Магнитомягкие материалы

Помимо малой коэрцитивной силы (Н_с<4кА/м) магнитомягкие материалы должны обладать высокой магнитной проницаемости и большой индукцией насыщения, чтобы пропускать максимальный магнитный поток через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода.

Магнитный материал, используемый в переменных полях должен иметь повышенное удельное сопротивление, чтобы уменьшить потери на перемагничивание, вызываемые вихревыми токами.

Основным компонентом большинства магнитных материалов является железо, магнитные свойства которого ухудшаются с увеличением содержания примесей. Чистое железа типично магнитомягкий материал. Технически чистое железо, а также различные сорта нелегированных и электротехнических сталей, которые содержат небольшое количество примесей, из-за низкого удельного сопротивления используют, в основном, для изготовления магнитопроводов, предназначенных для работы на постоянном токе и невысоких технических частотах (сердечники реле, трансформаторы, электрические машины).

В мощных устройствах на переменном токе (до 25 кГц) из-за роста потерь на вихревые токи с повышением частоты электротехнические кремнистые стали, содержащие до 4,8 % Si. Растворяясь в железе, кремний сильно искажает кристаллическую решетку и повышает электросопротивление.

Для повышения магнитных свойств вдоль определенного направления в листовой электротехнической стали часто используют холодную прокатку, вызывающую развитие текстуры. Под действием холодной деформации большая часть кристаллитов поворачивается, ориентируясь направлениями легкой намагничиваемости вдоль направления прокатки.

Все магнитомягкие материалы делятся на 3 группы:

1. Сталь электротехническая тонколистовая и сортовая нелегированная (техническое железо), ГОСТ3836 -73 и 11035-75;

2. Сталь электротехническая кремнистая, ГОСТ21427-78;

3. Прецизионные магнитомягкие сплавы, пермаллои, ГОСТ10160-75.

Для маркировки сталей первых двух групп разработана чисто цифровая система.

Нелегированные стали обозначаются пятизначной цифрой: 10895, 20895, 10880, 20880, 10864, 20864, 11895, 21895, 11880, 21880, 11864, 21864.

Первая цифра в марке обозначает способ изготовления стали: 1-горячекатанная, 2 - холоднотянутая. Вторая цифра "0" или "1" обозначает, что сталь не легирована и имеет нормируемый или ненормируемый коэффициент старения (упрочнения); третья, четвертая и пятая цифры в марке обозначает магнитные характеристики, Н_с, А/м. Эти стали применяют для изго­товления сердечников электромагнитов, электромагнитных реле, работающих на постоянном токе, измерительных приборов, динамических репродукторов, мембран, магнитных экранов.

Сталь кремнистая электротехническая имеет четырехзначную цифровую марку. Первая цифра (1…3) обозначает способ изготовления стали: 1 - горячекатаная, 2 - холоднотянутая, 3 - текстурованная. Вторая цифра (1…5) показывает содержание кремния, которое может варьироваться от 0,4 до 4,8%, Две последние цифры указывают на магнитные характеристики.

Горячекатаные электротехнические стали марок 1211, 1312 и других используют для роторов и статоров асинхронных двигателей мощностью 100-400 кВт и роторов синхронных двигателей более высокой мощности, холоднокатанную кремнистую сталь марок 2011, 2112 и др. используют для магнитных цепей электрических машин (якорей и полюсов машин постоянного тока), для роторов и статоров асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт, текстурированную сталь марок 3411, 3414 и других с содержанием кремния 2,8-3,8 % используют для магнитных цепей электрических машин, трансформаторов и приборов.

Пермаллои (ГОСТ 10160-75) представляют собой сплавы Ni с Fe с высокой магнитной проницаемостью. Различают низконикелевые (40-50% Ni) имеющие высокую магнитную проницаемость (<4мГн/м) при относительно высокой индукции насыщения (1,5 Тл) и высоконикелевые (70-83% Ni) пермаллои с чрезвычайно высокой магнитной проницаемостью (<35 мГн/м), но меньшей индукцией насыщения (0,75 Тл).

Для улучшения электромагнитных и технологических свойств пермаллои дополнительно легируют элементами, увеличивающими магнитную проницаемость Mo, Сг, Со, Si, V и др.

Маркировка пермаллоев производится по химическому составу с использованием буквенно-цифрового кода, например, нелегированные сплавы 45Н и 50Н содержат 45 и 50% Ni соответственно, остальное железо.

Пермаллой 50НХС имеет химический состав: 48,5-51,0 % Ni, 1,1-1,4 % Si, 3,8-4,2 % Сг, Fe - ост.). Этот сплав наряду с высокой магнитной проницаемостью имеет повышенное удельное электросопротивление.

Особую группу составляют пермаллои с прямоугольной петлей гистерезиса, на что указывает буква П в конце марочного обозначения. Такие сплавы, например, 50НП, 65НП, 79НМП и др. широко используются в вычислительной технике и устройствах автоматического управления. Их отличительная особенность - большая остаточная индукция. У сплава 50НП прямоугольность петли достигается прокаткой, а у сплавов 65НП и 79НМП - путем обработки в магнитном поле.

Легированные высоконикелевые супермаллои 79НМ (78,5-80,0 % Ni, 3,8-4,1 % Mo) и 81НМА. (79% Ni, 16% Fe, 5% Mo) обладают наивысшей проницаемостью в слабых магнитных полях. Применяются в радиотехнике, технике связи и других областях, где используются слабые поля.

СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ