2.4.1. Устройство магнитопроводов, работающих с применением эффекта магнитострикции
В частотной области от 50 Гц до 1 МГц магнитопроводы для трансформаторов и дросселей традиционно изготавливают из электротехнической стали, железоникелевых сплавов (пермаллой), ферритов, прессованного порошкообразного пермаллоя и альсифера (магнитодиэлектрики). Одним из производителей магнитопроводов данного типа является науно-производственное отделение ГАММАМЕД (Россия).
Магнитопроводы (рис. 2.21) изготавливают из аморфной ленты толщиной 20...25 мкм, полученной из сплавов на основе железа или кобальта. Принцип получения аморфной ленты состоит в разливке металлического расплава заданного химического состава на участок поверхности вращающегося бронзового диска, перемещающийся с линейной скоростью около 25 м/с.
Рис. 2.21. Конструктивные исполнения и параметры
промышленных магнитопроводов ГАММАМЕТ®
В результате резкого охлаждения со скоростью до 106 см/с металлический расплав не успевает кристаллизоваться и полученная лента имеет аморфную структуру, аналогичную структуре стекла.
После термической обработки структура ленты может либо остаться аморфной, либо стать частично кристаллизованной, либо нанокристаллической.
Рис. 2.22. Магнитные свойства магнитоупругих сплавов
В материале с нанокристаллической структурой кристаллиты расположены по всему объему ленты и имеют размер около 10 нм. Поэтому такие материалы и называют нанокристаллическими.
Частичную кристаллизацию получают прерыванием процесса на начальной стадии термической обработки. Кристаллизованный материал занимает меньший объем, чем этот же материал с аморфной структурой, из-за плотной упаковки атомов. В результате поверхностные слои толщиной не более 1 мкм, в которых вырастают кристаллиты на начальной стадии, сжимают центральный слой ленты с аморфной структурой. Такая слоеная структура ленты (кристаллическая - аморфная - кристаллическая) обеспечивает линейность кривой намагничивания материала.
Маркировка сплавов ГАММАМЕТ® состоит из сокращенного наименования товарного знака ГМ и трех цифр, которые определяют химический состав сплава: первая цифра - основной элемент (4 - железо, 5 - кобальт), вторая и третья цифры - код химического состава сплава. Например, ГМ501 - магнитомягкий сплав на основе кобальта.
Магнитопроводы получают намоткой аморфной ленты на оправки разных форм и размеров и последующей термической обработкой. Все магнитные материалы под действием механических напряжений изменяют магнитные свойства, и, наоборот, в магнитном поле объект из магнитного материала претерпевает деформацию (явление магнитострикции). Поэтому для сохранения высоких магнитных свойств магнитопровода после отжига его помещают в защитный пластиковый контейнер и заливают вязким компаундом (рис. 1). Компаунд 3 предохраняет магнитопровод 1 от ударов и смещения внутри контейнера 2. В качестве компаунда используют вазелин КВ-3 или другой материал, не ухудшающий магнитных свойств магнитопровода.
Маркировка магнитопроводов в защитном контейнере состоит из обозначения магнитного сплава, из которого изготовлен магнитопровод, и буквы А или В. Буквы характеризуют условия термической обработки: А - отжиг в продольном магнитном поле (вдоль магнитного пути магнитопровода), В - отжиг в поперечном магнитном поле (перпендикулярно торцевой поверхности магнитопровода и вдоль поверхности ленты). Если дополнительной буквы в маркировке магнитопровода нет, то это обозначает, что он отожжен без магнитного поля.
На примере сплава ГМ503 (табл. 2.6.) видно, насколько значительно различаются магнитные характеристики после отжига в продольном магнитном поле (ГМ503А) и поперечном магнитном поле (ГМ503В). Вообще такая сильная зависимость магнитных свойств от условий термической обработки является характерной особенностью магнитомягких аморфных материалов и подчеркивает большие возможности, заложенные в них.
Таблица 2.6.