La présente invention concerne un alliage Fe-Ni-Co a faible coefficient de dilatation ainsi que son utilisation pour la fabrication d'un masque d'ombre pour tube cathodique de visualisation.

Les alliages Fe-Ni-Co à faible coefficient de dilatation, communément appelés SUPERINVAR, sont bien connus. Ces alliages sont utilisés notamment pour la fabrication de masques d'ombre comme l'indique, par exemple, la demande de brevet européen EP 05340460 qui propose d'utiliser pour la fabrication de masques d'ombre un alliage Fe-Ni-Co contenant, en poids, outre le fer, de 28% à 34% de nickel, de 2% à 7% de cobalt, de 0,1% à 1% de manganèse, moins de 0,1% de silicium et moins de 0,01% de carbone; le reste étant des impuretés résultant de l'élaboration. Mais cet alliage présente parfois l'inconvénient d'avoir un point M_s de début de transformation martensitique proche de la température ambiante si bien que, soit lors du formage du masque d'ombre, soit lors de son stockage à basse température, la transformation martensitique débute, ce qui provoque des déformations permanentes du masque d'ombre. De plus, du fait, notamment, de la teneur en manganèse, considérée comme nécessaire pour que l'alliage ait une bonne aptitude au laminage à chaud, l'alliage a un coefficient de dilatation un peu trop élevé pour réduire suffisamment le défaut de cloquage du masque d'ombre.

Le but de la présente invention est de proposer un alliage Fe-Ni-Co qui ait un point de début de transformation martensitique inférieur à -50°C, un coefficient de dilatation thermique moyen entre 20°C et 100°C inférieur à 0,7x10^-6/°K et un coefficient de dilatation thermique moyen entre 80°C et 130°C inférieur à 1x10^-6/°K.

A cet effet, l'invention a pour objet un alliage Fe-Ni-Co dont la composition chimique comprend, en poids:$$\text{32\% ≤ Ni ≤ 34\%}$$$$\text{3,5\% ≤ Co ≤ 6,5\%}$$$$\text{0\% ≤ Mn ≤ 0,1\%}$$$$\text{0\% ≤ Si ≤ 0,1\%}$$$$\text{0\% ≤ Cr ≤ 0,1\%}$$$$\text{0,005\% ≤ C ≤ 0,02\%}$$$$\text{S ≤ 0,001\%}$$$$\text{0,0001\% ≤ Ca ≤ 0,002\%}$$$$\text{0,0001\% ≤ Mg ≤ 0,002\%}$$ le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration parmi lesquelles le cuivre, le molybdène, le vanadium, le nobium; la composition chimique de l'alliage satisfaisant en outre les relations:$$\text{Co + Ni ≤ 38,5\%}$$$$\text{Co + 0,5 x Ni ≥ 20\%}$$$$\text{Co + 5 x Ni ≥ 165,5\%}$$ et$$\text{S ≤ 0,02 x Mn + 0,8 x Ca + 0,6 x Mg}$$

De préférence, les teneurs en cuivre, molybdène, vanadium et niobium doivent chacune être inférieure à 0,1%. Et mieux encore, la somme des teneurs en manganèse, silicium, chrome, cuivre, molybdène, vanadium et niobium doit être inférieure à 0,30%.

Enfin, il est préférable que la teneur en oxygène soit inférieure ou égale à 0,01%, que la teneur en azote soit inférieure ou égale à 0,005% et que la teneur en phosphore soit inférieure ou égale à 0,005%.

L'invention a également pour objet l'utilisation de l'alliage selon l'invention pour la fabrication d'un masque d'ombre ainsi que le masque d'ombre ainsi obtenu.

L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise mais non limitative.

Alors qu'il est connu que les déformations d'un masque d'ombre sont engendrées principalement par un échauffement moyen jusqu'à une température inférieure à 100°C et typiquement de 80°C, les inventeurs ont estimé, de façon nouvelle, que des défauts d'image étaient engendrés par des échauffements locaux du masque d'ombre à des températures pouvant aller jusqu'à 130°C. Pour réduire au maximum les défauts d'image il faut utiliser, pour la fabrication du masque d'ombre, un alliage qui, non seulement, a un coefficient de dilatation moyen entre 20°C et 100°C le plus faible possible, mais qui, également, a un coefficient de dilatation moyen entre 80°C et 130°C le plus faible possible. De plus, cet alliage doit avoir une structure micrographique stable jusqu'à une température suffisamment basse, c'est à dire jusqu'à au moins -50°C.

L'alliage selon l'invention est un alliage Fe-Ni-Co dont la composition chimique est ajustée pour que, à la fois, son coefficient de dilatation moyen entre 20°C et 100°C soit inférieur ou égal à 0,7x10^-6/°K, son coefficient de dilatation moyen entre 80°C et 130°C soit inférieur ou égal à 1x10^-6/°K et sont point M_s soit inférieur à -50°C.

La composition chimique de l'alliage comprend, en poids, au moins 32% et au plus 34% de nickel ainsi que au moins 3,5% et au plus 6,5% de cobalt, les teneurs en nickel et cobalt étant telles que:$$\text{Co + Ni ≤ 38,5\%}$$ pour que le coefficient de dilatation moyen entre 20°C et 100°C soit inférieur à 0,7x10^-6/°K;$$\text{Co + 0,5 x Ni ≥ 20\%}$$ pour que le coefficient de dilatation moyen entre 80°C et 130°C soit inférieur à 1x10^-6/°K ;$$\text{Co + 5 x Ni ≥ 165,5\%}$$ pour que le point M_s soit inférieur à -50°C.

Mais, pour que le coefficient de dilatation moyen entre 20°C et 100°C soit inférieur à 0,7x10^-6/°K, il faut que les teneurs en manganèse, en silicium et en chrome soient inférieures ou égales à 0,1%.

Pour que le point M_s reste au dessous de -50°C, l'alliage doit contenir au moins 0,005% de carbone, cependant, afin de ne pas détériorer l'aptitude à la mise en forme par emboutissage, la teneur en carbone ne doit pas dépasser 0,02%.

Cependant, les alliages industriels contiennent toujours des éléments résiduels tels que le cuivre, le molybdène, le vanadium ou le niobium, et, pour que le coefficient de dilatation soit le plus faible possible, il est souhaitable que les teneurs en chacun de ces éléments restent inférieures ou égales à 0,1% et, de préférence, que :$$\text{Mn + Si + Cr + Mo + V + Nb + Cu ≤ 0,30\%}$$

Enfin, et afin d'obtenir une meilleure ductilité à chaud, il est préférable que la teneur en oxygène reste inférieure ou égale à 0,01%, que la teneur en azote reste inférieure ou égale à 0,005% et que la teneur en phosphore reste inférieure ou égale à 0,005%.

Avec cet alliage, on peut, notamment, fabriquer des masques d'ombre. Pour cela, on élabore l'alliage, on le coule en lingot ou en brame, on le lamine à chaud pour former un bande d'épaisseur d'environ 4mm; la bande est alors laminée à froid pour obtenir une bande à froid d'épaisseur d'environ 0,15mm. Cette bande à froid a une limite d'écoulement plastique R_p0,2 à 20°C de l'ordre de 600Mpa qui est beaucoup trop importante pour permettre une mise en forme facile, aussi, après usinage des ébauches de masque par découpe chimique, on soumet ces ébauches à un recuit entre 700°C et 850°C qui ramène la limite d'écoulement plastique R_p0,2 à 20°C à environ 320Mpa. Puis chaque ébauche est mise en forme, par exemple par emboutissage, pour obtenir un masque d'ombre.

A titre d'exemple, on a fabriqué les alliages A à D selon l'invention dont les compositions chimiques étaient, en % en poids: rep Ni Co Mn Si Cr C S Ca Mg Fe A 32,7 4,5 0,06 0,08 0,04 0,014 0,0006 0,0005 0,0015 comp. B 33,5 4,5 0,05 0,08 0,07 0,014 0,0009 0,0012 0,0009 comp. C 33,5 3,5 0,05 0,08 0,05 0,011 0,0007 0,0008 0,0007 comp. D 33,3 4,2 0,05 0,09 0,06 0,018 0,0008 0,0011 0,0011 comp.

Les caractéristiques de ces alliages étaient: R_p0,2 R_p0,2 R_p0,2 α α α Mpa Mpa Mpa rep 20°/100° 20°/80° 80°/130° M_s 20°C 20°C 200°C 10^-6/°K 10^-6/°K 10^-6/°K °C écroui recuit* recuit* A 0,31 0,23 0,78 -90 615 320 141 B 0,65 0,65 0,80 <-186 615 318 137 C 0,49 0,45 0,90 <-186 607 304 133 D 0,51 0,49 0,77 <-186 629 322 148 * recuit 780°C - 15 mn

Avec ces alliages on peut fabriquer des masques d'ombre constitués notamment d'une feuille percée de trous et mise en forme par emboutissage. Ces masques d'ombre ont une structure entièrement austénitique même après mise en forme ou après stockage dans une ambiance froide, et ils présentent un défaut de cloquage local inférieur d'au moins 40% au défaut de cloquage local de masques d'ombre en alliage Fer-Nickel selon l'art antérieur.