydruration complète. Le traitement de déshydruration peut être suivi éventuellement d'un recuit du premier et/ou du second type précité.
On obtient à l'issue de ce traitement un matériau sous forme d'une poudre présentant des propriétés magnétiques intéressantes. Ainsi, ce matériau présente une coercivité d'au moins 9kOe, plus particulièrement d'au moins 9,5kOe et encore plus particulièrement d'au moins 10kOe en combinaison avec une rémanence d'au moins 9kG, plus particulièrement d'au moins 9,5kG et encore plus particulièrement d'au moins 10kG. Le matériau peut présenter chacune des valeurs de coercivité données ci-dessus en combinaison avec chacune des valeurs de rémanence données aussi ci-dessus, par exemple une coercivité de 9kOe en combinaison avec une rémanence de 9,5kG. Le matériau présente une texture cristalline qui le rend magnétiquement anisotrope. Les particules qui constituent la poudre sont elles mêmes constituées non pas d'un seul grain monocristallin mais de plusieurs grains monocristallins d'une taille moyenne d'au moins 0,1µm. Ainsi, à titre d'exemple, les particules peuvent avoir une taille de quelques dizaines de microns, notamment comprise entre environ 10 et environ 200µm, plus particulièrement entre environ 10µm et environ 100µm, et être constituées d'une dizaine de grains de quelques microns chacun.
En ce qui concerne sa composition, le matériau est constitué des éléments constitutifs qui ont été donnés plus haut pour l'alliage et ce qui a été décrit à ce sujet s'applique aussi ici, le matériau étant notamment à base d'au moins une terre rare, d'au moins un métal de transition et d'au moins un autre élément choisi parmi le bore, le carbone et l'azote.
Des exemples vont maintenant être donnés.
L'alliage utilisé répond à la formule Nd15,3Fe76,8B4,9Cu1,5Al1,5 pour les exemples 1 et 2, à la formule Nd15,5Fe78B5Cu1,5 pour l'exemple 3 et à la formule Nd15,3Fe76,9B4,9Cu1,5Nb0,5Al0,9 pour l'exemple 4.
Les essais sont faits dans une gaine cylindrique en acier. Dans certains cas l'alliage subit deux coups de marteau (premier forgeage et deuxième forgeage).
On donne dans le tableau 1 les caractéristiques du matériau de départ, dans les tableaux 2 et 3 les conditions de forgeage et dans le tableau 4 les propriétés magnétiques des matériaux massifs obtenus.
Exemples masse (g) gaine et alliage diamètre (mm) hauteur (mm) épaisseur (mm) de la gaine
1 20,18 12 25 2
2 15,76 12 20 1
3 20,31 12 25 1
4 19,98 12 24,5 1
Exemples T1 (°C) T2 (°C) E(s-1) Tr1 Tr2
1 980 890 95,0 4,39 6,25
2 1060 - 112,5 5,90 -
3 995 - 95,6 6,00 -
4 1000 - 92 6 -
T1 : température lors du premier forgeage
T2 : température lors du second forgeage
E : vitesse de déformation lors du premier forgeage
Tr1 : taux de réduction à l'issue du premier forgeage
Tr2 : taux de réduction total à l'issue du second forgeage
Exemples V1 (ms-1) V2 (ms-1) P1(kW/g) P2(kW/g)
1 4,75 4 10,3 70
2 4,54 - 13,9 -
3 4,78 - 9,8 -
4 4,48 - 8,3 -
V1: vitesse du marteau lors du premier forgeage
V2 : vitesse du marteau lors du second forgeage
P1 : puissance mécanique du premier coup de marteau
P2: puissance mécanique du second coup de marteau
Exemple Coercivité Hc Rémanence Br Produit énergétique
kOe kA/m kG T MGOe kJ/m3
1 9,5 756 10 1 17,5 139
2 10,0 796 10 1 16 127
3 9,5 756 10 1 17,5 139
4 10,1 804 9,9 0,99 21 167
Les valeurs de rémanence données dans le tableau 4 montrent que les produits sont anisotropes.

Claims (18)

  1. Procédé de préparation d'un matériau magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
    on place dans une gaine un alliage à base d'au moins une terre rare, d'au moins un métal de transition et d'au moins un autre élément choisi parmi le bore et le carbone;
    on porte l'ensemble à une température d'au moins 500°C;
    on soumet l'ensemble à un forgeage avec une vitesse de déformation du matériau d'au moins 8s-1.
  2. Procédé de préparation d'un matériau magnétique à base d'au moins une terre rare, d'au moins un métal de transition et d'azote, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
    on place dans une gaine un alliage à base d'au moins une terre rare et d'au moins un métal de transition;
    on porte l'ensemble à une température d'au moins 500°C;
    on soumet l'ensemble à un forgeage avec une vitesse de déformation du matériau d'au moins 8s-1;
    on soumet à un traitement de nitruration le produit issu du forgeage.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on effectue le forgeage avec une vitesse de déformation du matériau d'au moins 10s-1, plus particulièrement d'au moins 50s-1 et encore plus particulièrement d'au moins 100s-1.
  4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on effectue le forgeage avec un taux de réduction d'au moins 2.
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on effectue le forgeage dans une direction perpendiculaire à un axe de facile croissance des cristallites de l'alliage.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alliage est à base d'au moins une terre rare qui est le néodyme ou le samarium.
  7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alliage est à base d'au moins un métal de transition qui est le fer.
  8. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3 à 7, caractérisé en ce que l'alliage est à base d'au moins une terre rare, d'au moins un métal de transition et de bore.
  9. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3 à 8, caractérisé en ce que l'alliage comprend en outre du cuivre.
  10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gaine est en métal.
  11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la gaine est en acier.
  12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on soumet le matériau obtenu après le forgeage et, le cas échéant, avant le traitement de nitruration, à au moins un traitement de recuit.
  13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on soumet le matériau obtenu après le forgeage et, éventuellement après au moins un traitement de recuit, à une hydruration puis à une déshydruration, la déshydruration pouvant être suivie éventuellement d'au moins un traitement de recuit et, dans le cas échéant, d'un traitement de nitruration.
  14. Matériau magnétique sous forme de poudre, à base d'au moins une terre rare, d'au moins un métal de transition et d'au moins un autre élément choisi parmi le bore et le carbone, obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1, 3 à 13 caractérisé en ce qu'il présente une coercivité d'au moins 9kOe et une rémanence d'au moins 9kG.
  15. Matériau métallique sous forme de poudre, à base d'au moins une terre rare, d'au moins un métal de transition et d'azote, obtenu par le procédé selon l'une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce qu'il présente une coercivité d'au moins 9kOe et une rémanence d'au moins 9kG.
  16. Matériau selon l'une des revendications 14 ou 13, caractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'une poudre constituée de particules de 10 à 200 µm.
  17. Matériau selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé en ce qu'il se présente, sous forme d'une poudre dont les particules sont constituées de grains monocristallins d'une taille moyenne d'au moins 0,1 µm.
  18. Matériau selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce qu'il est magnétiquement anisotrope.
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