Магнітні матеріали
Широке застосування знаходять магнітні матеріали, які можна поділити на дві групи: магнітно-м'які та магнітно-тверді.
До магнітно-м'яких матеріалів відносять матеріали, що володіють високою магнітною проникністю, невеликою коерцитивною силою та малими втратами на перемагнічування.
Головною ознакою магнітно-м'якого матеріалу є його здатність перемагнічувати або намагнічувати до насичення при впливі слабких магнітних полів.
Такі матеріали використовуються для виготовлення магнітних сердечників - магнітопроводів трансформаторів, електродвигунів, вимірювальних приладів, екранів тощо. Залежно від призначення вибирається матеріал, що має відповідну магнітну характеристику.
Магнітно-м'які матеріали мають високий магнітострикційний ефект, що дозволяє використовувати їх для перетворювачів електромагнітної енергії в механічну, при створенні датчиків тиску та ін. Найбільше застосування отримали бінарні та леговані сплави на основі заліза. Зокрема, для виготовлення сердечників силових трансформаторів застосовують текстуровану (рідше гарячекатану) сталь. Кращими є холоднокатані сталі Э43, ЭЗЗО, ЭЗЗОА, Э11 та інших., які у рулонах і листах товщиною 0,2—1 мм, які у основному застосовуються для стрічкових сердечників.
У процесі зберігання, виробництва та експлуатації електротехнічні сталі знижують свої магнітні характеристики. З метою отримання стабільних властивостей сталей слід вводити в технологію отримання виробів таких матеріалів операції старіння при температурі 120-150°С протягом до 120 год.
Сердечники низькочастотних трансформаторів, реле, дроселів, дефектоскопів, а також головки апаратури магнітного запису виконуються з магнітно-м'яких сплавів назалізонікелевої (пермалоїв, що містять 45 - 80% нікелю) або залізокобальтовій основі (наприклад, пермендюрів, що містять від 30 до 50% кобальту). В окремих марках пермаллоїв міститься хром, молібден і кобальт (наприклад, пермаллої 34НКМП і 50НП мають від 28,5 до 30% кобальту).
Відповідно до існуючого в СРСР стандарту є дев'ять марок пермалоїв, розділених на чотири групи:
I. 45H, 50Н - прості низьконікелеві пермалої;
II. 50НП, 65НП, 34НКМП - сплави з кристалографічною або магнітною текстурою та прямокутною петлею гістерези;
ІІІ. 50HXC - низьконікелевий пермалою, легований хромом і кремнієм;
IV. 79НМ, 80НХС, 76НХД - високонікелеві пермаллої, леговані молібденом, хромом, кремнієм та міддю.
У порівнянні з пермаллоями пермендюр відрізняється вищою індукцією насичення та оборотною проникністю.
Високостабільні осердя приладів, що застосовуються виключно в малих та середніх електромагнітних полях, виготовляють з пермінварів, що забезпечують мінімальне спотворення сигналу, що перетворюється. Типовим є пермінвар із хімічним складом: 45% нікелю, 30% заліза, 25% кобальту.
Високочастотні осердя деяких котушок індуктивності виконують з магнітодіелектриків, основою яких є тонкі феромагнітні порошки (альсифер, молібденовий пермалою, карбонільне залізо). Суміш магнітодіелектричних порошків складається з двох фаз - феромагнітної та діелектричної, що включають один або кілька компонентів. Діелектрична фаза є сполучною масою феромагнітних частинок і ізолюючою оболонкою, що запобігає їх дотику. Подібна структура магнітодіелектрика зменшує втрати на вихрові струми всередині осердя.
Ферити. Всі хімічнісполуки оксиду заліза та оксидів інших металів отримали загальне найменування феритів, багато з яких являють собою магнітно-м'які матеріали. Феррит широко використовуються в різних конструкціях приладів.
До позитивних якостей феритів відноситься поєднання в них властивостей феромагнетиків, діелектриків та напівпровідників.
Сердечники з феритів отримують з прес-порошків, тобто шихти з вихідних оксидів металів з введеним пластифікатором, в якості якого можна застосовувати декстрин, сіль альгінової кислоти, воскопоподібні речовини, галовакс (хлорований нафталін) та ін.
Відформовані сердечники спікаються при температурі 900-1500 ° С в інертному середовищі, що забезпечує кращу якість матеріалу (більш щільну структуру і т. д.).
Слід враховувати, що виробництво феритових сердечників вимагає ретельного контролю всіх технологічних факторів, оскільки навіть при незмінному обладнанні, режимах, сировина виготовлені партії виробів можуть мати різні фізико-механічні параметри.
Магнітно-тверді матеріали класифікують по восьми групах. Найбільше застосування отримали литі та деформовані сплави, ферити барію та порошкові (металокерамічні) матеріали.
За останні 15—20 років розробка висококоерцитивних матеріалів отримала новий напрямок на основі рідкісноземельних металів та кобальту.
Магнітно-тверді метали – феромагнітні матеріали, які намагнічуються до насичення та перемагнічуються у відносно сильних магнітних полях. Маючи високі значення коерцитивної сили, залишкової індукції та магнітної енергії, вони залишаються після намагнічування постійними магнітами.
Литі сплави на основі залізо-нікель-алюміній, а також залізо-кобальт-алюміній.(вітчизняні - типу ЮНДК24, зарубіжні - алії, альнико та ін) застосовують для виготовлення постійних електромагнітних магнітів, радіотехнічних та інших приладів. Маючи високу твердість, вони піддаються механічній обробці абразивними інструментами.
Магнітно-тверді сплави, що деформуються, випускаються промисловістю з різними властивостями. Найбільше застосування вони мають, як і литі сплави, виготовлення постійних магнітів. Крім того, вони використовуються як матеріали для носіїв магнітного запису та роторів гістерезисних двигунів.
Деформований сплав ізотропен, в ньому відсутня кристалічна текстура, має вищі механічні властивості (порівняно з литим того ж хімічного складу), має підвищену стійкість до кліматичних, ударних та вібраційних впливів. Деформований сплав ЮНДК24 випускається по 4ТМУ/ЦНИИЧМ 1499 - 70 у вигляді листів гарячої прокатки, з яких можна отримувати заготівлі магнітів гарячим штампуванням та вирубуванням.
Для гістерезисних двигунів застосовують матеріал, що працює не на граничних циклах, тобто намагнічування та перемагнічування його відбуваються у процесі пуску двигуна. Оптимальними властивостями цих цілей мають сплави типу вікалою. Найбільшого поширення виготовлення роторів гістерезисних двигунів отримав викалой марки 52КФ«В».
Діапазон магнітних властивостей викаллоя дуже широкий. Змінюючи температуру його термообробки, можна отримати матеріал з магнітними властивостями, оптимальними для роботи двигуна в полі, що намагнічує, приблизно від 4 до 40 кА/м.
У СРСР випускаються також гарячекатані листи сплавів, що деформуються, на основі залізо — нікель — алюміній — ніобій (марок 20НЮ, 22НЮ, 25НЮ).
До магнітно-твердих матеріалів на основіблагородних металів відносяться сплави платини із залізом (78% платини), платини з кобальтом (сплав ПЛК-78) та срібла з алюмінієм та марганцем. Їхнє застосування обмежене через високу вартість.
З розвитком плівкових магнітних елементів мікроелектроніки виник новий напрямок у розробці матеріалів, заснований на використанні для запам'ятовування одиночних магнітних доменів. Типовими представниками таких матеріалів є ортоферити - KFeO3, де jR - один з рідкісноземельних металів (наприклад, ітрій) або кілька таких елементів.