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Procédé et installation de fabrication de rubans
métalliques amorPhes par hype~el--pe
La présente invention est relative à un
procédé de fabrication de rubans métalliques amorphes par
hype~LL~.,~e, du type dans lequel on envoie au moins un
jet de métal liquide sur une surface de réception en
défilement rapide.
On connait, depuis les travaux dirigés des
1958 par Pol Duwez a l'Institut de ~echnologie de
Californie, les alliages métalliques amorphes, qui sont
obtenus par refroidissement tres rapide d'une phase
liquide, permettant A inci d'en ~nns~rver la structure
- désor~o~ , ou non cristalline. En effet, on amene ainsi
directement le matériau à une température inférieure à
un certain seuil, appelé température de vitrification,
lui-meme situé a une température tres inférieure à celle
de solidification à laquelle la crist~llieation ~om~ence~
Une technique de fabrication des alliages
métalliques amorphes, appelée hype,L,~I..~e, consiste à
el.~oyer un jet de métal en fusion sur une surface en
défilement rapide dont la température est maintenue
inférieure ou égale a la temp~rature ambiante Le liquide
s'étale alors sur le dis~ue en une pellicule épaisse de
quelques microns seulement. Comme la pellicule est
extrfir ~nt mince et en contact étroit avec un puits de
chaleur de volume beaucoup plus grand et que les métaux
ont une conductivité thermique importante, le métal se
refroidit et se solidifie tres rapidement, à une vitesse
de l'ordre de 1O6~C~seconde La surface en défilement
peut appartenir a un disque, à une bande sans fin ou à
une roue Elle peut être munie d'entailles perpendiculai-
res à sa direction de défilement, afin de diviser enpetits segments les pellicules ou rubans realisés.
Les pellicules ou rubans ainsi préparés
possèdent des propriétes remarquables, tant sur le plan
FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26)
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mécanique que sur le plan magnétique. Ainsi, les alliages
ont une résistance en traction très importante, et leur
ductilité est caractérisée par une excellente résistance
à la pliure, permettant d'atteindre des courbures autour
d'un rayon de l'ordre de l'épaisseur du ruban; ils
présentent également des propriétés de magnétisme doux,
c'est-à-dire qu'ils sont magnétisés et ~ n~tisés avec
un champ très faible. Les documents EP-A-S9 864, 84 335
et 84 785 sont des exemples de la littérature traitant
de procédés du type précité. -~-
La production de rubans métalliques amorphes
à l'échelle industrielle pose des problèmes particuliers,
car il faut garantir une géométrie et une qualité
constantes des rubans sur des périodes de temps prolon-
gées.
L'invention a pour but de satisfaire à ces
impératifs de façon simple et économique.
A cet effet, l'invention a pour objet un
procédé du type précité, caractérisé en ce qu'on effectue
un mouvement alternatif perpendiculaire à ladite direc-
tion de défilement entre la surface de réception et le
jet.
Suivant d'autres caractéristiques :
- le mouvement alternatif est sinusoïdal;
- on déplace au cours du temps la position
relative médiane de la surface de réception et du jet.
L'invention a également pour objet une
installation destinée à la mise en oeuvre d'un procédé
tel que défini ci-dessus. Cette installation, du type
comprenant un creuset contenant du métal liquide, muni
d'au moins un orifice de sortie, et une ~nc~nte conte-
nant une surface de réception munie de moyens de mise en
défilement rapide de cette surface en regard de l'orifice
de sortie, est caractérisée en ce qu'elle comprend des
moyens de déplacement pour provoquer entre l'orifice de
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- sortie et la surface de réception un mouvement alternatif
relatif perpendiculaire à la direction de défilement de
ladite surface.
Suivant d'autres caractéristiques de cette
installation :
- ladite surface est la surface périphérique
d'une roue à entailles dont l'arbre moteur traverse à
coulissement une paroi de l' ~nCQi nte, et lesdits moyens
de d~placement comprennent un chassis, un plateau gutdé
en translation parallèlement à l'axe de la roue et
~u-L~nt l'arbre moteur, lequel est solidaire axialement
de ce plateau, et des premiers moyens d'entraînement
adaptés pour entrainer en va-et-vient le plateau par
rapport au r-h~ccis;
- le creuset est monté co~ scAnt~ perpendi-
culairement a ladite direction de défilement, sur la
paroi supérieure de l'enc~i~te, au-dessus d'une ouverture
de cette paroi allongée suivant la direction de coulisse-
ment, et il est prévu des moyens de déplacement alterna-
tif du creuset suivant sa direction de couliceement;
- l'installation comprend en outre des moyens
de décalage adaptés pour modifier la position relative
m~; An~ de la surface de réception et de l'orifice de
sortie;
- lesdits moyens de ~A l~ge sont des moyens
d'entr~n~ nt alternatif ayant une période tres infé-
rieure à celle desdits moyens de déplaf- -.nt.
Des exemples de réalisation de l'invention
vont maintenant être décrits en regard des ~si n~
annexés, sur lesquels :
- la Figu~e l est une vue schématique en
coupe verticale d'une installation conforme à l'inven-
tion, suivant un premier mode de réalisation;
- la Figure 2 est une vue prise en coupe
verticale suivant la ligne II-II de la Figure l;
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- la Figure 3 est une vue analogue à la
- Figure 1 de l'installation suivant l'invention, suivant
un second mode de réalisation;
- la Figure 4 représente en perspective un
détail de l'installation de la Figure 3; et
- la Figure 5 est une vue prise en coupe
suivant la ligne V-V de la Figure 4.
L'installation représentée aux Figures 1 et
2 est destinée à produire des morceaux 1 de ruban
m~tallique amorphe (Figure 2) par hype~C...~e. ~lle
comprend essentiellement une enceinte 2 sous vide d'air
partiel, un creuset 3, une roue à entailles 4, des moyens
5 d'entraînement de l'arbre 6 de cette roue, et une
brosse 7 associée à la roue.
L'enceinte 2 comporte une prise de vide 8
reliée à une pompe à vide 9 et munie d'un manomètre 10.
L'arbre 6 de la roue et l'arbre 11 de la brosse 7
traversent chacun une paroi latérale de l'enceinte avec
interposition d'un joint d'étanchéité, 12 et 13 respec-
tivement. Ces deux arbres sont parallèles l'un à l'autre,
et l'arbre 13 est entrainé par un moteur 14 fixé sur un
bati fixe 15 à l'extérieur de l'enceinte~
Le creuset 3 est équipé d'un inducteur 16 et
est fixé sur la paroi supérieure de l'enceinte 2 avec
interposition d'un joint réfractaire 17. Son fond est
percé d'un orifice de coulée 18, situé à l'aplomb d'un
orifice 19 de l'enceinte.
La roue 4 est un cylindre métallique présen-
tant sur sa surface extérieure des entailles 20 parallè-
les à l'axe X-X de la roue et régulièrement espacées. La
brosse 7 se trouve au contact de la region inférieure de
la roue située a l'aplomb de l'orifice 19.
Les moyens d'entraînement 5 comprennent un
dispositif 21 d'entraînement en rotation de l'arbre 6,
un dispositif d'entraînement en va-et-vient de cet arbre,
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et un dispositif 23 de déplacement du plan médian du
mouvement en va-et-vient.
L'arbre 6 est porté, à l'extérieur de l'en-
ceinte 2, par deux paliers 24 munis de butées~axiales
(non représentées) et fixés sur un plateau mobile 25.
L'arbre 6 est ainsi solidaire en translation de ce
plateau, et il porte une poulie 26 entraînée, via une
courroie 27, par un moteur 28 fixé sur le plateau 25.
Le plateau 25 est guidé en translation
parallèlement à l'axe X-X par des coulisses 29 solidaires
d'un chassis mobile 30 situé sous le plateau. Ce châssis
porte un moto-réducteur 31 sur l'arbre de sortie duquel
est calé un excentrique 32, lequel est en prise avec une
rainure 33 perpendiculaire à l'axe X-X prévue sur la face
inférieure du plateau 25.
A son tour, le châssis 30 est guidé en
translation par rapport à l'axe X-X par des coulisses 34
solidaires d'un bâti fixe 35 situé sous le châssis. Un
appendice inférieur 36 en saillie sous ce châssis
comporte un trou taraudé en prise sur une tige filetée
37 munie de deux butées de fin de course 38. Le prolonge-
ment de la tige 37 est monté rotatif dans le bâti 35 mais
immobilisé en translation par rapport à celui-ci, et il
peut être entraîné en rotation par une manivelle 39.
Par ailleurs, l'arbre 6 est creux et forme un
circuit d'aller-retour pour de l'eau de refroidissement
de la roue, ce circuit étant relié à un circuit interne
de refroidissement de la roue (non représenté). L'alimen-
tation en eau et son évacuation s'effectuent par l'inter-
médiaire d'un joint rotatif 40 situé en bout d'arbre.
Le fonctionnement de cette installation est
le suivant.
Un vide partiel etant réalisé dans l'enceinte
2 et le chassis 30 se trouvant dans une position détermi-
née, on met en marche les moteurs 14, 28 et 31. La roue
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4 est ainsi animée d'une part d'un mouvement de rotation
autour de son axe, et d'autre part d'un mouvement
alternatif sinusoïdal le long de cet axe. On met en
circulation l'eau de refroidissement de la roue.
On verse alors dans le creuset 3 du métal
liquide 41, et ce métal se déverse à un débit déterminé
à travers les orifices 18 et 19, sous la forme d'un filet
ou jet de métal liquide 42 qui heurte la roue 4. La
rotation rapide de celle-ci a pour effet de transformer
le filet 42 en un ruban plat, découpé en morceaux 1 par
les entailles 20. Par un réglage approprié des paramètres
(diamètre et vitesse de rotation de la roue, débits du
métal liquide et de l'eau de refroidissement), on atteint
une vitesse de refroidissement du métal de l'ordre de
106C/seconde qui, comme il est connu, fige le métal sous
la forme amorphe désirée.
Grâce au mouv~ ent de va-et-vient du plateau
25, le jet 42 heurte une zone variable de la roue, qui
se déplace entre deux plans verticaux Pl et P2 ~spacés
d'un distance d égale au double de la distance entre
- l'excentrique 32 et son axe de rotation.
L'expérience montre que, grace à ce mouvement
alternatif, les conditions de reproductibilité des rubans
sont améliorées, tandis que l'usure de la roue est
réduite.
De plus, en manoeuvrant la manivelle 39, on
déplace le plan médian de la zone balayée par le jet 42.
Ceci permet de répartir uniformément l'usure de la roue
sur toute sa longueur, et donc d'augmenter considérable-
ment sa durée d'utilisation. L'amplitude de ce mouvement,
définie par les butées 38, est choisie légèrement
inférieure à L-d/2, où L est la longueur axiale de la
roue,
La manivelle 39 peut etre actionnée de façon
intermittente par l'operateur, lequel surveille l'état
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d'usure de la roue à travers un hublot 43 (Figure 2)
prévu sur la paroi avant de l'enceinte En variante,
cette manoeuvre peut etre programmée automatiquement, de
façon intermittente ou continue. Elle peut par~exemple
~Lovoy~er un mouvement sinusoïdal du chassis 30 ayant une
période très inférieure à celle du mouvement du plateau
25.
Lorsque la coulée est terminée, on arrete la
roue, on casse le vide dans l'enceinte 2, et on évacue
les morceaux de rubans 1 à travers une porte 44 de cette
~nceinte (Figure 2).
Dans le mode de réalisation des Figures 3 à
5, l'arbre 6 est axialement fixe, et c'est le creuset 3
qui est monté mobile parallèlement à l'axe X-X sur
l'~nc~inte 2. De plus, dans ce mode de réalisation, les
arbres 6 et 11 traversent de part en part l'enceinte 2.
Ainsi, les paliers 24 de l'arbre 6 et le
moteur 28 sont fixés aux batis fixes 15 et 35, tandis que
le creuset 3 est fixé, avec interposition du joint 17,
sur une plaque-support 45 percée d'un orifice 46 au-
dessous de l'orifice 18. La paroi supérieure de l'en-
ceinte comporte une fente 47 allongée parallèlement à
l'axe X-X et sltuée à l'aplomb de cet axe, et un joint
48 en polytétrafluoroéthylène (PTFE ou "Téflon"),
partiellement logé dans une gorge 49 qui entoure cette
fente. La plaque 45 est posée sur le joint 48, et est
guidee en translation parallelement à l'axe X-X par des
glissières (non representées) prévues sur la paroi
supérieure de l'enceinte.
Le chassis mobile 30, associé comme précédem-
ment aux glissières 34 et à l'ensemble tige filetée 37-
manivelle 39, porte un servo-vérin SO et son dispositif
de commande 51. La tige de piston 52 de ce servo-vérin
est fixée à la plaque 45.
Cette installation fonctionne de la manière
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decrite plus haut, à ceci près que c'est le jet 42 qui
est maintenant déplacé par rapport à la roue, suivant un
mouvement de va-et-vient imposé par le servo-vérin SO et
un mouvement de déplacement lent du point médian de ce
mouvement de va-et-vient, résultant de l'actio~n~ -nt de
la manivelle 39.
Le mode de réalisation des Figures 3 à 5 peut
s'avérer avantageux dans certains cas, par exemple dans
le cas d'une roue de grande longueur.
Dans chacun des modes de réalisation de
l'installation, il est bien entendu possible de réaliser
dans l'enceinte une atmosphère d'un gaz approprié, par
exemple d'un gaz neutre. Par ailleurs, le creuset 3 peut
comporter plusieurs orifices 18 dans son fond, afin de
produire simultanément plusieurs jets 42.
