Sauf indication contraire, les compositions sont exprimées en valeurs pondérales.

État de la technique L'utilisation de champs magnétiques très eleves, de plusieurs teslas, pour des applications telles que la sustentation magnétique des véhicules, la resonance magnétique nucléaire (RMN) ou la physique des particules élémentaires, nécessite 1'emploi de conducteurs supraconducteurs, notamment sous forme de cables, aptes à transporter de fortes densités de courant, typiquement supérieures à 105 A/cm2, avec de très faibles pertes énergétiques. Ces conducteurs, dont les plus utilises sont a base d'alliages au niobium tels que Nb-Ti et, parfois, Nb-Zr, ne deviennent supraconducteurs qu'au dessous d'une température critique Tc très basse, qui nécessite un refroidissement à 1'helium liquide, et ils ne le demeurent que si le champ magnétique auquel ils sont soumis ne dépasse pas une valeur critique Hc. Il faut donc éviter qu'une perturbation thermique, mécanique ou magnétique localisée conduisant à une perte locale de supraconductivité ne se propage à 1'ensemble du conducteur et n'en entraîne, éventuellement, la degradation irreversible.

Pour ces raisons, les cables supraconducteurs sont généralement constitues d'une multitude de filaments supraconducteurs de faible section unitaire (typiquement 0 < 50 µm) enrobés dans une matrice métallique, formant ainsi une"ame supraconductrice", et gaines d'un metal à haute conductivité électrique et thermique,

tel que le cuivre ou 1'aluminium, qui puisse assurer 1'evacuation rapide des calories vers le bain d'helium liquide et la protection mécanique des filaments, notamment au cours des operations de mise en forme. Ces operations comportent des étapes successives de corroyage (tel que filage ou tréfilage) et de traitements thermiques (tel qu'un recuit) qui permettent d'assurer un bon contact électrique et thermique entre l'âme supraconductrice et ledit metal de gainage, qui est connu sous le nom de "gainage stabilisateur"ou"stabilisateur cryogénique" ou tout simplement "stabilisateur". D'une façon générale, les âmes supraconductrices occupent 10 à 40 % de la section des cables supraconducteurs et le gainage stabilisateur en occupe 60 à 90 %. Les filaments supraconducteurs sont généralement en alliage au niobium, tel que NbTi. Ladite matrice métallique possède des conductivités électrique et thermique élevées et assure la cohesion et la protection mécanique des filaments lors des étapes de fabrication du cable. Elle est généralement en cuivre ou alliage de cuivre de haute pureté et plus rarement en aluminium ou alliage d'aluminium de haute pureté (au moins 99,999 % aluminium).

11 est connu d'utiliser de 1'aluminium dans les stabilisateurs cryogéniques (ou cryostatiques) de conducteurs supraconducteurs. L'aluminium présente l'avantage de posséder des conductivités électrique et thermique très élevées à basse temperature, une faible densité, une chaleur spécifique faible et une grande transparence aux différents types de rayonnement. 11 est généralement admis que le choix d'un aluminium particulier se fait en fonction de sa résistivité à la temperature de 1'helium liquide (4,2 K), dite"résistivité résiduelle", qui est exprimée en termes du rapport, appelé RRR, entre la résistivité à la temperature ambiante et la résistivité résiduelle.

Comme la conductivité thermique de 1'aluminium et de ses alliages est, à 4, 2 K, sensiblement proportionnelle au RRR, un aluminium dont le RRR est élevé permet donc d'évacuer plus efficacement la chaleur qui pourrait etre dégagée lors d'une perte locale de supraconductivité d'un ou plusieurs filaments supraconducteurs.

Puisque la résistivité électrique résiduelle de 1'aluminium depend fortement des impuretés ou elements d'alliages qu'ils contient, on utilise en règle générale une base d'aluminium de très haute purete, a savoir un aluminium de pureté au moins egale à

5N, c'est-à-dire un aluminium pur contenant au moins 99,999 % en poids d'aluminium, et particulièrement pauvre en elements susceptibles de dégrader la résistivité (tels que Ti, V, Zr, Mn ou Fe). L'utilisation de bases aluminium d'une aussi grande pureté augmente considérablement le cout de fabrication des stabilisateurs et des conducteurs supraconducteurs.

Dans la plupart des applications, les stabilisateurs cryogéniques doivent également tre aptes à supporter des contraintes mécaniques de traction ou de compression importantes, qui proviennent en. grande partie de forces électromagnétiques. Ces contraintes, qui peuvent avoir un caractère cyclique, entraînent notamment une deformation du stabilisateur et une augmentation de la resistance résiduelle au cours du temps ou simplement au moment du bobinage ou du refroidissement à la temperature de 1'helium liquide.

Afin de pallier ces inconvénients, il est connu de la demande européenne EP 500 101 (correspondant au brevet américain US 5 266 416), d'utiliser un stabilisateur cryogenique en un alliage d'aluminium ayant une limite élastique à 0,2 % d'allongement, a très basse temperature (typiquement à 4, 2 K), au moins egale à 40 MPa et un RRR au moins egal à 250. De telles caractéristiques peuvent tre obtenues en utilisant du Zn, Si, Ag, Cu ou Ce en tant qu'elements d'additions ajoutes à une base aluminium de pureté au moins egale à 5N. De telles propriétés mécaniques sont cependant insuffisantes pour des applications telles que l'imagerie médicale par RMN (Resonance Magnétique Nucléaire). Pour cette application, on utilise actuellement, et quasi-universellement, un gainage stabilisateur en cuivre présentant une résistivité résiduelle à l'hélium liquide inférieure à 5,4 n#. cm et une limite élastique, mesurée à la temperature ambiante, supérieure à 80 MPa. Cette solution a pour inconvenient la grande densité du cuivre qui alourdit fortement les bobinages et en augmente le coût tant direct qu'indirect (par exemple par 1'utilisation de supports de bobines plus conséquents).

Il a aussi été proposé, dans la demande française FR 2 707 419 (correspondant au brevet américain US 5 573 861), d'utiliser un stabilisateur cryogénique en aluminium

de haute pureté (de 99,9 a 99,9999 % en poids) dont la structure cristalline possède une orientation spécifique par rapport au sens longitudinal du conducteur. Cependant, une telle orientation préférentielle du grain après filage nécessite 1'utilisation d'un aluminium extrmement pur, tres faiblement allie, et ayant donc des propriétés mécaniques très insuffisantes pour de nombreuses applications.

Dans le mme but, il a également été propose, dans la demande française FR 2 707 420 (correspondant aux brevets américains US 5 753 380 et 5 733 389), d'utiliser un stabilisateur cryogénique en aluminium de haute pureté (de 99,8 à 99,9999 % en poids) contenant au moins un element métallique ou semi-métallique dit"actif', tel que notamment B, Ca, Ce, Ga, Y, Yb et Th, dont la plus grande partie serait en solution solide. Les résultats publiés montrent également des propriétés mécaniques très inférieures à celles du cuivre.

11 est également connu, par 1'article de A. Yamamoto et al.,"Design and Development of the ATLAS Central Solenoid Magnet", paru dans IEEE Transactions on Applied Superconductivity, pp. 852-855, Vol. 9, n° 2, Juin 1999, d'utiliser un alliage d'aluminium a base 5N avec 1000 ppm en poids de Ni qui permet d'obtenir un stabilisateur dont le RRR est de 600 environ et la limite élastique a 0,2 % d'allongement est de 110 MPa à 4,2 K et de 81 MPa à 300 K, après un étirage à froid correspondant à un allongement de 27 % et à une réduction de section de 21 % (1/1, 27 = 0,79). Un allongement à froid aussi important du composite formé par l'âme supraconductrice et de son gainage stabilisateur est cependant à la limite de ce que peut supporter un tel composite sans striction locale ou rupture.

Par la demande internationale WO 00/17890, on connaît également un procédé de fabrication de câbles supraconducteurs comportant un stabilisateur en alliage d'aluminium à durcissement par precipitation, a base rès pure, contenant de 100 ppm à 25000 ppm de Ni. Selon ce procédé, l'alliage est soumis à un traitement thermique de precipitation, à une temperature comprise entre 250 °C et 500 °C, avant d'opérer le recouvrement de l'âme supraconductrice par extrusion à chaud. Partant d'une base aluminium très pure (typiquement 5N selon les exemples 1 à 3), outre le Ni, il est

également possible d'ajouter des elements qui ne font pas augmenter la résistivité de 1'aluminium et qui sont choisis parmi Ag, As, Bi, Ca, Cd, Cu, Ga, Mg, Pb, Sc, Si, Sn et Zn. La somme des elements de l'alliage autres que ceux-ci (tels que le Fe) ne peut dépasser 10 ppm.

Les propiétés mécaniques du cable mixte (composite) comportant une ame supraconductrice et un revtement stabilisateur en alliage d'aluminium ont été mesurées à la temperature de 1'helium liquide (4,2 K). Les valeurs correspondant à l'alliage d'aluminium seul (i. e. sans l'âme supraconductrice) ne sont pas données, mais elles sont nécessairement très sensiblement inférieures à celles du composite car les propriétés mécaniques de l'âme supraconductrice, qui est formée de filaments de supraconducteur Nb-Ti enrobes dans du cuivre écroui et qui constitue une partie importante de la section du cable, sont très elevees. En outre, les propriétés mécaniques de l'alliage d'aluminium mesurées à 4,2 K sont très superieures à celles mesurées à temperature ambiante (300 K) comme on le verra dans les paragraphes suivants.

Dans une presentation intitulée "progress in ATLAS Central Solenoid Magnet" présentée à la 16ème International Conference on Magnet Technology (Floride, 1999), Yamamoto et al. ont indique, pour un alliage Al + 0,1 % Ni (c'est-a-dire un alliage ne contenant aucun element d'alliage autre que Ni) traité par precipitation a 430 °C et après réduction finale de section de 21 % à froid, les valeurs suivantes : -limite élastque de l'alliage à 4,2 K = 110 MPa ; - RRR de l'alliage = 570 ; -limite élastique du cable composite à 4,2 K = 146 MPa, ce qui démontre 1'effet de "renfort" joué par l'äme supraconductrice dans le cable composite.

Au cours de la même conference, dans une presentation intitulée "Development of High-Strength and High-RRR Aluminum Stabilized Superconductor for the ATLAS Thin Solenoid", K. Wada et al. ont présentés des résultats sur des alliages à 0,05 % et 0,1 % Ni formés par addition de Ni à l'aluminium base 5N, sans aucun autre élément

d'addition. Ils ont indique, pour leur part, des valeurs obtenues sur échantillons de laboratoire (L. E désigne la limite élastique) qui sont regroupées dans le tableau A.

Pour les cables industriels, les valeurs mesurées sur le stabilisateur en alliage à 0,1 % de Ni ayant subi une reduction finale de section, à froid, de 21 % donnent : - RRR = 591 à 593 ; -L. E 0,2 % à temperature ambiante = 80 à 83 MPa; -L. E 0,2 % à 4,2 K = 110 MPa.

On constate, sur cet exemple, l'écart important des propriétés mécaniques de l'alliage d'aluminium entre la temperature ambiante et 4,2 K.

Par ailleurs, les auteurs attribuent cette amelioration sensible des performances du produit industriel, par rapport aux échantillons de laboratoire, à des conditions de transformation légèrement différentes et plus favorables.

Tableau A Reduction finale 15 % 20 % 25 % de la section Alliage L. E 0, 2 % RRR L. E 0,2% RRR L. E 0, 2 % RRR (MPa) (MPa) (MPa) Al + 0, 05 % Ni 57, 3 620 63, 9 583 67, 3 564 Al + 0,1 % Ni 60,5 522 67,7 530 70,2 517 La demanderesse a recherche des moyens pour obtenir simultanément, à des couts acceptables pour un usage industriel (tel que la fabrication en serie de bobines supraconductrices destinées à des appareils d'imagerie par RMN), une résistivité résiduelle à 4,2 K inférieure à 5,4 nQ. cm (soit un RRR par rapport à 300 K supérieur à environ 500) et des propriétés mécaniques renforcées, c'est-à-dire une limite élastique à 0,2 % d'allongement (L. E à 0,2 %), mesurée à temperature ambiante, supérieure à 75 MPa, et de preference supérieure à 85 MPa, et ceci en partant d'une

base aluminium moins coûteuse que la base de pureté 5N habituelle pour ce genre de produit.

Description de l'invention L'invention a pour objet un conducteur supraconducteur, tel qu'un fil ou un cable supraconducteur, comportant au moins une ame supraconductrice et un stabilisateur cryogénique constitue, en tout ou partie, d'un alliage d'aluminium de haute pureté ayant la composition suivante: 200 ppm # Fe + Ni # 1500 ppm ; 0, 20 # Fe / Fe(+Ni)#0, 65; optionnellement, B < 100 ppm ; reste aluminium de pureté supérieure à 99,99 % en poids.

L'invention a aussi pour objet une préforme de stabilisateur cryogenique constituée dudit alliage d'aluminium de haute pureté.

La demanderesse a constate que, de façon tout à fait surprenante, la presence simultanée de fer (Fe) et de nickel (Ni), en tant qu'elements d'alliage, dans les proportions revendiquées, permettait d'obtenir, avec un aluminium de base de pureté 4N, des compromis RRR/propriétés mécaniques sensiblement plus performants que ceux des alliages binaires, et ceci avec des quantités d'elements d'alliage plus faibles et des étirages finaux à froid plus modérés, ce qui évite tout risques de rupture du conducteur pendant cette dernière operation. Par exemple, on peut obtenir simultanément un RRR > 600 et une limite élastique à temperature ambiante supérieure à 85 MPa avec un alliage contenant moins de 700 ppm de Fe + Ni. D'une façon générale, le fer n'est pas recommandé, en tant qu'élément d'addition à une base aluminium pure, malgré sa limite de solubilité très faible dans l'aluminium solide à des temperatures modérées (200 à 400 °C) car son coefficient de diffusion dans l'aluminium est très faible et qu'il faudrait des maintiens de durée incompatible avec un usage industriel (c'est-à-dire plusieurs semaines) pour s'approcher de cette limite de solubilité.

L'invention a aussi pour objet un precede d'obtention d'une préforme de stabilisateur cryogénique destinée à la fabrication d'un conducteur supraconducteur selon 1'invention, qui comprend la formation d'une préforme initiale à 1'etat brut et une operation de corroyage à chaud de ladite préforme, avec une reduction de section d'au moins 90 % à une temperature de preference comprise entre 200 °C et 400 °C.

De preference, ledit precede d'obtention comprend, en outre, après ladite operation de corroyage, un recuit de precipitation d'au moins 8 heures à une temperature comprise entre 300 °C et 400 °C, et de préférence comprise entre 320 et 380 °C.

La demanderesse a constate que 1'utilisation d'un recuit de precipitation de la préforme après 1'operation de corroyage, et non avant corroyage, permet d'augmenter sensiblement le couple RRR/propriétés mécaniques du stabilisateur final. La combinaison du corroyage et du recuit de precipitation permet de limiter sensiblement le temps nécessaire pour arriver à une precipitation optimale du fer et du nickel.

L'invention a aussi pour objet un precede de fabrication d'un conducteur supraconducteur de 1'invention, qui comporte au moins une operation d'insertion d'au moins une âme supraconductrice dans un stabilisateur à partir d'une préforme selon 1'invention. De preference, ce precede comprend en outre une operation de reduction de section du conducteur de maniere à obtenir une section comprise de préférence entre 1,10 et 1,33 fois la section finale du conducteur supraconducteur, suivie d'un traitement thermique de restauration et d'une operation finale de reduction de section du conducteur, à froid, jusqu'à la section finale souhaitée.

La demanderesse a constate que 1'utilisation d'un traitement thermique de restauration dit "intermédiaire", c'est-a-dire sur une ébauche de conducteur supraconducteur ayant une section légèrement supérieure à celle du conducteur final, permet d'augmenter sensiblement les propriétés mécanques du stabilisateur final, sans trop dégrader le RRR, d'où des compromis RRR/propriétés mécaniques optimisés et ajustables.

L'invention a aussi pour objet 1'utilisation d'au moins un conducteur supraconducteur de 1'invention dans un dispositif magnétique tel qu'une bobine magnétique supraconductrice.

Description des figures La figure 1 illustre, en section, la structure typique d'un conducteur supraconducteur selon 1'invention.

La figure 2 illustre, de manière schématique, un precede de fabrication d'un conducteur supraconducteur selon 1'invention.

La figure 3 représente de manière graphique des valeurs de RRR (figure 3a) et de limite élastique (figure 3b) obtenues sur des préformes selon 1'invention.

Description détaillée de l'invention Le conducteur supraconducteur (10) selon 1'invention comporte au moins une âme supraconductrice (11) et un stabilisateur cryogénique à base d'aluminium (12), et est caractérisé en ce que le stabilisateur (12) est constitue, en tout ou partie, d'un alliage d'aluminium de haute purete, dit Al-Fe-Ni, de composition: 200 ppm < Fe + Ni < 1500 ppm ; 0,20 # Fe / (Fe + Ni) # 0,65 ; optionnellement B < 100 ppm ; la somme des teneurs en impuretés inévitables autres que Fe, Ni et B < 0,01 % ; reste aluminium.

Chaque âme supraconductrice (11) est typiquement constituée d'un ou plusieurs filament (s) supraconducteur (s) (13) de faible section unitaire (typiquement 0 < 50 pm) et d'une matrice (14) en cuivre ou alliage de cuivre de haute pureté ou en aluminium ou alliage d'aluminium de haute purete.

De preference, la teneur totale Fe + Ni est inférieure ou egale à 1200 ppm (c'est-à- dire: 200 ppm # Fe + Ni # 1200 ppm).

De preference, les impuretés inévitables dudit alliage comprennent moins de 10 ppm de silicium (Si) et moins de 5 ppm de manganese (Mn). La teneur en silicium et en manganese dudit alliage Al-Fe-Ni de haute pureté est de preference limitée aux valeurs ci-dessus car ces elements ont tendance à rester en solution solide dans 1'aluminium et a dégrader le RRR sans améliorer les propriétés mécaniques.

Ledit alliage d'aluminium Al-Fe-Ni de haute pureté peut éventuellement contenir, en outre, en tant qu'element d'alliage, jusqu'a 100 ppm de bore (B), c'est-a-dire que la teneur pondérale en bore est inférieure à 100 ppm. La presence de bore (B) permet d'éviter les risques de chute de la conductivité électrique au cas ou 1'aluminium de base utilise contiendrait des impuretés telles que le titane (Ti), le vanadium (V) ou le zirconium (Zr), qui sont normalement absents des nuances 5N, mais qui peuvent tre presents dans les bases 4N. Le bore fait précipiter ces elements par reaction physico- chimique avec eux. Lorsque ces éléments sont presents en quantité notable (plus de 2 ppm au total, par exemple), la teneur en bore est alors de preference au moins egale à 20 ppm (c'est-a-dire que la teneur en bore dudit alliage est de preference comprise entre 20 et 100 ppm) afin d'assurer leur precipitation sous forme de borures lors des traitements thermiques de l'alliage. Ces borures dégradent beaucoup moins la conductivité que les elements indésirables en solution solide.

La teneur souhaitée en bore peut tre obtenue par addition d'un alliage mere au bore (tel qu'un AB4) à une base aluminium de haute pureté, ou d'un sel comportant du bore réductible par l'aluminium liquide, tel que le fluoborate de potassium.

La somme des impuretés inévitables autres que Fe, Ni et B dudit alliage est de preference inférieure à 0,005 %, et de preference encore inférieure à 0,001 %, ce qui permet d'éviter la présence, parmi les impuretés inévitables, d'éléments qui n'auraient pas d'effet favorable sur les propriétés mécaniques, mais qui risqueraient de dégrader légèrement les propriétés électriques.

De preference, une grande partie du fer et du nickel presents dans ledit alliage d'aluminium Al-Fe-Ni de haute pureté selon l'invention se trouve sous forme de fines particules intermétalliques (dont la taille est typiquement inférieure à 1 µm). Plus précisément, la quantité totale des elements d'alliage Fe et Ni en solution solide dans 1'aluminium dudit alliage est inférieure à 20 ppm (le reste de ces elements étant "précipité" sous forme de particules intermétalliques). Lesdites particules se forment en partie pendant la solidification de l'alliage sous forme de particules relativement grossières (environ 3 µm à 20 µm). Un traitement thermique dit de precipitation (etape D de la figure 2) permet de former un nombre important de particules fines, c'est-à-dire de taille inférieure à environ 1 um (également appelés"précipités fins"), à partir des elements d'alliage restes en solution solide après 1'operation de solidification de l'alliage liquide, ce qui a un impact favorable sur les propriétés mécaniques. Ledit traitement consiste à chauffer le produit à une temperature typiquement comprise entre 300 et 400 °c, pendant une durée qui depend de la temperature de traitement et qui est d'au moins 8 heures (la durée est d'autant plus longue que la temperature est basse). Le corroyage préalable favorise, quant à lui, la dispersion des sites de precipitation desdits précipités fins, ce qui a également un effet très favorable sur les propriétés mécaniques du produit.

La préforme de stabilisateur cryogénique (1, 2,3) selon 1'invention est caractérisée en ce qu'elle est constituée, en tout ou partie, dudit alliage d'aluminium Al-Fe-Ni de haute purete. Ladite préforme (1, 2,3) est destinée à la fabrication d'un conducteur supraconducteur notamment par co-extrusion en continu de la préforme et de 1'ame supraconductrice. Ladite co-extrusion peut notamment tre effectuée selon le precede dit"conforme", qui est connu sous le nom de marque"CONFORM #" (de la Société Holton Machinery Ltd) et qui est décrit, par exemple, dans le brevet americain US 4 564 347 (correspondant à la demande européenne EP 125 788). Le procédé conforme est un procédé d'extrusion continue par une machine rotative, généralement à gorge (s). Ce procédé permet l'insertion en continu d'une âme (d'une première composition) dans une préforme (d'une deuxième composition et généralement sous forme de fil de section circulaire ou rectangulaire) qui est placée

sur une roue en rotation comportant au moins une gorge et un sabot et qui est entraînée par ladite roue vers une"chambre d'insertion"dans laquelle l'âme est insérée dans la préforme. Le sabot est une piece venant s'insérer dans la gorge et permettant de modifier la forme finale de la préforme par pression. Le precede entraine un échauffement de la préforme et de l'âme, à une temperature typiquement de l'ordre de 300 à 400 °C, qui est d'une durée très courte (quelques secondes), de sorte que 1'etat de precipitation métallurgique de 1'ame et de la préforme ne sont pas modifiées de manière significative par le precede conforme.

Le conducteur supraconducteur peut également tre produit par fourrage d'une préforme creuse. La préforme se présente typiquement sous la forme d'un fil, d'une barre ou d'une barre creuse.

La préforme selon l'invention a, de preference, subi une operation de corroyage a chaud (etape C de la figure 2), à une temperature typiquement comprise entre 200 et 400 °C, conduisant à une reduction de section d'un facteur au moins égal à 10. Cette operation de corroyage est avantageusement suivie d'un traitement thermique de precipitation (étape D de la figure 2), qui comporte de preference un recuit d'au moins 8 heures à une temperature comprise entre 300 °C et 400 °C.

L'alliage de haute pureté Al-Fe-Ni selon l'invention peut être obtenu par ajout des éléments dits"d'addition"ou"d'alliage" (Fe, Ni), dans les proportions souhaitées, à une"base aluminium"de pureté supérieure à 4N, c'est-a-dire à une base aluminium dont la teneur en éléments autres que l'aluminium (mais incluant le fer et les impuretés inévitables) est inférieure à 0,01 % en poids. Lesdits éléments d'addition sont typiquement ajoutés sous forme d'alliage mère ou de métaux purs, ou éventuellement d'un sel pour le cas du bore (par exemple, du fluoborate de potassium, qui est réduit par l'aluminium liquide en libérant le bore).

La demanderesse a remarqué que, de manière inattendue, il est suffisant d'utiliser une base aluminium de pureté comprise entre 99,99 % et 99,999 %, alors que l'art antérieur enseigne d'utiliser des bases aluminium de pureté au moins égale à 99,999

% et contenant, en particulier, de très faibles teneurs en Fe, qui est un element considérée comme particulièrement nuisible selon 1'enseignement de I'art anterieur.

En d'autres termes, la composition dudit alliage Al-Fe-Ni de haute pureté utilise selon 1'invention peut contenir une teneur totale en impuretés inévitables supérieure à 0,001 %, et pouvant aller jusqu'a 0,01 %, mais les propriétés mécaniques et électriques sont aussi bonnes avec une base aluminium contenant moins de 0,001 % d'impuretés.

L'invention a aussi pour objet un precede d'obtention d'une préforme (1,2,3) de stabilisateur cryogénique qui permet de co-précipiter la quasi-totalité des elements d'alliage. Ce precede est caractérisé en ce qu'il comprend un traitement de precipitation sur le produit corroyé (tel que par extrusion) avant la mise en forme finale.

Plus précisément, le precede d'obtention d'une préforme de stabilisateur cryogenique selon 1'invention est caractérisé en ce qu'il comporte : -la préparation (ou elaboration) par fusion et mise au titre d'un alliage d'aluminium ayant la composition dudit alliage Al-Fe-Ni de haute pureté de 1'invention (etape A de la figure 2); -la formation d'une préforme brute (1) par solidification et mise en forme dudit alliage, de preference sous forme d'un produit allonge de section droite sensiblement constante (etape B de la figure 2).

Lesdites solidification et mise en forme (etape B) peuvent tre effectuées par coulee continue (de manière à former, par exemple, du fil) ou semi-continue (de manière à former par exemple une billette) ou par moulage.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, ce procédé comporte en outre une operation de corroyage à chaud de la préforme brute (1) (étape C de la figure 2), avec une réduction de la section droite d'au moins 90 % (qui produit une préforme dite corroyée (2)). L'operation de corroyage (étape C) peut etre effectuée en une ou plusieurs étapes dites"passes". La temperature de corroyage est de preference

typiquement comprise entre 200 et 400 °C. Ce corroyage est typiquement realise par extrusion ou par laminage. Dans le cas de la coulee continue de fil avec laminage en continu, les dernières passes de laminage se font de preference à une temperature inférieure à 400 °C. Une temperature de corroyage à une temperature inférieure à 400 °C favorise la formation, pendant le corroyage, de germes très fins de précipités intermétalliques, à partir des elements d'alliage restes en solution solide dans 1'aluminium.

L'operation de corroyage à chaud (etape C) est de preference suivie d'un traitement thermique de precipitation (etape D) de la préforme (2), de manière à entraîner la precipitation des elements d'alliage (Fe, Ni et, le cas échéant, B). Ce traitement est de preference effectue à une temperature comprise entre 300 et 400 °C, pendant une durée supérieure à 8 heures environ. Cette durée est d'autant plus longue que la temperature est basse et est d'autant plus courte que le corroyage préalable a été important (un corroyage important multiplie le nombre de germes de precipitation pour les elements d'alliage).

La demanderesse a constate que 1'operation de corroyage (C) et le traitement thermique (D) permettaient 1'obtention d'un RRR très élevé avec des temps de traitement qui restent acceptables sur le plan industriel, à savoir typiquement quelques heures, voire quelques jours, plutôt que quelques semaines.

Il est possible de réaliser un traitement thermique prealable, dit de"pré- précipitation", (D') sur la préforme brute de coulée (1) et avant 1'operation de corroyage (C) de la préforme (1').

Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, l'alliage au titre en fusion est coulé en continu sous forme de barre (1) dans un roue à gorge en rotation et refroidie (B), cette barre (1) étant ensuite laminée en continu et à chaud dans un laminoir multicages (C), avec une réduction de section d'au moins 90 % en plusieurs passes (les dernières passes se faisant de preference à une temperature inférieure à 400 °C), de manière à produire une préforme (2) ayant la forme d'un fil de section

sensiblement circulaire. Le fil ainsi obtenu est de très grande longueur, à savoir typiquement plusieurs kilometres. Ce fil (2) est ensuite soumis à un traitement thermique de precipitation des elements d'alliage (D), à une temperature comprise entre environ 300 et 400 °C.

L'invention a aussi pour objet un precede de fabrication du conducteur supraconducteur. De preference, ce precede comporte au moins une operation d'insertion d'un corps supraconducteur dans le stabilisateur (etape E) et est caractérisé en ce qu'il comporte la fourniture d'une préforme de stabilisateur cryogénique selon 1'invention ou la fabrication de celle-ci par le precede d'obtention de 1'invention. Chaque operation d'insertion (E) peut tre effectuée selon le precede conforme (CONFORM #) ou par fourrage de la préforme.

Le precede comporte typiquement un co-filage (etape E) d'une ébauche (3,4) comportant un matériau supraconducteur (généralement une âme supraconductrice (11) formée de filaments fins d'alliage supraconducteur enrobe dans une matrice de cuivre) et une gaine périphérique (ledit stabilisateur cryogenique (12)) comportant, en tout ou partie, un alliage d'aluminium Al-Fe-Ni de haute pureté selon 1'invention.

Selon une première variante, ladite ébauche peut etre produite par filage d'une barre creuse en alliage d'aluminium Al-Fe-Ni de haute pureté selon 1'invention et fourrage de l'intérieur de la barre avec le matériau supraconducteur de manière à former une âme centrale. Selon une autre variante préférée de 1'invention, ladite ébauche (3) peut etre produite selon le precede conforme (CONFORM #).

Le precede de fabrication comporte en general au moins une operation (etape F) de reduction de section du conducteur (4) produit par ladite au moins une opération d'insertion (E). Lorsque le procédé de fabrication comprend plusieurs operations de réducton de sections, il est généralement avantageux d'effectuer des traitements thermiques intermédiaires (F') entre les operations de réduction (F), de façon a restaurer lorsque nécessaire une capacité d'allongement suffisante à l'alliage qui a été écroui par les passes précédentes.

Le precede de fabrication selon 1'invention est caractérisé en ce que, avant les dernières passes de mise en forme du conducteur supraconducteur (5) (etape F), c'est- a-dire avant reduction finale à froid de la section d'environ 10 à 25 % (correspondant à un allongement de 10 à 33 % environ), on effectue un traitement thermique de restauration (étape G), afin d'éviter la rupture du stabilisateur lors du corroyage final, tout en évitant de diminuer de manière irreversible la limite elastique. De preference, ce traitement est effectue, pendant environ 1 heure, à une temperature comprise entre environ 150 et 350 °C et, le cas échéant, inférieure à celle du traitement de precipitation (D) effectue antérieurement sur la préforme (2) après 1'operation de corroyage, de sorte qu'elle est suffisamment élevée pour redonner à l'alliage écroui une capacité d'allongement suffisante, et suffisamment faible pour éviter un grossissement important du grain de l'alliage et une remise en solution des elements d'alliage déjà précipités lors du traitement de precipitation (D).

Le precede de fabrication du conducteur supraconducteur selon la variante préférée 1'invention est caractérisé en ce qu'il comprend l'insertion (E), en continu, d'au moins une âme supraconductrice dans une préforme de stabilisateur (3) en alliage Al-Fe-Ni de haute pureté selon 1'invention, de maniere à obtenir un conducteur composite brut (4) (ou "ébauche de conducteur supraconducteur") constitue d'au moins une âme supraconductrice gainee par un stabilisateur cryogénique en alliage d'aluminium Al- Fe-Ni de haute purete, ladite operation d'insertion (E) étant suivie d'une ou plusieurs réductions de section intermédiaires (F), éventuellement séparées par des recuits de restauration de la capacité d'allongement (F'), jusqu'à ce que la section obtenue représente 1,10 à 1,33 fois la section finale désirée, et d'une restauration de la capacité d'allongement suivie d'une réduction finale de section, à froid, (H) par extrusion, tréfilage ou laminage, jusqu'à la section finale souhaitée.

Ainsi, selon 1'invention, il est particulièrement avantageux d'effectuer : -une operation (F) de réduction de section de l'ébauche de conducteur (4) de manière à obtenir une ébauche intermédiaire (5) dont la section est comprise entre 1,10 et 1,33 fois la section finale dudit conducteur supraconducteur (10), en fonction du compromis souhaité entre RRR et propriétés mécaniques finales ;

-suivie d'un traitement thermique de restauration (G) de ladite ébauche intermédiaire (5), qui produit une ébauche dite "restaurée" (6) ; -suivie d'une operation de reduction de section finale (H), à froid, de ladite ébauche restaurée (6) de manière à obtenir un conducteur supraconducteur (10) ayant ladite section finale.

Exemples Exemple 1 Des essais ont été realises sur 5 alliages (E1 à E5) dans les conditions décrites ci- dessous. Ces alliages, dont la composition est donnée dans le tableau 1, ont été élaborés et coules en billettes cylindriques de diamètre 115 mm par solidification directionnelle verticale en moule, avec une vitesse de solidification de 20 à 50 mm/minute. La base metal était un aluminium raffine par raffinage électrolytique selon le precede dit"3 couches", de pureté dite"4N", contenant de 3 à 12 ppm de Fe, de 2 à 4 ppm de Si, de 2 à 3 ppm de Cu, de 2 à 5 ppm de Zn, de 1 à 4 ppm de Mg et jusqu'à 10 ppm au total d'autres impuretés diverses (dont 2 à 3 ppm de phosphore (P) et 1 à 2 ppm de terres rares, la teneur en chacun des élments Ti, V et Zr étant inférieure à 1 ppm).

Tableau 1 Composition [ppm en poids] Alliage Fe Ni Si Cu Zn Mg E1 100 100 4 3 3 3 E2 200 200 2 2 2 2 E3 400 400 3 3 5 4 E4 250 400 4 3 3 3 E5 400 250 3 2 2 1

Sur les billettes brutes de coulee, on a prélevé des échantillons cylindriques de 20 mm de diamètre et de 40 mm de longueur, dont on a mesure la résistivité dans 1'helium liquide à 4,2 K par une methode inductive.

Par ailleurs, un troncon de chaque billette a été homogénéisé pendant 24 heures à 500 °C, et on a prélevé des échantillons de mmes dimensions que ci-dessus pour mesurer la résistivité de l'alliage après traitement d'homogénéisation.

Enfin, sur les billettes non homogénéisées (brutes de coulees), on a prélevé un autre troncon sur lequel on a pratique un traitement de precipitation de 24 heures a 420 °C, suivi d'un traitement thermique de 144 heures à 370 °C. La résistivité de ces billettes a ensuite été mesurée dans les mmes conditions que ci-dessus.

Tableau 2 Brute de coulee Homogénéisée Recuit (24 h à 500 °C) (24 h à 420 °C + 144 h à 370 °C) Alliage p (4,2 K) RRR # (4,2 K) RRR p (4,2 K) RRR [n#. cm] [nQ. cm] [nQ. cm] E1 16, 08 175 10, 71 262 4, 45 628 E2 20, 76 135 10, 11 277 5, 04 555 E3 22, 68 124 9, 64 290 7, 72 362 E4 18, 76 150 9, 61 291 6, 05 462 E5 23, 08 122 11, 39 246 8, 32 336 Le tableau 2 donne les résultats obtenus, lesquels sont exprimes en no. cm à 4,2 K et en RRR. Le RRR correspond au rapport entre la résistivité à 300 K (symbolise par p (300 K)) sur la résistivité mesurée à 4,2 K 9symbolisé par p (4,2 K)) et a été calculé en utilisant la relation: (2790 + p (4,2 K))/p (4,2 K), où p (4,2 K) est exprimée en

nQ. cm et la valeur de 2790 no. cm est la composante thermique, à 300 K, de la résistivité d'un aluminium ultrapur ayant une résistivité résiduelle à 4,2 K inférieure à 0,1 nQ. cm.

On constate que les traitements thermiques d'homogénéisation, ou de recuit de precipitation de durée industriellement acceptable, n'améliorent que modérément la résistivité des produits bruts de coulee. Ces traitements, préconisés la demande WO 00/17890, sont donc peu opérants pour ces alliages ternaires contenant du fer.

Sur chaque coulee, on a alors prélevé un tronçon brut de coulee de 150 mm de longueur, que l'on a écrouté pour enlever la zone périphérique, ramenant ainsi le diamètre de 115 mm à 100 mm. Ces tronçons ont été portes à 370 °C pendant 4 heures, puis files à la presse à la meme temperature pour obtenir des ébauches de fil de 10 mm de diamètre, ce qui représente une reduction de section de 99 %. On les a ensuite laisse refroidir naturellement à l'air, leur temperature étant redescendue à moins de 50 °C en 10 minutes environ.

Des échantillons ont été prélevés sur chaque alliage afin de mesurer la résistivité et les propriétés mécaniques à 1'etat brut de filage à chaud, c'est-a-dire sur des ébauches de 0 10 mm filées a la presse à 370 °C. Les mesures ont été faites à la temperature ambiante. D'autres échantillons on subi un recuit de precipitation de 168 heures à 375 °C, et l'on a mesuré les propriétés mécaniques et la résistivité après ce traitement thermique complémentaire. Le tableau 3 regroupe les résultats obtenus, pour la limite élastique (L. E) à 0,2 % d'allongement et pour le RRR.

On constate que le traitement de recuit de precipitation est beaucoup plus efficace sur ébauche filée à la presse que sur la billette brute de coulée, mais 1'amelioration très sensible du RRR est accompagnée d'une degradation considerable des propriétés mécaniques (notamment de la limite élastique à 0,2 % d'allongement).

On constate également que, de façon surprenante, l'amélioration du RRR est plus faible pour l'alliage El, le moins chargé en éléments d'addition. A titre de simple

tentative d'explication, on peut penser que ce constat inattendu pourrait provenir de ce que, dans les alliages trop peu charges en elements d'addition, il est plus difficile de créer suffisamment de germes de precipites pour collecter rapidement les elements d'addition restes en solution sursaturée dans la masse du metal.

Tableau 3 Brut de filage Après recuit de precipitation Alliage L. E à 0,2 % RRR L. E à 0,2 % RRR [MPa] [MPa] E1 29 291 15 680 E2 35 260 18 910 E3 37 210 21 825 E4 36 250 19 890 E5 33 240 18 805 Enfin, des échantillons d'ébauche de fil de 10 mm de diamètre ayant subi le recuit de precipitation precedent ont subi un étirage par traction à froid, en vue de juger de 1'evolution de leur résistivité et de leur limite élastique après un tel traitement de corroyage à froid (qui entraine un durcissement par deformation). Les échantillons ont subi des allongements de 10, 15,20 et 25 %, correspondant à des reductions de section de 0,9,13,16,7 et 20 %. Les propriétés mécaniques et les RRR ont ensuite été mesurés sur ces échantillons tractionnés à froid. Le tableau 4 regroupe les résultats obtenus. La figure 3 représente les résultats obtenus pour une réduction de section à froid de 13 % (X), 16,7 % (#) et 20 % (O) (les traits hachurés ont été ajoutés afin de guider l'#il).

On constate donc que les alliages ainsi choisis, et relativement peu chargés en éléments d'addition (< 1000 ppm total), ayant subi les traitements de réduction de section et de recuit de precipitation indiqués, permettent d'obtenir, par une réduction finale de section pratiquée à froid relativement limitée, des couples RRR/limite

élastique tout à fait exceptionnels, tels que: RRR > 650 et L. E > 80 MPa a temperature ambiante, RRR > 600 et L. E > 85 MPa à temperature ambiante, ou RRR > 550 et L. E > 90 MPa à temperature ambiante, par un choix adapte du taux de la reduction finale de section, à froid. Il est en outre notable que ces performances puissent tre atteintes pour une large gamme de compositions (compositions E2, E3, E4 et E5), la composition E1 ne se situant qu'un peu en retrait. En particulier, l'efficacité démontrée du traitement de precipitation sur préforme corroyée à chaud, et les faibles differences de RRR et de propriétés mécaniques entre les nuances comportant 400 ppm [Fe + Ni], 650 ppm [Fe + Ni] et 800 ppm [Fe + Ni] laisse à penser que l'on peut, sans inconvenient, monter sensiblement la teneur totale [Fe + Ni] jusqu'a 1200 ppm, voir 1500 ppm.

Tableau 4 Reduction de section à froid Alliage 0 % 9 % 13 % 16,7 % 20 % El L. E 0,2 % [MPa] 15 62 72 77 81 RRR 680 585 560 515 506 E2 L. E 0,2 % [MPa] 18 66 77 83 90 RRR 910 715 670 645 610 E3 L. E 0,2 % [MPa] 21 70 81 88 93 RRR 825 660 630 595 560 E4 L. E 0,2 % [MPa] 19 73 82 87 92 RRR 890 700 670 630 600 E5 L. E 0,2 % [MPa] 18 72 82 87 91 RRR 805 660 620 590 560 De tels résultats n'avaient pu, à notre connaissance, etre obtenus avec des alliages binaires du type Al-Ni (ou plus encore Al-Fe), meme plus chargés en éléments d'addition.

Exemple 2 Les mmes essais ont été refaits, dans les mmes conditions, sur l'alliage de formulation E4 (250 ppm Fe et 400 ppm Ni), mais en utilisant un aluminium de base comportant des teneurs plus fortes en titane (5 ppm) et en vanadium (2 ppm).

Un échantillon n'a pas été soumis au traitement complémentaire au bore (c'est-a-dire qu'il ne contenait pas d'addition de bore); un autre a été élaboré avec addition de 20 ppm de bore, qui a été ajoute sous forme d'alliage-mere à 4 % en poids de B. Après filage à chaud et recuit de precipitation, on a observe les RRR suivants : -alliage non traite au bore: RRR = 600 ; -alliage traite au bore: RRR = 900.

Ces résultats montrent donc une très grande efficacité de 1'addition de bore des que des elements tels que le titane sont presents, mme en faible quantité, dans 1'aluminium de base. Des additions de bore en quantités plus importantes sont possibles sans réduire résistivité de façon significative car le bore est très peu soluble dans 1'aluminium solide et le bore en excès précipite sous forme de borure d'aluminium AlB2 dont 1'effet sur la résistivité est très faible. Des additions plus fortes de bore peuvent favoriser une precipitation encore plus complete des elements Ti, V et Zr très néfastes pour la conductivité électrique.

Exemple 3 Cet essai correspond à un production semi-industrielle.

On a élaboré, dans un four en alumine très pure, 500 kg d'un alliage dont la teneur en Fe et Ni était : Fe = 259 ~ 2 ppm et Ni = 438 ~ 3 ppm, d'où Fe + Ni = 697 ppm et Fe/ (Fe + Ni) = 0,37. La teneur totale en impuretés inévitables, c'est-a-dire en éléments autres que Fe et Ni, était de 15 ppm environ, dont notamment : Si = 3, 6 ~ 0,3 ppm; Cu = 1, 5 0, 2 ppm ; Zn = 1, 9 0, 3 ppm et Mg = 0, 2 0, 1 ppm.

Cet alliage a été coule par coulee semi-continue verticale, à une vitesse de 140 mm/min, en billettes de diamètre 148 mm.

Des examens de la structure de coulee ont été pratiques, par microscopie électronique à balayage, sur des tranches de ces billettes, qui ont révélé la presence d'une faible densité de précipités en forme de"roses des sables"contenant simultanément du fer, du nickel et de 1'aluminium, en proportions compatibles avec des précipités intermétalliques de formule Al9FexNi2-x. Ces précipités avaient une taille de l'ordre de 3 µm à 20 µm.

On a également mesure le RRR de l'alliage à l'état brut de coulee et trouve des valeurs comprises entre 275 et 315 (avec une valeur moyenne de 290).

Sur un tronçon de billette, on a pratique un recuit de precipitation de 24 heures à 420 °C. Après ce recuit, le RRR mesure s'est établi entre 390 et 415 (avec une valeur moyenne de 400), ce qui montre que l'efficacité de ce recuit, pour précipiter le reste du fer et du nickel reste en solution solide, a été très limitée, contrairement aux enseignements de la demande WO 00/17890 pour les alliages binaires Al (SN) + Ni.

On a écrouté à 0 140 mm un autre tronçon de 600 mm de long, non recuit, que l'on a réchauffé à 370 °C, puis extrudé à cette température en un fil de 0 9,5 mm (correspondant à une réduction de section d'un facteur 217) apte à l'utilisation dans le procédé conforme (CONFORM #). On a mesuré le RRR (300 K/4, 2 K), et les propriétés mécaniques à temperature ambiante, à l'état brut de filage.

La bobine ainsi obtenue a ensuite. été soumise à un traitement de recuit de 48 heures à 350 °C. Le RRR (300 K/4,2 K), et les prpriétés mécaniques à temperature ambiante, ont à nouveau été mesurés.

Enfin, des échantillons de ce fil ayant subi le recuit de precipitation ont été corroyés a froid, avec une réduction de section de 16,7 % (correspondant à un allongement de

20 %). Les propriétés mécaniques de ce fil corroyé ont également été mesurées, toujours a temperature ambiante, ainsi que le RRR (300 K/4,2 K).

Les résultats obtenus sont regroupes dans le tableau 5 suivant: Tableau 5 RRR L. E 0,2 % [MPa] Brut de filage à 370 °C 340 34 Après recuit de 48 h à 350 °C 950 18 Après corroyage à froid 650 88 Ces résultats montrent 1'effet technique particulièrement avantageux du precede de 1'invention sur les caractéristiques électriques et mécaniques du stabilisateur à base d'aluminium de 1'invention.

Avantages de 1'invention Les propriétés électriques et mécaniques du conducteur supraconducteur comportant un stabilisateur en alliage Al-Fe-Ni de haute pureté selon 1'invention peuvent tre facilement ajustées à des valeurs très élevées non atteintes par les conducteurs de 1'art antérieur, ce qui assure une très grande fiabilité pour leur utilisation dans des conditions difficiles. Les conducteurs selon 1'invention présentent en particulier des propriétés électriques et mécaniques équivalentes, voire supérieures, à celles des conducteurs comportant un stabilisateur à base de cuivre, ce qui permet d'envisager des gains de poids importants (plus de 50 %) sur les bobinages supraconducteurs (par exemple pour IRMN), avec un coût sensiblement plus faible grêce à 1'utilisation d'une base aluminium 4N, moins coûteuse que les bases aluminium 5N et nettement moins coûteuse que le cuivre.

L'invention présente également l'avantage de permettre, à limite élastique minimum imposée pour une application donnée, d'obtenir un RRR plus élevé que l'art antérieur, ce qui signifie que, pour des propriétés mécaniques égales, les conductivités

électrique et thermique seront plus élevées. Par consequent, il est possible d'envisager de diminuer le rapport entre la section du gainage stabilisateur et celle de l'âme (ou des ames) supraconductrice (s), ce qui se traduit pour une bobine supraconductrice par une compacité plus grande et un allegement supplémentaire, à propriétés magnétiques inchangées, et par un cout de gainage stabilisateur plus faible. Cet allégement et cette compacité facilitent également le refroidissement jusqu'a 4,2 K et le maintien ultérieur a cette temperature, ce qui réduit le coût d'utilisation, notamment par une moins grande consommation d'helium liquide.

Typiquement, une augmentation de 20 % du RRR permet d'envisager une reduction de 10 % de la section du gainage stabilisateur.