Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы должны иметь высокую магнитную проницаемость, малую коэрцитивную силу, большую индукцию на­сыщения, узкую петлю гистерезиса, малые магнитные потери.

Магнитомягкие материалы можно разделить на следующие груп­пы: технически чистое железо (низкоуглеродистая сталь); кремни­стая электротехническая сталь; сплавы с высокой начальной маг­нитной проницаемостью (пермаллои); сплавы с большой индукцией насыщения (пермендюр); ферриты.

Технически чистое железо (низкоуглеродистая сталь)

Железо представляет собой магнитомягкий материал, свойства которого сильно зависят от содержания примесей.

Технически чистое железо содержит не более 0,1 % углерода, серы, марганца и других примесей и обладает сравнительно малым удельным электрическим сопротивлением, что ограничивает его применение. Используется оно в основном для магнитопроводов постоянных магнитных потоков. Магнитные свойства железа сильно зависят от его чистоты и способа обработки.

В зависимости от способа получения чистого железа различают железо электролитическое и карбонильное.

Свойства разно­видностей технически чистого железа приведены в таблице 5.2.

Свойства стали можно значительно улучшить путем холодной прокатки, которая вызывает преимущественную ориентацию кри­сталлитов, и отжига в среде водорода при температуре 900…1000 °С, снимающего механические напряжения и способствующего укруп­нению кристаллических зерен, причем оси легкого намагничивания кристаллитов ориентируются вдоль направления проката; о такой стали, говорят, что она текстурованная, обладает ребровой текстурой. Магнитные свойства вдоль направления прокатки существенно выше.

Электротехническая сталь выпускается в виде отдельных ли­стов, рулонов или ленты и предназначается для изготовления магнитопроводов.

Пермаллои

Они относятся к магнитомягким материалам, об­ладающим высокой магнитной проницаемостью в слабых полях, и представляют собой же- лезоникелевые сплавы. Такие сплавы характеризуются тем, что магнитная анизотропия и магнитострикция практически отсутствуют; это является одной из причин особенно легкого намагничивания пермаллоев. Пермаллои подразделяются на высоконикелевые (72…80 % никеля) и низконикелевые (40…50 % никеля).

В настоящее время в большей мере используются сплавы, леги­рованные молибденом, хромом, медью, марганцем, кремнием, а также другими элементами. Клас­сический пермаллой с концентрацией никеля 78,5 % имеет наиболь­шее значения m_max и m_н. Высокие магнитные свойства классиче­ского пермаллоя получаются в результате высокотемпературного отжига при 1300°С в чистом сухом водороде и длительном отпуске при 400…500 °С.

Магнитные свойства пермаллоев сильно зависят от химического состава и наличия примесей в сплаве. Отрицательно на свойства пермаллоев влияют примеси, которые не образуют твердых раство­ров со сплавом, такие, как углерод, сера и кислород; кроме того, свойства резко изменяются от режимов термообработки.

Из железоникелевых сплавов с высокой магнитной проницаемостью можно выделить следующие группы:

1) Нелегированные низконикелевые пермаллои - марки 45 Н и 50 Н (содержание никеля 45 и 50 %);

2) Сплавы, обладающие текстурой и прямоугольной петлёй гистерезиса, - 50 НП, 65 НП, 34 НКП;

Таблица 5.2 Свойства магнитомягких материалов.

3) Низконикелевые пермаллои (50% Ni), легированные хромом и

кремнием, - 50 НХС;

4) Высоконикелевые пермаллои легированные соответственно молибденом, хромом и кремнием, хромом и медью, - 79 НМ, 80 НХС, 76 НХД.

Все сплавы содержат в неболь­ших количествах марганец и крем­ний. В марках пермаллоев буква Н означает никель, М-марганец, X-хром, Д-медь, К-кобальт, С-кремний, П-прямоугольную петлю гистерезиса. Сплавы с улуч­шенными свойствами обозначают дополнительно буквой У.

Недостатками пермаллоев являются их относительно высокая стоимость, сильная зависимость магнитных свойств от механиче­ских напряжений.

Альсифер — тройной сплав, состоящий из алюминия, кремния и железа. Сплав оптимального состава (9,6 % Si, 5,4 % А1, осталь­ное Fe) по своим свойствам не отличается от пермаллоев и имеет следующие характеристики: m_н=35500, m_max 120000, Нс=18 А/м, р = 0,8 мкОм×м. Альсифер получают как литой, нековкий материал, с высокой твердостью и хрупкостью, поэтому изделия из альсифера изготовляются методом литья с толщиной стенок не менее 23 мм. Область применения альсифера - магнит­ные экраны, корпуса приборов машин, детали магнитопроводов для работы в постоянных или медленно меняющихся магнитных полях.

Материал с особо высокой индукцией насыщения — сплав пермендюр, который со­стоит из 30…50 % кобальта, 1,5…2 % ванадия и остальное же­лезо. Этот сплав обладает наивысшей из всех известных ферромаг­нетиков индукцией насыщения до 2,43 Тл.

К числу недостатков перпендюра относится малое удельное электрическое сопротивление, которое приводит к значительным потерям на вихревые токи при работе в переменных магнитных полях.