FR2697030A1 - Procédé de production d'alliages de magnésium de haute pureté et alliage ainsi obtenu. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de production d'un alliage de magnésium sans formation de chlorures métalliques. Il comprend les étapes consistant à: introduire une quantité de magnésium dans un premier creuset et chauffer le magnésium à une température de fusion supérieure à environ 660degré C, agiter le magnésium fondu afin d'obtenir une homogénéité du magnésium ou de l'alliage de magnésium fondu, disposer au-dessus de la surface du magnésium fondu une couche gazeuse de protection contre l'oxydation, introduire dans un deuxième creuset un composant d'alliage, comprenant de l'aluminium et du manganèse, chauffer le composant d'alliage à une température suffisante pour faire fondre le composant d'alliage, introduire dans le magnésium fondu le composant d'alliage à l'état fondu en élevant ainsi la température du bain au-dessus de la température prévue sur la base des températures combinées des bains individuels sans chauffage additionnel du bain, et mélanger entre eux le magnésium fondu et l'ingrédient d'alliage fondu afin de former rapidement l'alliage.

Description

PROCÉDÉ DE PRODUCTION D'ALLIAGES DE MAGNÉSIUM DE HAUTE
PURETÉ ET ALLIAGE AINSI OBTENU
La présente invention concerne un procédé de production d'alliages de magnésium de haute pureté, à faible teneur en fer.

Un aspect plus particulier de l'invention réside dans un procédé destiné à augmenter le rendement d'alliage dans la fabrication d'alliages de magnésium de haute pureté en introduisant, dans un bain de magnésium fondu, les constituants à allier à l'état fondu.

Un autre aspect de l'invention, réside dans un procédé d'alliage dans lequel du manganèse élémentaire, ou un mélange de manganèse élémentaire et d'aluminium, est dissout dans un bain de composants métalliques fondus à allier avant l'addition, au magnésium fondu, des composants fondus à allier. Les composants à allier peuvent être ajoutés soit avant, soit après, l'addition, au magnésium fondu, d'autres composants à allier. L'addition de manganèse, au magnésium fondu, sous forme d'une solution réduit effectivement le niveau d'impuretés fer dans le bain.

C'est un autre but de l'invention que d'améliorer le rendement d'alliage, dans des alliages de magnésium, pour un métal des terres rares ou un mélange de métaux des terres rares.

C'est un autre but de l'invention que d'améliorer le rendement d'alliage de métaux terres rares, par exemple du "mischmétal", à une valeur supérieure à 80%, typiquement supérieure à 90%, et de façon routinière supérieure à 95% lors d'une addition à des alliages Mg-Al-Mn fondus.

C'est un autre but de l'invention que d'éviter la formation de chlorure de magnésium et de chlore gazeux qui est normalement engendrée lors d'une addition de chlorure de manganèse au bain.

Le terme "composant d'alliage" ou "composant à allier" utilisé ici, doit inclure l'un quelconque des métaux, qui sont ajoutés au métal primaire, c'est-àdire au magnésium, pour former un alliage de magnésium possédant les propriétés souhaitées. Des composants primaires à allier incluent, par exemple, Al, Zn, Mn et un métal pris parmi les terres- rares ou un mélange de métaux terres rares. D'autres métaux, qui affectent les propriétés de l'alliage sont inclus sous le terme de "composant d'alliage".

Afin de mieux comprendre les problèmes concernés, on décrira en premier lieu l'art antérieur.

Les procédures de l'art antérieur pour la production d'alliages de magnésium (Mg) impliquent d'introduire, dans un bain de Mg fondu, des ingrédients solides à allier (par exemple de l'aluminium, du zinc, du manganèse, etc.) et de chauffer et d'agiter le bain métallique fondu jusqu'à ce que tous les ingrédients solides à allier soient fondus et mélangés dans le bain de Mg fondu.

La qualité d'un alliage de magnésium dépend de sa pureté. Certaines applications d'alliages de magnésium sont plus sensibles que d'autres aux impuretés (par exemple des inclusions d'oxydes et de flux). Un alliage due magnésium utilisé pour l'extrusion constitue une application de ce type, extrêmement sensible à la présence d'impuretés. La raison en est qu'une billette de l'alliage, lorsqu'elle est extrudée en une forme plus petite, avec des rapports de réduction élevés, est soumise à une exposition d'une surface importante. Des impuretés existant sur la surface du produit extrudé ou proches de celle-ci provoquent des défauts d'aspect sur la surface du produit.Si ces défauts d'aspects sont associés à une phase saline quelconque , dite "flux", utilisée pour protéger les métaux vis-à-vis de l'atmosphère et pour empêcher une oxydation du magnésium pendant une opération de fonderie à l'état fondu, ils peuvent également provoquer des taux de corrosion accélérés a-: la surface du produit extrudé. Le rapport entre la surface et la masse est généralement élevé dans des produits, tels que des -éléments~moulés- sous pression; et ces produits présentent -donc, comme les produits extrudés, une probabilité élevée pour que . des impuretés soient exposées à- leur- surface, d'oit il résulte une probabilité correspondante d'un taux accru de corrosion.

Le mélange classique des alliages de magnésium fondus intègre ces problèmes en raison du cisaillement inhérent à de tels systèmes de mélanges classiques. Des mélangeurs à hélices et des pompes centrifuges mélangent le métal en le cisaillant à l'aide de lames rotatives qui peuvent provoquer une fragmentation considérable de toutes les particules insolubles existant dans le bain, par exemple des oxydes et des chlorures métalliques. Ainsi, des particules relativement grandes d'oxydes qui peuvent être présentes dans le bain de magnésium sont réduites en particules de plus en plus petites, (généralement plus le cisaillement est élevé, plus les particules insolubles sont petites).Lorsque la formation de l'alliage dans le bain fondu est complète, on laisse normalement le bain reposer pendant un laps de temps prédéterminé afin de permettre aux impuretés en suspension de se déposer au fond du creuset sous forme de boues ou de crasses. L'alliage purifié peut ensuite, par décantation, être sorti du creuset et séparé des boues.

Puisqu'un fort cisaillement diminue les dimensions des particules des impuretés, le temps nécessaire pour la décantation des impuretés augmente de façon correspondante. En outre, le rendement et le débit de production sont affectés de façon défavorable, ce qui augmente de façon correspondante le coût de fabrication. En fait, l'effet de cisaillement sur le métal fondu peut être suffisamment important pour émulsionner éventuellement les impuretés dans le bain, ce qui rend impossible, du point de vue pratique, un dépôt de ces impuretés.Dans ces conditions, la présence d'oxydes et de chlorures métalliques et d'autres impuretés insolubles émulsionnées dans le produit final réduit la performance de l'alliage visà-vis de la corrosion ou affecte de façon défavorable les propriétés physiques de l'alliage d'autres manières, jusqu'au point où de tels alliages ne peuvent plus répondre aux caractéristiques de performances exigées.

Lorsque le magnésium est fondu, il tend à brûler lorsqu'il est exposé à l'air. Afin de réduire cette tendance à la combustion, un flux est placé sur la surface du bain. Le flux, lorsqu'il est exposé à la température du magnésium fondu, fond et forme un film protecteur au-dessus de la surface du magnésium fondu.

Ce film protège le magnésium fondu d'un contact avec l'air en empêchant ainsi une oxydation et une combustion du magnésium. Un autre procédé efficace, bien connu dans l'état de la technique, utilisé pour réduire la tendance du magnésium fondu à la combustion, consiste à utiliser une atmosphère gazeuse protectrice formée d'un mélange d'hexafluorure de soufre (SF6), de dioxyde de carbone (CO2) et d'air, qui provoque la formation d'un film d'oxyde stable à la surface du bain de magnésium.

Dans des procédés de l'art antérieur, c'est une procédure habituelle que d'ajouter du chlorure de manganèse (MnC12) au bain. Le MnC12 réagit avec le magnésium fondu afin de former un chlorure de magnésium insoluble (MgCl2) ) qui se dépose sous forme de boues ou de crasses au fond du creuset de fusion.

Cette boue doit finalement être enlevée de l'alliage pur et être rejetée. Le rejet ou le retraitement de cette boue est inefficace et onéreux. En outre, l'utilisation de MnCl2 provoque une perte de Mg métallique du fait de la formation de MgCl2, réduit donc encore le rendement du procédé et augmente le coût de fabrication de l'alliage. Le coût du MnCl2 lui-même est plus élevé que le coût du Mn élémentaire, de sorte qu'une pénalité additionnelle est encourue lorsque l'on utilise MnCl2.

Dans la réaction entre MnCl2 et Mg, de l'acide chlorhydrique gazeux (HCl) est libéré en raison de l'hydrolyse, par l'humidité atmosphérique (H20), de l'un ou l'autre des halogénures, c'est-à-dire MgCl2 ou MnCl2, ce qui pose un autre problème, puisque le dégagement de HCl dans l'atmosphère provoque une pollution de l'environnement et ne constitue pas une solution acceptable. Par conséquent, la récupération et le rejet en toute sécurité du HCl, augmente encore le coût de fabrication et réduit donc le rendement du processus de production de l'alliage.

Dans le procédé de fabrication d'alliage de magnésium, il est bien connu d'introduire Mn dans le bain afin de réduire la teneur en Fe. Mn peut être ajouté sous forme de Mn élémentaire, ou peut être ajouté sous forme d'un mélange commercialisé de métaux sous forme de particules de poudres, habituellement sous forme de briquettes, contenant environ 75% de Mn et environ 25 d'Al. Actuellement, le manganèse élémentaire est ajouté à l'état solide au magnésium fondu. Puisqu'il n'existe aucune interaction entre
MnCl2 et Mg pour former une boue indésirable de MgCl2, une perte de bain sous forme de boue de MgCl2 ne se produit pas. Cependant, l'addition de Mn élémentaire sous forme solide exerce peu d'effets sur la réduction de la teneur en fer du bain.

Dans les procédures classiques de production d'un alliage de Mg en employant MnCl2 comme agent de réduction de la teneur en fer, tout le temps de production d'alliage, qui est nécessaire pour le dépôt des chlorures et des autres impuretés sous forme de boue, c'est-à-dire au fond du creuset, exige un laps de temps sensible, qui dépend de la dimension du bain en cours d'alliage. La production d'un alliage de magnésium de qualité extrusion, du type AZ31B par exemple, peut exiger une poursuite de l'affinage, par exemple un affinage au flux, cet exemple n'étant pas limitatif, ce qui exige un temps additionnel. La production d'un alliage de qualité extrusion AZ31B inclut typiquement les étapes suivantes:
1. Le magnésium est fondu dans un creuset à une température typiquement comprise entre environ 660"C et 750"C.

2. Les constituants à allier, par exemple l'aluminium (Al) et le Zinc (zon) sont pesés et chauffés au préalable à environ 100"C afin d'extraire toute humidité présente dans les métaux. Les métaux préchauffés sont ensuite introduits sous leur forme solide dans un panier ou dans un récipient perforé qui est monté de façon à s'étendre au dessous de la surface du magnésium fondu dans le . creuset. Un dispositif de mélange, par exemple un mélangeur à hélice, est actionné de façon à faire circuler le magnésium fondu afin qu'il traverse le panier afin de laver les ingrédients solides à allier jusqu'à ce qu'ils atteignent leur température respective de fusion ou qu'ils soient dissous et alliés dans le magnésium fondu.Une baisse de la température de fusion est observée pendant ce temps en raison de l'addition des métaux solides dont la température est plus faible que celle du magnésium fondu.

3. Dès lors que l'aluminium et le zinc fondus ont été mélangés intimement avec le magnésium fondu et que le bain a de nouveau atteint une température voisine de 720 C, de préférence, du MnC12 en granules est ajouté au bain. Comme à l'étape précédente, le mélange du bain à l'aide du mélangeur à hélice se poursuit pour assurer un alliage correct.

4. On laisse ensuite refroidir l'alliage à une température d'environ 640 C qui est encore suffisamment élevée pour assurer que les chlorures métalliques et autres impuretés indésirables, en particulier le fer (Fe), qui forment des composés métalliques binaires ou ternaires en association avec
Mg, Al ou Mn, peut se déposer au fond du creuset. Le
MgCl2 qui est formé par l'addition de MnC12 au bain, peut également se déposer au fond du creuset sous forme de boue.

5. L'alliage fondu est séparé par décantation et coulé dans des moules.

6. La boue, qui s'est déposée au fond du creuset est ensuite enlevée. Puisque la boue contient encore un résidu de magnésium qui peut être valorisé, elle est habituellement recyclée.

Des procédures d'alliage sont décrites dans "Magnesium and Magnesium Compounds", - - - ------------------------------------ une étude de matériaux par H.B. Comstock; U.S Department of the
Interior, Bureau of Mines, 1963, en particulier dans le chapitre intitulé "Melting and Alloying", pages 54 à 59.

Le brevet US N' 4 891 065, délivré le 2 janvier 1990, décrit un procédé de production de magnésium en mettant en contact le bain de magnésium avec une combinaison de zirconium élémentaire (Zr) et de silicium élémentaire (Si) afin de réduire la contamination par le fer sans introduire de niveaux défavorables d'éléments réactifs dans le magnésium.

Le brevet US N' 4 961 783, délivré le 9 octobre 1990, décrit un procédé d'élimination, hors du magnésium fondu, d'une contamination par le fer en ajoutant au bain le mélange d'un composé contenant du bore et d'un flux.

Dans "Principles of Magnesium Technology", ---- --------------------------------------------- de
E.F. Emley, 1ère édition 1966, Pergamon Press, ou indique- que Mn est introduit classiquement dans du magnésium fondu sous forme de MnC12 en poudre, qui est brassé à la surface du métal en produisant la réaction MnCl2 + Mg = MgCl2 + Mn. En agitant le bain, une partie du Mn libéré se dissout dans le Mg. En variante, du Mn électrolytique peut être ajouté directement au Mg fondu. Emley indique qu'un rendement d'alliage en Mn compris entre 50 et 80% est normalement obtenu.

Un exposé "The Critical Contamination Limits and
Salt Water Corrosion Performance of Magnesium AE42
Alloy" ---------------------------------------- -----------------------------------------------
-------------------------------------------- est contenu dans SAE Technical Paper Series,
International Congress & Exposition du 24 au 28
Février 1992, de W.E. Mercer II et al.

Le brevet US N0 4 668 170, délivré le 13 janvier 1987, décrit une pompe électromagnétique de mise en circulation et d'agitation de métal fondu dans un récipient. La pompe est disposée dans un caisson résistant au métal liquide, un canal de pompe traversant le caisson.

C'est un but de l'invention que de fournir un procédé de production d'alliages de magnésium à pureté relativement élevée et à faible teneur en impureté fer.

C'est un autre but de l'invention que d'améliorer le rendement d'alliage, d'augmenter les débits de production, d'abaisser les coûts de fabrication et d'éviter le dégagement de HCl gazeux et la production de MgCl2 en tant que sous-produit indésirable dans le procédé de fabrication d'alliages de magnésium à haute pureté.

C'est un autre but de l'invention que de fournir un procédé de production d'un alliage de magnésium à haute pureté, en particulier d'alliage contenant environ 89% de Mg ou davantage, dans lequel l'impureté
Fe de l'alliage est réduite à moins de 50 parties par million (ppm), de préférence à moins de 20 ppm, et de façon particulièrement préférée à moins de 10 ppm. Une teneur en impureté Fe inférieure à 10 ppm est spécialement souhaitable pour des produits extrudés.

C'est un but particulier de l'invention que d'améliorer le rendement d'alliage des procédés selon l'invention en faisant fondre les composants à allier avant d'introduire dans le Mg fondu les composants fondus à allier.

C'est un autre but de l'invention que d'introduire, dans le Mg fondu, du Mn élémentaire en tant que tel ou un mélange de poudres métalliques comprenant du
Mn élémentaire et de l'Al, en combinaison avec d'autres éléments à allier à l'étant fondu, en diminuant ainsi l'impureté fer dans l'alliage. La formation d'un laitier de MgCl2 dans le bain, ainsi que l'émission de HCl gazeux, qui sont l'une et l'autre associées aux procédés actuels d'introduction de MnCl2 dans le Mg fondu, sont évités.

C'est un autre but de l'invention que de produire des alliages de Mg et de métaux terres rares (RE) avec un rendement d'alliage sensiblement amélioré, en introduisant les métaux terres- rares- à l'état fondu dans le-magnésium~fondu. Le (ou les) métal (métaux) terre(s) rare(s) est (sont), de préférence, introduit(s) à l'état fondu dans le Mg fondu en combinaison avec d'autres métaux à allier. Le rendement d'alliage du métal terre rare est supérieur à 80%, typiquement supérieur à 90% et plus fréquemment supérieur à 95%, lorsque la procédure selon l'invention est suivie et que les composants à allier sont ajoutés à l'état fondu; dans le Mg fondu.

C'est un autre but de l'invention que d'empêcher une formation d'émulsion d'impuretés insolubles, par exemple des oxydes et des chlorures, dans le bain en utilisant une pompe électromagnétique (EM) comme dispositif de mélange plutôt que comme dispositif de pompage.

Ces buts sont atteints selon l'invention grâce à un procédé de production d'un alliage de magnésium sans formation de chlorures métalliques, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à:
introduire une quantité de magnésium dans un premier creuset et chauffer le magnésium à une température de fusion supérieure à environ 660"C,
agiter le magnésium fondu afin d'obtenir une homogénéité du magnésium ou de l'alliage de magnésium fondu,
disposer au-dessus de la surface du magnésium fondu une couche gazeuse de protection contre l'oxydation,
introduire) dans un deuxième creuset, un composant d'alliage, comprenant de l'aluminium et du manganèse, et chauffer le composant d'alliage à une température suffisante pour faire fondre le composant d'alliage,
introduire dans le magnésium fondu le composant d'alliage à l'état fondu en élevant ainsi la température du bain au-dessus de la température prévue sur la base des températures combinées des bains individuels sans chauffage additionnel du bain, et
mélanger entre eux le magnésium fondu et l'ingrédient d'alliage fondu afin de former rapidement l'alliage.

De préférence, ledit composant d'alliage est choisi dans le groupe formé par Ai, Zn, Mn, Si, Zr,
Ca, Be, Y, Ag, au- moins un métal terre rare de la série des lanthanides, et leurs mélanges.

De façon avantageuse, le métal terre rare est un mischmétal comprenant un mélange d'environ 53% de cérium, environ 23% de lanthane, environ 18% de néodymium, environ 5% de praséodymium, et environ 1% d'autre métaux.

Le procédé peut comprendre l'étape consistant à additionner, au magnésium fondu, au moins un métal terre rare de la série des lanthanides à l'état solide,~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ,, à fondre dans le bain de magnésium le(s) métal (métaux) terre(s) rare(s), et à - ajouter ensuite ledit composant d'alliage à l'état fondu au mélange métallique fondu de magnésium et de terres rares,~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~ le rendement d'alliage du métal terre rare étant supérieur à 80%.

Le procédé peut comprendre aussi l'étape consistant à----------------------------------refroidir le bain d'alliage de magnésium pendant un laps de temps suffisant pour permettre un dépôt des impuretés insolubles au fond du creuset, à couler l'alliage de métal fondu dans un moule ou sous pression, et ----------------------------à refroidir l'alliage moulé ou formé sous pression, afin de constituer un produit contenant moins de 50 parties par million de fer comme impureté.

Selon une variante du procédé de l'invention, il n'est pas formé de chlorure de magnésium dans le bain-de magnésium pendant la formation de l'alliage.

Selon une autre variante, il n'est pas formé d'acide.

Selon une modalité, il n'est pas formé d'acide chlorhydrique dans le bain de magnésium pendant la formation de l'alliage.

Le procédé peut comprendre l'étape consistant à ~~~~~mélanger le magnésium fondu et le composant d'alliage au moyen d'une pompe électromagnétique.

Selon une modalité, l'alliage contient moins de 20 parties par million de fer comme impureté.

L'invention a aussi pour objet un alliage de magnésium produit par le procédé ci-dessus défini, cet alliage pouvant contenir moins de 50 parties par million de fer comme impureté.

D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront au lecteur à partir de la description qui suit d'exemples préférés de mise en oeuvre du procédé.

Des procédures typiques de fabrication d'alliages de magnésium utilisent un appareillage, qui inclut un pot de fusion ou creuset susceptible de contenir une quantité de Mg fondu, un moyen de chauffage, par exemple un four à gaz ou un enroulement électrique, afin de chauffer le creuset à un point auquel le Mg et les autres ingrédients d'alliage sont fondus, et un appareil de mélange, par exemple un agitateur mécanique, une pompe à entraînement pneumatique, une pompe électrique ou similaire afin de mélanger, dans le Mg fondu, les ingrédients d'alliage.

La production d'alliages de Mg est généralement menée à une température comprise entre environ 660 C et environ 750oC, de préférence à une température comprise entre environ 6900C et environ 7300 C. Afin de produire les alliages de Mg selon l'invention, une température d'environ 720"C est particulièrement préférée. Alors que la production d'alliages selon la présente invention peut être réalisée en dehors de cette plage, des températures inférieures à 660"C ne conduisent pas à un bon rendement d'alliage en ce qui concerne la partie des ingrédients d'alliage, qui se combinent réellement avec le Mg.Des températures supérieures à 750"C ne sont pas nécessaires pour de bons rendements d'alliage, et entraînent par conséquent une perte d'énergie pour chauffer le creuset et l'alliage à une température aussi élevée.

Des alliages de Mg produits selon la présente invention peuvent contenir divers métaux qui sont généralement appelés ici des composants d'alliage, des constituants d'alliage ou des ingrédients d'alliage.

Ceux-ci incluent, sans que ceci ne soit limitatif, les métaux utilisés plus classiquement, comme Al, Zn, Mn,
Si, Zr, Ti, Be, Cu, Li, Y, Ag, Th, un ou plusieurs métaux terres rares de la série des lanthanides ou des mélanges de ceux-ci. D'autres métaux, qui ne sont pas spécifiquement listés ci-dessus, peuvent être ajoutés au bain primaire de Mg, afin d'améliorer les propriétés et/ou la pureté d'un produit allié particulier.

C'est également une pratique classique que d'ajouter des composants d'alliage dans un bain de Mg fondu dans lequel le Mg est déjà allié à une quantité souhaitée d'un autre composant, ou d'autres composants d'alliage. Par conséquent, c'est une procédure simple dans la fabrication de l'alliage AE42, par exemple, que de fondre en premier lieu une quantité souhaitée de Mg primaire et de préparer ensuite un alliage de Mg et d'un métal des terres rares en ajoutant au bain sous forme solide une quantité souhaitée d'un métal des terres rares ou de mélanges des métaux des terres rares. La fabrication de l'alliage est ensuite complétée en ajoutant, à l'état solide, d'autres composants d'alliage, ctest-à-dire Al-Mn, dans l'alliage fondu de Mg-métaux rares.

La production d'alliage comprenant un ou plusieurs des métaux des terres rares de la série des lanthanides (par exemple le cérium, le lanthane, le paraséodymium; le néodymium, etc.) est une technique bien établie. Cependant, dans les procédés de l'art antérieur, seule une proportion d'environ 60% de la quantité totale des métaux terres rares ajoutés à un bain, pouvaient être alliés avec le Mg fondu. La raison en est que les métaux terres rares réduisent de façon préférentielle MgCl2 et d'autres chlorures trouvés de façon classique en association avec la fusion et l'alliage de Mg, y compris MnC12, pour former des chlorures métalliques de terres rares.Le rendement d'alliage avec les métaux des terres rares selon la présente invention, est sensiblement amélioré, ctest-à-dire que l'on obtient de façon routinière des rendements supérieurs à 80%, typiquement supérieurs à 90% et supérieurs à 95%.

Le procédé d'alliage selon la présente invention peut être utilisé pour produire l'un quelconque de nombreux alliages connus de Mg selon des spécifications normalisées comme celles qui sont listées dans "Annual Book of ASTM Standards" -------- -------------------------- de 1988, Designations
B93, B94 et B275.

Le mélange de métal fondu à l'aide d'une pompe à hélice exerce l'effet indésirable de cisailler tous les contaminants insolubles en suspension dans le bain, par exemple des oxydes ou des chlorures. Un cisaillement intense du bain peut produire une formation d'émulsion des contaminants insolubles de sorte qu'ils restent en suspension pendant un laps de temps plus long, ou que, à l'extrême, ils ne se déposent pas et restent donc en suspension. La présente invention utilise une pompe électromagnétique (EM) qui constitue un dispositif de mélange plus efficace sans soumettre le métal fondu à un effet de cisaillement puisque la pompe ne comporte aucune partie mobile.Puisque l'alliage fondu n'est pas soumis à un cisaillement, tous les contaminants insolubles gardent leurs dimensions plus importantes et tendent donc à se déposer directement au fond du creuset afin d'être séparés du bain au cours de la décantation, ce qui produit un alliage de plus haute pureté.

La pompe électromagnétique est de préférence supportée par le couvercle du creuset et est au moins partiellement, et de préférence totalement, immergée dans le bain. En utilisant une pompe électromagnétique selon la présente invention, on évite une agitation violente qui pourrait briser la surface du bain.

Briser la surface du bain fondu expose le métal à l'atmosphère en formant ainsi des oxydes métalliques indésirables. Par conséquent, des alliages plus purs sont produits en utilisant la pompe électromagnétique.

D'autres avantages de la pompe électromagnétique sont son caractère réversible et son niveau de bruit réduit par rapport aux dispositifs mélangeurs mécaniques utilisés classiquement.

Selon le procédé de l'invention, un ou plusieurs ingrédients d'alliage sont placés à l'étant solide dans un premier creuset et sont amenés aux températures de fusion des métaux respectifs. Dès lors que les composants d'alliage sont à l'état fondu la température est ajustée à la température du bain du
Mg fondu et ils sont ensuite introduits dans un bain de Mg fondu. En suivant cette procédure, on a découvert qu'il se produit, lorsque l'Al fondu est ajouté au Mg fondu, une réaction qui élève de quelques degrés la température du bain. L'élévation bénéfique de température amél-iore le procédé d'alliage sans exiger une fourniture de chaleur externe additionnelle à l'alliage fondu dans le creuset.Un alliage des métaux s'effectue rapidement, tandis que le mélange des métaux est en cours, afin de parvenir à l'homogénéité. Le résultat de cette procédure est un rendement élevé d'alliage de l'Al, d'au moins 95%, plus frequemment d'au moins 98%.

Afin de produire un alliage de Mg à haute pureté à faible teneur en Fe, on utilise traditionnellement un agent d'épuration et de dépôt pour le fer, par exemple Mn, Cr, Mo, Si, et des composés de ces éléments. Le procédé accepté d'alliage du Mn au Mg, par exemple, est une addition de MnCl2 anhydre et non une simple dissolution de Mn élémentaire dans le Mg fondu, comme c'est le cas essentiellement pour tous les autres éléments d'alliage. La raison d'une addition du MnCl2, par opposition à une addition du Mn élémentaire sous forme pure ou sous forme mélangée, est que l'efficacité de la précipitation de Fe est significativement plus grande et que le rendement d'alliage du Mn lui-même est lui aussi supérieur de façon significative. On a observé de façon répétée que la teneur en Mn dans du Mg primaire peut, par des additions de MnCl2, être élevée à un niveau qui est plus haut, de façon significative, que celui qui peut être atteint par une addition de Mn élémentaire, sous forme d'écailles électrolytiques par exemple.

Une explication de cette différence entre les deux sources de Mn suggère qu'il doit exister, dans une phase ou un composé, du Mn élémentaire formé in situ par l'addition de MnCl2, ctest-à-dire:

<tb> MnCl2 <SEP> + <SEP> Mg <SEP> (Métal) <SEP> -- > <SEP> Mn(solution <SEP> Mg) <SEP> + <SEP> MgCl2
<tb>
qui este de façon significative, différent de ce qui est produit par une dissolution du Mn élémentaire, soit sous formes d'écailles électrolytiques pures, soit sous forme d'un mélange à 75% Al-25t Mn.

Le fait qu'un alliage préalable du Mn élémentaire ou du mélange Mn-Al, avec de l'Al avant son addition dans un bain de Mg amène une teneur en Fe semblable à ce qui est obtenu par l'addition du MnC12 en quantité équivalente, suggère que la même phase active doit être engendrée. Lorsque l'on envisage la transition phase/composé qui est impliquée ici, on reconnaît qu'un hydrure est impliqué, bien que Mn ne soit pas généralement connu pour former de tels composés. Ceci est basé sur le fait que de l'hydrogène n'est pas mesuré directement dans les échantillons métalliques solides. On sait que la solubilité de l'hydrogène dans
Al est beaucoup plus faible que dans Mg et l'on sait que Al forme des composés intermétalliques stables avec Mn et Fe.La phase qui précipite à partir des alliages de Mg contenant de l'Al a été identifiée comme phase intermétallique ternaire, consistant en quantités diverses des trois éléments, Al, Mn et Fe (Hillis et al., SAE Technical paper Series - 1985, page 7). D'autres ont tenté d'identifier la phase comme étant A16Mn ou A14Mn (Lunder & Aune, IMA 1990), mais une analyse par diffraction aux rayons X a identifié un échantillon du précipité ternaire comme étant A15Mn2 dans lequel l'atome de Mn est remplacé de façon aléatoire par des quantités variables de Fe (le fer forme avec l'aluminium un composé isomorphe A15Fe2).

On envisage que l'addition de Mn élémentaire est inactive en raison de la formation d'une phase/d'un composé d'hydrure lors d'une exposition ou d'un stockage prolongé à l'humidité atmosphérique. Lorsque cette "phase d'hydrure" est alliée au préalable dans le bain d'Al, l'hydrure est détruit par la combinaison de la faible solubilité d'hydrogène dans l'Al et la formation d'une phase d'Al relativement stable. C'est cette phase d'Al, qui se combine ensuite avec la teneur en fer soluble du bain de Mg afin de former la phase ternaire moins soluble Fe-Mn-Al.

Par conséquent, lors d'une addition de Mn élémentaire à l'étant solide dans un bain de Mgp le Mn est allié de façon inefficace et la teneur en fer, ou bien est ajustée de façon médiocre, ou bien n'est pas ajustée. On a maintenant découvert que du Mn élémentaire en combinaison avec l'élément d'alliage Al dans l'état fondu réduit effectivement, lorsqu'il est ajouté au Mg, la teneur en fer des alliages de Mg à des niveaux inférieurs aux 40 ppm nécessaires pour les alliages de haute pureté.

Plutôt que d'ajouter au bain de Mg le classique sel MnC12,qui est efficace pour la précipitation du Fe mais qui provoque la formation de MgCl2 et de HCl gazeux, on ajoute au contraire selon la psssesee in-w*icn, dans le bain de Mg fondu le Mn élémentaire ou un mélange de Mn élémentaire et d'Al à l'état fondu, puisque le MgCl2 > qui est formé dans le bain lors de l'addition de MnCl2, est lié dans le sel et n'est donc pas disponible comme
Mg dans l'alliage.

La formation de l'alliage est; de préférence) effectuée dans un système sans flux (sans sels), dans lequel aucun chlorure métallique indésirable n'est formé. Dans un système sans flux, le bain est protégé par une atmosphère gazeuse, comprenant un mélange de moins de environ 1% de SF6 dans des volumes sensiblement égaux d'air sec et de CO2.

La réaction du MgCl2 avec des métaux terres rares pour former un chlorure de terres rares (RE) est 2 R.E.(métal) + 3 MgC12 -- > 2(RE)C13 +3 Mg (métal)
Cependant, lorsqu'un métal terre rare ou un mélange de métaux terres rares, par exemple, un "mischmétal" comprenant environ 50% de Ce, environ 25% de La, environ 18% de Nd et environ 7% de Pr, sont ajoutés dans un procédé sans flux, avec une addition de Mn élémentaire ou d'un mélange de Mn élémentaire et d'Al à l'état fondu, le rendement d'alliage du métal ou des métaux terre rares est sensiblement amélioré pour devenir supérieur à 80%, plus fréquemment supérieur à 90% et; de façon routinière, supérieur à 95%.Ceci offre un avantage significatif, tant dans la production de l'alliage vierge que dans le recyclage de déchets d'alliage de terres rares. Par conséquent, l'addition directe de Mn élémentaire comme composant d'alliage à l'état liquide au Mg liquide dans le processus d'alliage selon l'invention, produit un alliage de terres rares où le rendement d'alliage en terres rares est, de façon significative, plus élevé, où le niveau d'impuretés Fe est faible et dans lequel tout MgCl2 est éliminé du bain.

Afin de faciliter la compréhension des particularités, avantages et buts de l'invention cités ci-dessus ainsi que d'autres, les exemples suivants sont donnés afin d'illustrer des modes de réalisation préférés de l'invention. Ces exemples ne sont pas considérés comme limitant son cadre, puisque l'invention peut admettre d'autres modes de réalisation équivalents, également efficaces.

Tous les pourcentages sont donnés en pour-cent en poids.

Exem le 1 : cet exemple ne concerne pas un alliage selon l'invention.

Un alliage de magnésium du type A291D est préparé à partir d'une charge de 94,4 kg (208 livres) d'un magnésium primaire dont la pureté est de 99,8%.

L'impureté en Fe du Mg primaire est d'au moins environ 350 parties par million (ppm). Le magnésium primaire est fondu dans un creuset à une température de 728 C sous une atmosphère gazeuse protectrice comprenant moins de environ 1,0% de SF6 dans un mélange, en quantités égales, de C02 et d d'air. Les composants solides d'alliages suivants sont ajoutés en séquences dans le bain de Mg: 9,44 kg (20,8 livres) d'Al à la température du bain de Mg de 728"C, puis 0,77 kg (1,7 livres) de Zn à une température du bain de Mg de 717 C, et 1,32 kg (2,9 livres) de granules de MnC12 anhydre à une température du bain de Mg de 715"C. La température du bain de Mg diminue par suite de l'addition, dans le bain, de chaque composé solide d'alliage.Pendant l'addition des composants solides d'alliage, le bain est agité afin de favoriser la fusion des composants d'alliage et d'atteindre une homogénéité de l'alliage. L'alliage est ensuite refroidi à une température de 643"C, afin de permettre un dépôt progressif des impuretés métalliques à partir du bain vers le fond du creuset. Une analyse de l'alliage montre les teneurs suivantes de métaux en pourcentage:
Ai 8,6t
Zn ....... 0,63 %
Mn ....... 0,22 %
Fe ........ < 1 ppm
Cet exemple illustre le fait que l'addition de
MnCl2 a été efficace pour réduire l'impureté fer dans le bain. La présence de l'Al dans le bain est également efficace pour réduire la solubilité du Fe, c'est-à-dire que la solubilité du Fe est d'autant plus faible que la teneur en Al est plus élevée, ce qui provoque une diminution du Fe sous forme de composés de Fe dans le bain. Cependant, le MnCl2 réagit avec le
Mg afin de produire du MgCl2 qui se dépose au fond du creuset et qui est enlevé comme boue. L'addition du
MnCl2 provoque aussi un dégagement indésirable de HCl gazeux hors du bain.

Le rendement de la procédure de fusion est affecté de façon défavorable par une perte d'énergie due à l'addition de composants solides d'alliage dans le bain, c'est-à-dire à une température sensiblement inférieure à la température du bain de Mg.

Une analyse des coûts, lorsque MnC12 est utilisé, montre que seulement environ 0,35% de Mn est utilisé dans le bain, puisque environ 54 grammes (0,12 livre) de Mg est perdu sous forme de boue de NgCl2 pour chaque addition de 0,454 kg (1 livre) de MnCl2.

Exemple 2 -: ce deuxième exemple n'est pas non plus-un exemple selon l'invention.

En suivant la même procédure générale qu'à l'exemple 1, on prépare, sans utilisation de MnCl2, l'alliage AZ9lD. Une charge de 68,1 kg (150 livres) de magnésium primaire est fondue à une température de 720 C. Deux minutes plus tard, on ajoute dans le bain de Mg à une température de 720 C, tandis que le mélangeur fonctionne, une charge préchauffée de 6,9 kg (15,2 livres) d'Al et une charge de 0,64 kg (1,4 livres) de Zn, sous forme de métaux solides. Onze minutes plus tard, on ajoute au bain, à une température de 732"C, une charge de 0,77 kg (1,7 livres) d'un durcisseur solide Mn-Al. Environ 10 minutes plus tard, la température du bain est descendue à 724"C. On laisse progressivement baisser la température du bain jusqu'à 650 C.Pendant l'intervalle ou la température diminue, on laisse déposer à partir du bain les impuretés métalliques qui s'y trouvent pour qu'elles se concentrent au fond du creuset. Un échantillon est prélevé dans le bain et est analysé. L'analyse montre que l'alliage contient les teneurs suivantes:
AI 10t
Zn ....... 0,87 %
Mn ....... 0,29 %
Fe ....... 81 ppm
Cet exemple illustre le fait que l'addition du durcisseur Mn-AI sous la forme solide n'est pas efficace pour précipiter l'impureté fer à un niveau acceptable d'un maximum de 40 ppm, selon les recommandations du Livre des Normes ASTM 1988. Une charge de 9% d'Al en elle-même aurait réduit l'impureté en fer au niveau atteint ci-dessus.

Exemle 3 - :-- ce troisième exemple est-un exemple selon l'invention.

En suivant la procédure générale de l'exemple 1, une charge de Mg primaire de 83,9 kg (185,3 livres) est placée dans un creuset en acier inoxydable, d'une capacité de 135,9 kg (300 livres) et elle est chauffée à une température de 721"C ou le Mg est à l'étant fondu. Une charge de 8,47 kg d'Al fondu (18,7 livres) à une température de 721 C, est versée dans le Mg fondu. Un dispositif mélangeur à hélice est utilisé pour mélanger entre eux le Mg et l'Al afin d'obtenir une homogénéité de l'alliage. Le bain d'alliage est échantillonné 20 secondes plus tard, lorsque la température est montée à 725"C, et ensuite à des intervalles d'une minute ensuite pendant les 9 minutes qui suivent.

<tb>

Addition <SEP> d'Al <SEP> Al <SEP> dans <SEP> l'alliage
<tb> (temps <SEP> en <SEP> minutes) <SEP> (en <SEP> t) <SEP>
<tb> 0,33 <SEP> 8,7
<tb> 1 <SEP> 9,0
<tb> 2 <SEP> 8,9
<tb> 3 <SEP> 9,1
<tb> 4 <SEP> 9,2
<tb> 5 <SEP> 9,0
<tb> 6 <SEP> 9,2
<tb> 7 <SEP> 9,0
<tb>
Les données, qui en résultent, montrent qu'un alliage complet et rapide s'est déjà effectué, même avant la première prise de l'échantillon effectué 20 secondes après l'addition de la charge d'Al.

Aucun apport-thermique n'est ajouté de l'extérieur au creuset après l'introduction de la charge d'Al fondu dans le creuset. Les températures du bain prises à des intervalles d'une minute, sont les suivantes

<tb> Intervalles <SEP> de <SEP> temps <SEP> Température <SEP> du <SEP> bain
<tb> (en <SEP> minutes)
<tb> 0 <SEP> 721oC <SEP>
<tb> 1 <SEP> 730 <SEP> 0C <SEP>
<tb> 2 <SEP> 725 <SEP> 0C <SEP>
<tb> 3 <SEP> 723 <SEP> 0C <SEP>
<tb> 4 <SEP> 721 C <SEP>
<tb> 5 <SEP> 720oC <SEP>
<tb> 6 <SEP> 719 <SEP> 0C <SEP>
<tb> 7 <SEP> 719 C
<tb> 8 <SEP> 719 <SEP> 0C <SEP>
<tb> 9 <SEP> 719 <SEP> 0C <SEP>
<tb>
Ces résultats indiquent que la température du bain est montée à l'instant où l'Al fondu a été ajouté au
Mg fondu, c'est-à-dire sans apport de chaleur en provenance de l'extérieur du bain. Ce phénomène était inattendu et ne peut actuellement être expliqué, bien que l'on suppose que l'augmentation de température peut être due à une réaction exothermique ou à une réaction de solution entre le Mg et l'Al. Une augmentation de température est enregistrée de façon sensiblement instantanée après l'addition de l'Al fondu dans le Mg fondu. La température atteint un maximum dans la minute qui suit l'addition et diminue ensuite progressivement. Comme observé précédemment, il ne se produit aucune augmentation de température, lorsque de l'Al solide (à une température sensiblement plus faible) est introduit dans le bain.Par conséquent, l'addition d'Al fondu au Mg fondu présente des avantages considérables puisque l'augmentation inattendue de la température provoque une procédure d'alliage plus efficace puisqu'il ne faut ni temps additionnel ni énergie additionnelle pour maintenir le bain à la température d'alliage ou pour ramener le bain à la température souhaitée.

Exemple 4 : le-quatrième-exemple est un exemple selon l'invention.

Dans le procédé selon l'invention, la procédure générale de l'exemple 3 est suivie.

Une charge de magnésium primaire de 81,7 kg (180 livres) est introduite dans un premier creuset et est chauffée à une température de fusion de 721"C. Une charge d'aluminium de 8,31 kg (18,3 livres) est introduite dans un deuxième creuset et elle est chauffée à une température de fusion de 711"C, Une charge de Zn solide déshydraté de 0,64 kg (1,4 livres), préchauffée à une température de 300"C, est ajoutée à l'aluminium fondu. Dix minutes plus tard, l'alliage fondu Al-Zn, à une température de 700 C est mélangé manuellement à l'aide d'une tige en céramique et il est ensuite chauffé à une température de 7210C.

Le mélange Al-Zn fondu (à une température de 7210C) est ensuite versé dans le creuset contenant le Mg fondu et un mélangeur à hélice est activé de façon à mélanger les métaux fondus. Trois minutes plus tard, la température du bain d'alliage est échantillonnée. La température s'est élevée à 730"C.

Cet exemple illustre, lui aussi, le fait que la température s'est élevée, sans apport de chaleur additionnel au bain, à l'instant où le mélange d'Al et de Zn fondus est ajouté au Mg fondu. L'augmentation de température n'est donc pas basée sur l'addition de l'Al seul, mais se produit aussi lorsqu'une combinaison d'ingrédients d'alliage est ajoutée à l'état fondu au bain de Mg primaire.

Exemple 5 : le cinquième exemple est conforme à l'invention.

Selon la procédure générale de l'exemple 1, l'alliage AZ9lD est préparé sans utiliser de MnCl2.

Une charge de 68,1 kg (150 livres) de Mg primaire est fondue à une température de 720 C. Un lot séparé de métal est préparé à partir d'une charge de 6,9 kg (15,2 livres) d'Al, 0,64 kg (1,4 livres) de Zn, et 0,77 kg (1,7 livres) de Mn élémentaire, et il est mélangé dans un creuset séparé à une température de 710 C. Le composant d'alliage fondu Al-Zn-Mn est ensuite ajouté au Mg fondu. Un échantillon est prélevé lorsque la température du bain est descendue à 650 C afin de permettre aux impuretés métalliques de se déposer à partir du bain.L'analyse montre que l'alliage contient les teneurs suivantes:
Al ...... 8,5%
Zn ...... 0,97%
Mn ...... 0,26%
Fe ..... 0,0006% (6 ppm)
Cet exemple illustre le fait que l'addition de Mn à ltétat fondu a été efficace pour réduire les impuretés fer à un niveau, qui est bien inférieur à la norme ASTM de 40 ppm pour l'alliage AZ9lD.

Exemple 6 : cet exemple est conforme à l'invention.

La procédure décrite précédemment à l'exemple 4 est répétée, avec l'étape additionnelle consistant à ajouter un mélange de Mn élémentaire et d'Al au mélange fondu Al-Zn avant d'ajouter tout le mélange fondu Al-Zn-Mn (composant d'alliage) dans le Mg fondu.

Le Mn employé est un mélange de poudre, disponible comercialement, ol*emst 75% de Mn et 25% d'Al. La charge d'alliage comprend des charges de 2,41 kg (5,3 livres) d'Al, 0,82 kg (1,8 livres) de Zn et 1,18 kg (2,6 livres) du mélange des deux poudres de Mn élémentaire et d'Al. Le composant d'alliage est chauffé dans un creuset séparé jusqu'à sa fusion. L'addition du mélange de Mn élémentaire et d'Al dans le mélange Al-Zn permet de produire un alliage..AZ31B - ayant -la composition spécifiee dans l'annuaire 1988 des normes ASTM, désignation B275, tableau X4.1, où le niveau maximal admissible en impureté Fe, est limité à 0,005% (50 ppm).

L'alliage fondu Al/Zn/Mn est ensuite ajouté au magnésium primaire fondu contenant un minimum de 350 ppm de Fe. Le bain est agité jusqu'à ce que le composant d'alliage soit allié avec le Mg fondu. On laisse ensuite le bain refroidir à une température de 650 C pour permettre aux impuretés métalliques de se déposer à partir du bain. Un échantillon est prélevé et analysé. La composition de l'alliage est la suivante:
Mg ..... 96,5%
Al ..... 2,4%
Zn ..... 0,66%
Mn ..... 0,41%
Cu ..... 0,0006% (6 ppm)
Ni ..... 0,0004% (4 ppm)
Fe ..... 0,0002% (2 ppm)
Cet exemple illustre le fait que l'introduction, dans le Mg fondu, du composant d'alliage ctest-à-dire du mélange Al-Zn-Mn5 à l'état fondu provoque une réduction sensible du niveau d'impureté Fe.Les niveaux d'impureté de Cu, Ni et Fe sont bien à l'intérieur des limites des normes ASTM 1988 recnandées pour l'alliage AZ31B. Une recherche analytique du
Si n'a pas été effectuée, puisque Si n'était pas critique pour la performance de l'alliage et était cependant à l'intérieur des normes ASTM prescrites. La composition fondue d'alliage s'allie très rapidement avec le Mg fondu, avec une agitation faible. Le Mn se combine avec le Fe pour se déposer à partir du bain sous forme de composé métallique insoluble, ce qui provoque la réduction observée du niveau d'impureté en Fe.

La procédure d'introduction du Mn fondu (sous
forme d'un mélange Al-Mn élémentaire) n'engendre
aucune émission nuisible de HC1. Il ne se pose aucun
des problèmes d'entretien associés à la corrosion de
l'équipement et des structures induite par le HCl. Des
économies sont réalisées grâce au procédé selon
l'invention puisque le coût du Mn dans le mélange Mn
élémentaire-Al est inférieur à la valeur du Mn
métallique dans MnCl2.

Exemple 7 : cet exemple n'est pas
conforme à l'invention.

Selon la procédure générale exposée à l'exemple
1, on produit dans un atelier de coulée à Freeport,
Texas, des lingots d'un poids total de 11.586 kg
(25.520 livres) de l'alliage AE42X1. Pendant
l'opération de production, le Mg fondu est protégé de
l'atmosphère par un flux M-130 dont la composition
saline est bien connue dans l'état de la technique. Des charges
d'Al, d'un durcisseur Al/Be et d'un "mischmétal" de terres
rares sont ajoutées au Mg fondu sous forme de lingots
solides. Du MnC12 est ajouté au bain.

La capacité du creuset utilisé est d'environ
2.270 kg (5.000 livres). La quantité totale des
composants d'alliage utilisés est la suivante:
Al ............. 610 kg (1.344 livres) Terres rares (mischmétal) .. 567,5 kg (1.250 livres)
MnCl2 ............ 215,2 kg (474 livres)
Al/Be ............. 9,5 kg (20,9 livres)
Une analyse moyenne de 22 fractions de lots (environ 4
fractions par lot de métal) donne les résultats
suivants::
Al ..... 3,95%
Teeeesrares. 2,62%
Mn ..... 0,297%
Fe ...... 0,001% (10 ppm)
Be ..... 0,00062% (6,2 ppm)
Sur la base de l'analyse moyenne, les rendements pour-chaque composé métallique sont les- suivants
Al ..... 86%
Terres rares. 61%
Be ...... 17%
Mn ...... 42%
Ce procédé produit une quantité indésirable de HC1 gazeux En outre, les-rendements d'alliage-pour Al, pour le "mischmétal" de- terres rares et pour Mn sont sensiblement inférieurs aux rendements d'alliage réalisés grâce au procédé selon l'invention.

ExemPle 8 : cet exemple n'est pas conforme à l'invention.

Une charge de Mg primaire de 36,8 kg (81 livres) est fondue dans un creuset de 40,86 kg (90 livres) sous une atmosphère, protectrice vis-à-vis de ltoxydation, de SF6, de C02 et d'air.

Les constituants d'alliages suivants sont préparés pour une addition ultérieure au Mg fondu.

Al .............. 362,2 grammes
durcisseur Al-Be . 14,5 grammes (Al 95%/B 5%)
Mn ................ 154,0 grammes
Nd (pureté 95%) .. 377,7 grammes
Tous les constituants d'alliage sont préchauffés à une température minimale de 100 C avant leur addition sous forme solide. En utilisant une hélice du type marine, le métal fondu est agité pendant les additions d'alliage afin de parvenir à une homogénéité des métaux dans l'alliage. En premier lieu, le Mg primaire est chauffé à une température de 760 C. Le Mn élémentaire est ajouté pendant une période de 35 minutes. La température du métal est ensuite abaissée à 755 C, et le durcisseur Al/Be et la charge d'Al sont ajoutés. Deux minutes plus tard, le Nd est ajouté au bain et allié pendant une période de 15 minutes avec le Mg fondu.La température est réduite à 7000C pour permettre aux impuretés métalliques de se déposer àrn.partir du-bain, et des échantillons sont prélevés.

En supposant un rendement théorique d'alliage de 100%, l'analyse théorique de l'alliage qui en résulte est comparée à l'analyse réelle.

<tb>

Théorique <SEP> Réel
<tb> (en <SEP> %) <SEP> (en <SEP> %)
<tb> Al <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> Al <SEP> - <SEP> 0,96
<tb> Nd <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> Nd <SEP> - <SEP> 0,99
<tb> Mn <SEP> - <SEP> 0,70 <SEP> Mn <SEP> - <SEP> 0,17
<tb> Be <SEP> - <SEP> 0,0019 <SEP> Be <SEP> - <SEP> 0,0010
<tb> <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 0,0350
<tb>
Les résultats indiquent que le rendement réel d'alliage dépasse 100% du rendement théorique. C'est probablement la conséquence d'une oxydation d'une partie de la charge originale de Mg primaireJqui qui a réduit la quantité de Mg primaire disponible pour l'alliage, ou bien c'est le résultat d'une erreur d'analyse acceptable.

ExemPle 9 : cet exemple est conforme à l'invention.

Une charge de 127 kg (279,8 livres) de Mg primaire est introduite dans un premier creuset d'une capacité de 147,6 kg (325 livres) et elle est maintenue sous une atmosphère protectrice d'un mélange de SF6 et de parties égales de CO2 et d'air. Une charge de 6,04 kg (13,3 livres) d'Al est introduite dans un deuxième creuset d'une capacité de 11,35 kg (25 livres). Les deux creusets sont chauffés à une température de 720"C. La température du Mg fondu est élevée à 7520C, et un mélangeur à hélice est alors activé afin d'assurer l'homogénéité du bain. Deux minutes plus tard, une charge de 3,77 kg (8,3 livres) de métaux terres rares solides, comprenant 53% de cérium, 23% de lanthane, 18% de néodymium, 5% de praséodymiumet 1% d'autres, est ajoutée au Mg fondu à une température de 7650C.Quinze minutes plus tard, une charge de 0,591 kg d'un mélange de Mn élémentaire et d'Al (75% de Mn et 25% d'Al) et une charge de 30 g d'un durcisseur Al-Be (95% Al; 5% Be) est introduite dans le bain d'Al et mélangée à l'aide d'une tige en céramique. La température du bain d'A1 est de 7250C. Treize minutes plus tard, l'alliage
Al-Mn-Be à une température de 710 C est versé dans l'alliage de Mg et des métaux terres rares à une température de 720"C. Une quantité résiduelle de 0,6 kg (1,33 livres) de l'Al-Mn-Be reste dans le creuset.

La température du bain s'élève à 727"C en 1,5 minute et on laisse refroidir progressivement jusqu'à une température de 680"C pour permettre un dépôt des impuretés métalliques à partir du bain. Le bain, qui en résulte. est décanté et versé dans des moules.Des échantillons prélevés de certains des lingots fondus présentent l'analyse suivante (rendements d'alliage entre parenthèses):
Al ...... 3,8% (92,0%)
Terres rares. 2,72% (98,9%)
Mn ...... 0,17% (58,6%)
Cu .... 0,0022% - 22 ppm
Ni ...... 0,0002% - 2 ppm
Fe ...... 0,0028% - 18 ppm
Be ..... 0,0005% (55,6%)
Ces résultats indiquent que le rendement d'alliage des métaux terres rares est sensiblement plus élevé que les niveaux obtenus avec les procédures d'alliage actuellement pratiquées, comme illustré à l'exemple 7. Les métaux terres rares ne sont pas éliminés avec le Mn, ce qui réduirait les rendements d'alliage à une plage pouvant descendre jusqu'à 50 à 80% comme observé avec les procédures actuelles, dans lesquelles le Mn est introduit dans le bain sous une forme solide ou sous une forme de MnC12. Le niveau en impureté Fe est bien inférieur à la plage acceptable pour des alliages de haute pureté.

En conclusion, il ressortira pour l'homme de l'art que des variations peuvent être apportées à la procédure d'alliage sans s'écarter de l'esprit et du cadre de la présente invention.

Claims (10)

Revendications

1. Procédé de production d'un alliage de magnésium sans formation de chlorures métalliques, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à:

introduire une quantité de magnésium dans un premier creuset et chauffer le magnésium à une température de fusion supérieure à environ 660"C,

agiter le magnésium fondu afin d'obtenir une homogénéité du magnésium ou de l'alliage de magnésium fondu,

disposer au-dessus de la surface du magnésium fondu une couche gazeuse de protection contre l'oxydation,

introduire dans un deuxième creuset, un composant d'alliage, comprenant de l'aluminium et du manganèse, et chauffer le composant d'alliage à une température suffisante pour faire fondre le composant d'alliage,

introduire dans le magnésium fondu le composant d'alliage à l'état fondu en élevant ainsi la température du bain au-dessus de la température prévue sur la base des températures combinées des bains individuels sans chauffage additionnel du bain, et

mélanger entre eux le magnésium fondu et l'ingrédient d'alliage fondu afin de former rapidement l'alliage.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composant d'alliage est choisi dans le groupe formé par Al, Zn, Mn, Si, Zr, Ca, Be, Y, Ag, au moins un métal terre rare de la série des lanthanides, et leurs mélanges.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit métal terre rare est un mischmétal comprenant un mélange d'environ 53% de cérium, environ 23% de lanthane, environ 18% de néodymium, environ 5% de praséodymium, et environ 1% d'autres métaux.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par l'étape consistant à additionner, au magnésium fondu, au moins un métal terre rare de la série des lanthanides à l'état solide, à fondre dans le bain de magnésium le(s) métal (métaux) terre(s) rare(s), et à ajouter ensuite ledit composant d'alliage à l'état fondu au mélange métallique fondu de magnésium et de terres rares, le redement d'alliage du métal terre rare étant supérieur à 80%.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'étape consistant à refroidir le bain d'alliage de magnésium pendant un laps de temps suffisant pour permettre un dépôt des impuretés insolubles au fond du creuset, à couler l'alliage de métal fondu dans un moule ou sous pression, et à refroidir l'alliage moulé ou formé sous pression, afin de constituer un produit contenant moins de 50 parties par million de fer comme impureté.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on ne forme pas de chlorure de magnésium dans le bain de magnésium pendant la production de l'alliage.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on ne forme pas d'acide chlorhydrique dans le bain de magnésium pendant la production de l'alliage.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'étape consistant à mélanger le magnésium fondu et le composant d'alliage au moyen d'une pompe électromagnétique.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alliage contient moins de 20 parties par million de fer comme impureté.

10. Alliage de magnésium produit par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alliage contient moins de 50 parties par million de fer comme impureté.