Металлы с высокой магнитной проницаемостью

Обновлено: 02.07.2024

Магнитомягкие сплавы – это материалы с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой. Принимается, что сплавы данного класса имеют значения коэрцитивной силы не превышающие 1000-1200 А/м, что обусловлено их малой петлей гестерезиса. Быстро намагничиваются в том числе и в слабых магнитных полях, но и быстро теряют магнитные свойства при снятии магнитного поля. Рассматриваемые материалы относятся к одной из самых многочисленных групп прецизионных сплавов - с высокой магнитной проницаемостью.

Основными компонентами рассматриваемых материалов являются железо (Fe) и никель (Ni). Достаточно большое количество марок имеют в своем составе еще и кобальт (Co). В качестве легирующих элементов можно отметить хром (Cr), молибден (Mo), ванадий (V), медь (Cu) и кремний (Si). Сплавы системы Fe-Ni часто называют пермаллои, Fe-Co - пермендюры.

Классификация

По основным магнитным, электрическим, механическим свойствам, а также в соответствии с промышленным назначением магнито-мягкие сплавы можно разделить на 8 групп.

Таблица 1

Группа	Марка	Общая техническая характеристика	Назначение
С наивысшей магнитной проницаемостью в магнитных полях	79НМ 80НХС 77НМД	Наивысшая магнитная проницаемость (μa=20000÷200000, μmax=100000÷1000000); наименьшая коэрцитивная сила от 4 до 0,2 А/м при значениях индукции насыщения 0,5-0,8 Тл	Сердечники малогабаритных трансформаторов, дросселей, реле, дефектоскопов, головок аппаратуры магнитной записи, магнитные экраны
С высокой магнитной проницаемостью и повышенным удельным электрическим сопротивлением	50НХС	Большие значения магнитной проницаемости (μa=1500÷6000, μmax=15000÷100000); удельное электрическое сопротивление от 0,9 до 1,0 мкОм·м при значениях индукции насыщения 1,0-1,4 Тл	Сердечники аппаратуры связи дросселей, импульсных трансформаторов
С высокой магнитной проницаемостью и повышенной индукцией насыщения	45Н (ЭП462) 50Н (ЭП467) 50Н-ВИ	Большая магнитная проницаемость (μa=1500÷6000, μmax=15000÷100000); индукция насыщения не менее 1,5 Тл	Витые и штампованные сердечники междуламповых и малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей, реле и деталей магнитных цепей
С прямоугольной петлей гистерезиса	50НП 34НКМП 40НКМП 70НМ	Имеют высокую петлю гистерезиса (Bτ/Bs=0,85÷0,98); наивысшая максимальная магнитная проницаемость (μmax=40000÷1200000) при индукции насыщения до 1,5 Тл	Сердечники магнитных усилителей, бесконтактных реле, контактных выпрямителей, дросселей модуляторов, импульсных трансформаторов, магнитных элементов, счетно-решающих устройств
С высокой индукцией насыщения	49КФ 49К2ФА	Наивысшая индукция насыщения (2,0-2,4 Тл); большое значение температуры Кюри	Сердечники и полюсные наконечники обычных и сверхпроводящих магнитов, электромагнитов, малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей, магнитных усилителей, экранов, роторов и статоров, электрических машин, телефонных мембран, магнитострикционных приборов. Сердечники импульсных и широкополосных трансформаторов
С низкой остаточной индукцией	47НК 64Н 40НКМ 68НМ 79Н3М	Низкая остаточная индукция (5% от Bs); малая зависимость проницаемости от величины намагничивающего поля; высокая стабильность свойств при изменении температуры и воздействии магнитных полей
С высокой коррозионной стойкостью	36КНМ	Коррозионная стойкость в условиях повышенной влажности, морской воде и во многих агрессивных средах	Магнитопроводы различных систем управления, якорей и электромагнитов, магнитопровод пневматических и гидравлических клапанов, работающих без защитных покрытий во влажной и агрессивных средах
С высокой магнитострикцией	49К2Ф	Наивысшие значения магнитострикции 35-8010-6 и низкая коэрцитивная сила до 240 А/м	Сердечники магнитострикционных преобразователей ультразвуковой, гидроакустической аппаратуры, электромеханических фильтров, линий задержки

Свойства магнитомягких сплавов

Свойства того или иного материала зависят от его химического состава, способа производства и некоторых других факторов. Логично рассматривать свойства магнитомягких прецизионных сплавов в рамках групп, описанных в разделе Классификация. Они приведены в столбце Общая техническая характеристика в таблице 1.

Марки

Основные марки прецизионных магнитомягких сплавов приведены в разделе Классификация, таблица 1. Химический состав и прочие требования к ним регламентируются стандартами ГОСТ 10994-74 и ГОСТ 10160-75.

Достоинства / недостатки

Достоинства:
• имеют большие значения магнитной проницаемости в слабых полях;
• обладают малой коэрцитивной силой.

Недостатки:
• большая чувствительность магнитных свойств к механическим напряжениям;
• пониженные значения индукции насыщения по сравнению с электротехническими сталями;
• сравнительно высокая стоимость.

Области применения

Пермаллои, пермендюры и другие представители данного класса прецизионных сплавов находят широкое применение в магнитных элементах измерительных, автоматических и радиотехнических устройств при их работе в слабых постоянных и переменных полях с частотой до нескольких десятков килогерц, а для микронного проката и до более высоких частот. Конкретные варианты применения магнитомягких сплавов приведены в разделе Классификация в таблице 1.

Продукция

--> --> Основные виды полуфабрикатов, которые производятся из магнито-мягких сплавов, определяются дальнейшим применением данных материалов. Это, в основном, магнитопроводы, сердечники и прочие подобные электротехнические элементы. Соответственно, среди заготовок можно выделить листы, ленты (в том числе микронной толщины) и прутки.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Магнитомягкие прецизионные сплавы

Сплавы с наивысшей магнитной проницаемостью в слабых полях

Общая характеристика. Сплавы обладают высокой начальной (20—100·10 3 Гс/Э) и максимальной (100—1000·10 3 Гс/Э) проницаемостью с малой коэрцитивной силой (0,05—0,003 Э). Сплавы на Fe—Ni основе содержат 70—85% Ni.

Для получения определенного сочетания магнитных, электрических и механических свойств их легируют молибденом, хромом, медью, ванадием, вольфрамом и кремнием (табл. 5).

Назначение — сердечники малогабаритных трансформаторов, дросселей, реле, дефектоскопов, магнитные экраны и головки аппаратуры магнитной записи. Из ленты толщиной ≤0,05 мм — сердечники импульсных трансформаторов, магнитных усилителей, элементов счетно-решающих устройств и других бесконтактных магнитных элементов.

Выбор сплава проводится с учетом его магнитных свойств в постоянных и переменных магнитных полях, электрических, механических и других свойств (табл. 6—9).

μ₁ = 25·10 3 Гс/Э при f = 15000 Гц и толщине 0,02 мм
μ₁ = 30·10 3 Гс/Э при f = 1000 Гц и толщине 0,1 мм
α_H = 15 1/Э при f = 15000 Гц и толщине 0,02 мм

Основные технологические данные . Сплавы можно подвергать обработке давлением и резанием, сварке, прокатке до микронных толщин.

В поковках, прутках и лентах толщиной до 0,05 мм сплавы практически изотропны, в лентах толщиной менее 0,05 мм наблюдается анизотропия магнитных свойств. При намагничивании в направлении, совпадающем с направлением холодной деформации, сплавы характеризуются повышенным значением отношения остаточной индукции к индукции насыщения. Для улучшения технологических свойств сплавов при механической обработке может быть проведена предварительная термическая обработка в вакууме или водороде при температуре 800—900° С. Сплавы применяют после термической обработки. Для сплавов с наивысшей проницаемостью термическую обработку следует проводить с особой тщательностью (табл. 10).

Сплавы после термической обработки чувствительны к механическим напряжениям, которые способны приводить к необратимому ухудшению свойств (табл. 11).

При изготовлении сердечников из лент толщиной менее 0,01 мм температуру отжига снижают на 100 градусов. Особое внимание при изготовлении сердечников должно быть обращено на качественную (без заусенцев) резку ленты и нанесение равномерного и тонкого покрытия.

Сплавы не подвержены коррозии при температуре 25±10°С и относительной влажности не более 40%.

Структура — однофазный твердый раствор с гранецентрированной решеткой (γ-фаза). Сплавы склонны к образованию упорядоченной атомной структуры при медленном охлаждении в области температур 600—300° С. При образовании упорядоченной структуры магнитные свойства и удельное электрическое сопротивление уменьшаются.

Сплавы с ванадием имеют высокие магнитные свойства после медленного (60—20 град/ч) охлаждения в области температур 600—300° С. При этом повышается также температурная стабильность максимальной проницаемости сплавов в климатическом интервале температур.

Магнитомягкие материалы

называют особый вид микроструктуры стали, который получают при быстром ее охлаждении (закалке). Магнитомягкие материалы (МММ) 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 прониц-ю;

-сплавы с большой индукцией насы­щения,

Технически чистое железо (низкоуглеродистая сталь). Железо представляет собой магнитомягкий материал, свойства которого сильно зависят от содержания примесей.

Технически чистое железо используется 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.

Электролитическое железо применяется в постоян­ных полях.

Карбонильное железо получают термическим разложением пентакарбонила железа Fe(CO)₅. Карбонильное железо получают в виде порошка, и его удобно использовать для изготовления сер­дечников, работающих на повышенных частотах.

Кремнистая электротехническая сталь содержит от 0,7 до 4,8% кремния и относится к магнитомягким мате­риалам широкого применения.

Электротехническая сталь выпус­кается в виде отдельных листов, ру­лонов или ленты и предназначается для изготовления магнитопроводов. Для уменьшения потерь на вихревые токи на листы стали может быть на­несен электроизоляционный лак.

Качество электротехнической стали можно повысить, уменьшая количество примесей в ее составе, Пермаллои. Они относятся к магнитомягким материалам, обладаю­щим высокой магнитной проницае­мостью в слабых полях, и представ­ляют собой железоникелевые сплавы. Такие сплавы характеризуются тем, что значения магнитной анизотро­пии и магнитострикции равны нулю; это является одной из причин особен­но легкого намагничивания пермал­лоев. Пермаллои подразделяются на высоконикелевые (72. 80% никеля) и низконикелевые (40. 50% никеля).

Сплавы, легированные молибденом, хромом, медью марганцем,кремнием, а также другими элементами используются шире .

Магнитные свойства пермаллоев сильно зависят от химическо­го состава и наличия примесей в сплаве. На свойства пермаллоев отрицательно влияют примеси, которые не образуют твердых ра­створов со сплавом: углерод, сера и кислород. Свойства резко из­меняются от режимов термообработки.

Магнитная проницаемость высоконикелевых пермаллоев выше, чем низконикелевых, и значительно превышает проницаемость электротехнических сталей, но индукция насыщения пермаллоев в 1,5. 2 раза меньше; следовательно, их нецелесообразно применять в силовых трансформаторах и других устройствах, в которых ис­пользуется большой магнитный поток (см. рис. 7.6 и табл. 7.3).

Удельное электрическое сопротивление низконикелевых пермал­лоев в 2 раза выше высоконикелевых, поэтому их можно использо­вать при более высоких частотах.

Стоимость высоконикелевых пермаллоев больше, чем низкони­келевых, но'они менее технологичны.

Сплавы изготовляются в виде холоднокатаных лент толщиной 0,02. 2,5 мм, шириной 30. 250 мм, горячекатаных листов, горяче­катаных и кованых прутков.

Их применяют для сердечников малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей и деталей магнитных цепей, для сердечников импульсных трансформаторов, а также в устройствах связи для звуковых и высоких частот.

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

Альсифер- тройной сплав, состоящий из алюминия, кремния и железаАльсифер получают в виде литого, неков­кого материала с высокой твердостью и хрупкостью, поэтому из­делия из альсифера изготовляются методом литья с толщиной стенок не менее 2. 3 мм. Область применения альсифера - магнитные экраны, корпуса приборов машин, детали магнитопроводов для ра­боты в постоянных или медленно меняющихся магнитных полях. Альсифер хрупок, поэтому его можно размалывать в порошок и применять для изготовления прессованных сердечников и магнитодиэлектриков.

Магнитные сплавы с особыми свойствами. В ряде случаев требу­ются материалы с повышенным постоянством магнитной прони­цаемости в слабых магнитных полях. Материалы с такими свой­ствами необходимы для создания магнитных элементов с большим магнитным потоком, в частности в некоторых дросселях, транс­форматорах тока, аппаратуре телефонной связи, измерительных приборов и др. Магнитная проницаемость может быть обусловле­на обратимыми и необратимыми процессами намагничивания. Проницаемость постоянна при обратимых процессах намагничи­вания, следовательно, такие материалы должны обладать обрати­мой проницаемостью в различных магнитных полях.

Экспериментально установлено, что постоянством проницаемо­сти обладают материалы на основе Fe-Ni, Fe-Co, Fe-Ni-Co спла­вов. Тройной сплав (25% Со, 45% Ni, остальное - Fe) называют перминваром.Магнитная проницаемость перминвара после специ­альной термической обработки в вакууме становится равной 300 и остается постоянной при напряженности поля от 0 до 160 А/м. Индукция насыщения перминваров достигает 1,55 Тл. Применение перминвара ограничивается сложностью технологии получения и высокой стоимостью.

Более высокая стабильность магнитной проницаемости, но при меньшем ее значении (ц_ж = 30. 80) имеется в сплаве изотерм, кото­рый состоит из железа, никеля, алюминия и меди. После холодной прокатки в этих материалах постоянство магнитной проницаемос­ти сохраняется при напряженности поля до 500 А/м. Применяется сплав в производстве телефонной аппаратуры.

Для различных типов сердечников, полюсов электромагнитов, работающих в магнитных полях с напряженностью 24000 А/м и выше, необходимы материалы с особо высокой индукцией насы­щения. Такими свойствами обладает Fe-Co - сплав пермендюр, который состоит из 30. 50% кобальта, 1,5. 2% ванадия (осталь­ное - железо). Этот сплав обладает наивысшей из всех известных ферромагнетиков индукцией насыщения (до 2,43 Тл).

Из-за его высокой стоимости применяется пермендюр в специа­лизированной аппаратуре, в частности для изготовления мембран телефонов, осциллографах и т.д. К числу недостатков пермендю-ра относится малое удельное электрическое сопротивление, кото­рое приводит к значительным потерям на вихревой ток при работе в переменных магнитных полях.

В электротехнике используют материалы с большой зависимос­тью магнитной проницаемости от температуры для температурной

компенсации (термокомпенсации) магнитных цепей. Из них изго­тавливаются магнитные шунты, с помощью которых достигается температурная стабильность свойств магнитных цепей с постоян­ным магнитом. С увеличением температуры магнитный поток в рабочем зазоре основного магнита снижается. Это изменение ком­пенсируется возрастанием магнитного сопротивления шунта. Тер­момагнитный материал шунта должен иметь магнитную проница­емость, которая сильно зависит от температуры в рабочем диапа­зоне от -70 до +80 °С, и точку Кюри, близкую к рабочей температуре установки.

В качестве термомагнитных материалов для магнитных шунтов применяют следующие сплавы: медно-никелевый - кальмаллой, железо-никелевый - термаллой, железо-никель-хромовый - компенсатор-

Изменение концентрации меди в кальмаллое от 3 до 40 /о позво­ляет изготавливать сплавы, которые компенсируют изменение маг­нитной проницаемости в магнитных цепях в пределах температур 20. 80 °С и от - 50 до +10 °С. Недостатком кальмаллоя является низ­кая индукция насыщения, для повышения ее в кальмаллой добав­ляют присадки железа. Термаллой содержит от 28,5 до 33,5% нике­ля. По сравнению с кальмаллоями он обладает более высокой ин­дукцией насыщения, которая резко зависит от температуры. Недостатками термаллоя являются наличие значительного темпе­ратурного гистерезиса в области низких температур, сравнитель­но низкий предел отрицательных температур, а также сильное вли­яние состава на свойства материала.

Для более широкого применения в области низких температур железо-никелевые сплавы легируют хромом. Такие сплавы назы­вают компенсаторами. Их свойства в меньшей степени зависят от состава; они хорошо обрабатываются и имеют достаточно высо­кую индукцию насыщения.

Методами порошковой металлургии разработаны термомагнит­ные сплавы на основе Fe-Ni-Mo. Магнитные свойства их близки к сплавам-компенсаторам, но эти материалы отличаются более высокой воспроизводимостью свойств.

Аморфные магнитные материалы. В последнее время уделяется большое внимание вопросам получения и применения аморфных магнитных материалов (АММ). Особенностью АММ является от­сутствие в них дальнего порядка в расположении атомов. Однако, несмотря на отсутствие периодичности в расположении атомов, АММ обладают упорядоченным расположением магнитных мо­ментов. АММ во многом подобны стеклам и металлическим рас­плавам. Такие материалы получаются быстрым охлаждением из расплавленного состояния, кристаллизация при этом не успевает осуществиться.

АММ обладает очень высокими магнитными характеристиками наряду с повышенным сопротивлением. Производ­ство АММ дешевле, чем производство металлических листовых магнитомягких материалов. Перспективными высокопроницаемыми ма­териалами являются аморфные сплавы железа и никеля По магнитным свойствам АММ близки к электротехническим сталям и пермаллоям. Аморфные магнитные материалы используются в технике маг­нитной записи и воспроизведения, различных типах специальных трансформаторов, импульсных источниках питания и преобразо­вателях постоянного напряжения на частотах до нескольких мега­герц, магнитных усилителях, магниторезистивных головках с вы­сокой плотностью записи, электродвигателях с высоким КПД, в качестве конструкционных материалов.

Магнитодиэлектрики. Магнитодиэлектрики характеризуются незначительными потерями на гистерезис и высокой стабильностью проницаемости.

Наиболее широкое распространение получили магнитодиэлек­трики на основе карбонильного железа, альсифера и молибдено­вого пермаллоя.

Технология изготовления изделий из магнитодиэлектриков со­стоит из приготовления ферромагнитного порошка, прессования изделия и обработки. Магнитодиэлектрики предназначаются для работы в слабых магнитных полях, близких по значению к коэрци­тивной силе, и используются в высокочастотной проводной связи, радиоэлектронике и других областях.

Магнитная проницаемость магнитодиэлектрика слабо зависит от частоты.

Ферриты. Основным достоинством ферритов является сочета­ние высоких магнитных параметров с большим электрическим со­противлением, которое превышает сопротивление ферромагнит­ных металлов и сплавов в 10 3 . 10 13 раз, и, следовательно, они име­ют относительно малые потери в области повышенных частот, что позволяет использовать их в высокочастотных электромагнитных устройствах.

Изделия из ферритов формуются прессованием в стальных пресс-формах, выдавливанием через мундштук, горячим литьем под дав­лением, горячим прессованием. Для улучшения пластичности при изготовлении изделий в ферритовый порошок вводят пластифика­торы (вода, поливиниловый спирт, парафин и др.).

Ферритовые спеченные изделия отличаются высокой твердостью и хрупкостью. Ферриты можно обрабатывать абразивным инстру­ментом из синтетических алмазов или подвергать их резке, шли­фовке и полировке.

В ферритовых изделиях можно пробивать отверстия ультразву­ком. Ультразвук позволяет производить пайку ферритов между собой и металлом. Ферритовые детали склеивают полистироловым, эпоксидным или другими клеями. Ферриты по своим свойствам делятся на магнитомягкие и магнитотвердые.

Магнитомягкие ферриты используют для изготовления сердеч­ников трансформаторов, катушек индуктивности, магнитных ан­тенн, статоров и роторов высокочастотных электрических мото­ров небольшой мощности, деталей отклоняющих систем телевизи­онной аппаратуры. Ферриты обладают более низкой индукцией насыщения, чем металлические ферромагнетики, поэтому в силь­ных полях их применять нецелесообразно, однако в высокочастот-

ных полях ферриты могут иметь более высокую индукцию, так как отсутствует размагничивающее действие вихревых токов.

Простые ферриты не применяются. Наиболее распространен­ными промышленными магнитомягкими ферритами являются твер­дые растворы простых ферритов:

Ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса. Магнитные мате­риалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) особенно важны в устройствах автоматического управления аппаратуры телеграф­ной связи, вычислительной техники, коммутирующих дросселей.

Материалы с ППГ должны обладать малым временем перемагничивания (время изменения знака индукции с плюса на минус, при­мерно 10~ 7 . 10~ 9 с), иметь высокую температурную стабильность магнитных параметров.

Ферриты с ППГ имеют некоторые металлические сплавы желе­за и никеля (пермаллои) и сплавы «железо-никель-кобальт» с со­держанием кобальта от 30 до 55%, легированные медью или дру­гими металлами. Они изготовляются в виде лент толщиной от еди­ниц до нескольких сотен микрометров, их коэффициент прямоугольности от 0,85 до 0,98. Прокатка микронной ленты, ее термооб­работка, и изготовление сердечников сложнее, чем производство изделий из ферритов, поэтому ферриты с ППГ применяются более широко. ППГ в ферритах реализуется при определенном составе и условиях их спекания. Промышленностью освоен выпуск свыше 25 марок ферритов с ППГ. Широкое распространение получили магниево-марганцевые и литиевые ферриты со структурой шпинели. Для улучшения свойств используются легирование их ионами цин­ка, кальция, меди, натрия и др.

К недо­статкам ферритов с ППГ относится меньшая температурная стабильность параметров, чем металлических сплавов.

Магнитотвердые материалы

Магнитотвердые материалы, в отличие от магнитомягких, име­ют существенно ббльшие коэрцитивную силу (от 5ТО 3 до 5ТО 6 А/м) и площадь петли гистерезиса. Такие магнитные материалы приме­няются для изготовления постоянных магнитов - источников постоянных магнитных полей, кото­рые во многих случаях выгоднее, чем электромагнитные.

Постоянные магниты имеют рабочий воздушный зазор; следо­вательно, на разомкнутых концах возникают полюсы, создающие размагничивающее поле с напря­женностью Н_а, снижающее индук­цию внутри магнита до B_d, которая меньше остаточной индукции В_г. Остаточная индукция В_г характери­зует материал, если магнит нахо­дится в замкнутом состоянии и предварительно намагничен до на­сыщения в сильном внешнем магнитном поле.

Магнитотвердые материалы по составу и способу получения под­разделяют на

-литые высококоэрцитивные сплавы,

-сплавы на основе ред­коземельных элементов,

- прочие магнитотвердые материалы (мартенситные сплавы, пластически деформируемые сплавы и др.).

Литые высококоэрцитивные сплавы. Наибольшее распростра­нение получили магнитотвердые материалы на основе железо-ни­кель-алюминиевых и железо-никель-кобальт-алюминиевых спла­вов, легированных различными добавками.

Высококоэрцитивное состояние таких сплавов обусловливает­ся механизмом дисперсионного твердения (иногда такие сплавы называются сплавами дисперсионного твердения).

Бескобальтовые сплавы являются дешевыми и не содержат де­фицитных металлов, но свойства их не очень высоки. Текстурованные сплавы, содержащие кобальт, имеют высокие магнитные ха­рактеристики, но в несколько раз дороже, чем бескобальтовые.

Металлокерамические и металлопластические магниты.Они со­здаются методами порошковой металлургии, которые позволяют автоматизировать процесс производства, получать изделия со стро­го выдержанными размерами.

Металлокерамические магниты изготовляют из измельченных тонкодисперсных порошков сплавов применением прессования и дальнейшего спека­ния при высоких температурах. Такой способ выгодно применятьдля производства мелких деталей или магнитов сложной конфигу­рации.

Металлопластические магниты изготовлять проще, чем метал­локерамические, но свойства их хуже.

Механические свойства металлопластических магнитов лучше, чем литых, но магнитные свойства хуже,

Магнитотвердые ферриты.Наибольшее распространение полу­чили магнитотвердые материалы на основе бариевого феррита и кобальтового феррита. Промышленность вы­пускает бариевые, стронциевые и смешанные бариево-стронциевые ферриты, содержащие изотропные (маркировка БИ) и анизотроп­ные (БА, СА - стронциевый и РА - смешанный) редкоземельные добавки.

Бариевые магниты не содержат дефицитных материалов К недостаткам бариевых магнитов относятся низкая остаточ­ная индукция, высокая хрупкость и твердость, а также значитель­ная зависимость магнитных свойств от температуры. Кобальтовые ферриты более температуростабильны.

Сплавы на основе редкоземельных металлов.Интерметалличес­кие соединения кобальта с редкоземельными металлами (РЗМ)

Перспективы использования таких сплавов велики. Основные недостатки сплавов - плохие механические свойства (высокая хруп­кость), использование дефицитных материалов и высокая стоимость.

Другие магнитотвердые металлы. Кроме рассмотренных магнитотвердых материалов применяются традиционные материалы для постоянных магнитов - мартенситные стали, а также пластически деформируемые сплавы.

Мартенситом

Пластически деформируемые сплавы обладают высокими меха­ническими свойствами, хорошо штампуются, режутся ножницами, обрабатываются на станках.

Наиболее распространенными являются сплавы кунифе (60% Си, 20% Ni, 20% Fe), кунико (50% Си, 21% Ni, 29% Со, остальное - Fe) и викаллой (51,0. 54,0% Со, 10. 13,0% V, остальное Fe).

Сплавы кунифе анизотропны, применяются в виде проволоки и штампо­вок. Сплавы кунико дороже сплавов кунифе и применяются для изготовления магнитов сложной конфигурации. Викаллой приме­няют для изготовления мелких магнитов сложной конфигурации.

Магнитные характеристики для всех сплавов следующие: оста­точная индукция 0,6. 0,9 Тл, коэрцитивная сила 24. 57 кА/м, маг­нитная энергия для викаллоя 4. 14 кДж/м 3 , кунифе 2,8. 7,4 кДж/м , кунико 3,2. 4,0 кДж/м 3 .

СПЛАВЫ С ПОВЫШЕННЫМ ПОСТОЯНСТВОМ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

Эта группа сплавов применяется в дросселях, трансформаторах, измерительных приборах.

Перминвар. Это сплавы с постоянной магнитной проницаемостью, изменение поля от 0 до 80 - 160 А/м не изменяет у этих сплавов магнитной проницаемости, что иногда существенно. В качестве примера укажем на некоторые сплавы: 45% Ni, 25% Со, остальное железо (45НК); или 45% Ni, 25% Со, 7,5% Мо, остальное железо (45НКМ); или 70% Ni, 7% Со, остальное железо (70НК). Сплавы подвергаются термообработке в вакууме.

Перминдюр - сплав (50% Со, 1,8% V, остальное железо) с высокой индукцией насыщения. Применяют для изготовления приборов при необходимости сконцентрировать в небольшом пространстве мощный поток силовых линий. Наибольшая индукция насыщения 2,43 Тл.

Термаллой — сплав, индукция которого весьма резко изменяется в интервале температур от -60 до +50°С. Применяют для автоматической корректировки погрешностей магнитоэлектрических приборов. Такое сильное изменение магнитных свойств обусловлено тем, что точка Кюри находится вблизи (немного выше) указанного интервала. Практическое применение получили сплавы с 30%№, остальное железо (термаллой); с 30%Си, остальное железо (кальмаллой).

Изотерм - сплав четырех компонентов (Fе, Ni, Аl, Сu). Используется в телефонных аппаратах.

3.3 МАГНИТОТВЕРДЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

Данную группу материалов применяют для изготовления постоянных магнитов. Магнитная энергия постоянного магнита тем выше, чем больше остаточная магнитная индукция В_r и коэрцитив­ная сила Н_С. Магнитная энергия пропорциональна произведению В_г и Н_С. Поскольку В_г ограничена магнитным насыщением ферромагнетика (железа), увеличение магнитной энергии достигается повышением коэрцитивной силы Н_С.

Для получения высокой коэрцитивной силы стали должны иметь неравновесную структуру, обычно - мартенсит с высокой плотностью дефектов строения.

Другим важным свойством сталей и сплавов для постоянных магнитов является постоянство коэрцитивной силы и остаточной индукции во времени. Остальные магнитные характеристики для этой группы сплавов практического значения не имеют. Рассмотрим высококоэрцитивные сплавы, используемые для постоянных магнитов.

Углеродистая сталь применяется для изготовления небольших по размеру магнитов. Обычно для этой цели используется сталь У10 - У12, которая после закалки имеет Н_с = 750 - 760 А/м и В_r = 0,8 -0,85 Тл.

Хромистая сталь (1 % С и 1,5 или 3% Сг) (табл. 2.3) имеет при­близительно такие же магнитные свойства, как и углеродистая сталь.

Эти стали обладают большей прокаливаемостью и поэтому из них можно изготавливать магниты больших размеров.

Таблица 3.3 - Состав сталей для постоянных магнитов,

Кобальтовые стали (содержащие наряду с хромом 5 или 15%Со) обладают наиболее высокими магнитными свойствами (Н_с = 1250 - 2100 А/м и В_r = 0,8 -0,85 Тл.) по сравнению с другими сталями.

Для получения высоких магнитных свойств, стали подвергают сложной термической обработке, состоящей из предварительной нормализации закалки с обычной температуры в воде или в масле и низкого отпуска желательно с предварительной обработкой холодом.

Первая высокая (1050 - 1200°С) воздушная закалка (или нормализация), необходимая для растворения крупных включений карбидных фаз, которые могли образовываться при предшествующем отжиге и которые при нормальном нагреве под закалку могут не раствориться в аустените, что не обеспечит получения высоких магнитных свойств.

Обработка холодом устраняет парамагнитный остаточный аустенит и тем самым повышает магнитные свойства; отпуск при 100°С хотя немного и снижает коэрцитивную силу, но стабилизирует ее величину во времени.

Стальные магниты изготавливают таким же образом, как и другие стальные детали, т.е. ковкой с последующим отжигом и механической обработкой.

В промышленности наиболее широко применяют сплавы типа "Альнико" или ЮДНК (табл.2.4) на основе Fe-Ni-Al-Co. Сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты из них изготавливают литьем. После литья проводят шлифование.

Высокие магнитные свойства сплавы получают после нагрева до 1250 - 1280°С и последующего охлаждения (закалки) с опреде­ленной (критической) для каждого сплава скоростью охлаждения; после закалки следует отпуск при 580 - 600°С. Дальнейшее повы­шение магнитной энергии достигается созданием в сплавах магнит­ной и кристаллографической текстур.

Для создания магнитной текстуры сплавы типа Альнико подвергают термомагнитной обработке: нагреву до 1300°С и охлажде­нию со скоростью 0,5 - 5°С/с 9 (в зависимости от состава сплава) в магнитном поле, приложенном вдоль направления наиболее важно­го для магнита данной конфигурации. Затем магнит отпускают при 625 °С.

После такой обработки магнитные свойства становятся анизо­тропными, их магнитные характеристики (В_г, Не) сильно возрастают в направлении приложенного магнитного поля (магнитная тексту­ра). Термомагнитной обработке подвергают сплавы, содержащие свыше 18% Со. Кристаллическая текстура образуется в случае направленной кристаллизации отливки магнита, при этом возникают столбчатые кристаллы. Это сильно повышает магнитные свойства, поскольку они зависят от кристаллографической ориентации ферритных фаз.

Кроме описанных выше высококоэрцитивных сталей и спла­вов в промышленности применяются и другие группы сплавов, ко­торые по способу производства можно разделить на следующие группы:

1 .Литые высококоэрцитивные сплавы (А1 - Ni - Fе) и (А1 - Ni -Со);

2.Металлокерамические материалы. Создаются на основе порошковых металлов (Сu - Ni - Со) и (Сu - Ni - Fе);

3.Магнитотвердые ферриты ВаFеО(ВаО 6Fе₂О_э) - бариевый феррит; СоFе₂O₄(СоО Fе₂O) - кобальтовый феррит;

4.Сплавы на основе редкоземельных металлов - SmСо₅,(самарий) РrСо₅ (празеодим);

5.Другие магнитотвердые металлы:

а) мартенситные стали;

б) пластически деформируемые сплавы:

- кунифе (60% Сu, 20% Ni, 20% Fе), анизотропен, применяется в виде проволоки и штамповок. Применяется в качестве материала для магнитной записи;

- кунико (50% Сu, 21% Ni, 29% Со, остальное Fe). Применяется для изготовления магнитов сложной формы;

- виккалой (51 - 54% Со, 10 - 13% V, остальное Fе). Применяется для изготовления магнитов сложной конфигурации.К отдельной группе можно отнести магнитопласты и магни-тоэласты.

Магнитопластами называют материалы, состоящие из мно­годоменных магнитных частиц, связанных синтетической смолой. Металлопластические магниты изготавливают путем прессования. Изделия имеют гладкую поверхность, точные размеры и не нужда­ются в дополнительной обработке. Для изготовления магнитов пре­имущественно применяют порошки из альни и альнико. Остаточная индукция в этих магнитах ниже, чем у литых и металлокерамиче-ских материалов, а коэрцитивная сила такая же. Применяют такие магниты в счетчиках электрической энергии, экспонометрах и дру­гих приборах.

Магнитоэласты состоят из порошка магнитотвердого мате­риала и эластичной связки (каучука или термопластичной смолы). Для магнитоэластов можно применять молотые сплавы типа альни, ферриты, а также тонкие порошки железокобальтовых сплавов. Практическое применение находит феррит бария. По механическим свойствам магнитоэласты приближаются к резинам, а по магнитным свойствам к изотропным ферритам.

3.4 ПАРАМАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

К парамагнетикам относятся материалы, которые слабо на­магничиваются внешним полем. К парамагнетикам относятся ме­таллы, атомы которых имеют нечетное число валентных электронов (К, Nа, А1 и др.), переходные металлы (Мо, W, Тi, Рt и др.) с недостроенными электронными оболочками атомов. Исключение со­ставляют Си, Аg, Аu, которые являются диамагнитными материала­ми.

Диамагнитные материалы намагничиваются противоположно приложенному внешнему полю и ослабляют его. К диамагнетикам относят инертные газы, непереходные металлы (Ве, Zn, РЬ и перечисленные выше Си, Аg, Аu,), полупроводники (Gе, Si), диэлектрики (полимеры, стекла и др.), сверхпроводники.

В электротехнике, приборостроении, судостроении и специальных областях техники требуются немагнитные (парамагнитные) стали. Для этой стали используют парамагнитные аустенитные стали 17Х18Н9, 12Х18Н10Т, 55Г9Н9Х3, 50Г18Х4, 40Г14Н9Ф2, 40Х14Н9Х3ЮФ2и др.

Недостатком этих сталей является низкий (150 - 350 МПа) предел текучести, что затрудняет их использование для высоконагруженных деталей машин. Прочность может быть повышена за счет деформационного и дисперсионного упрочнения. Повышение износостойкости деталей, работающих в узлах трения, достигается азотированием (стали 40Г14Н9Ф2, 40Х14Н9ХЗЮФ2 и др).

Читайте также:

  
• Какой краской покрасить крест металлический на кладбище
  
• Клей для пеноплекса для металла
  
• Печной комплекс из металла
  
• Лестницы металлические лестницы деревянные лестницы
  
• К металлам относят почти все