Свойства железоникелевых сплавов (пермаллоев) после термической обработки

Группа	Марка	Вид продукции	Толщина или диаметр, мм	М /1!	•1г макс	Нс. А/м	н 0- ч> о * * % ГО “ «Г Я	р. мкОм* м, не менее
Нелеги­ рован­ ные, низко- никеле­ вые	45Н, 50 Н	Холодно­ катаные ленты Горячека­ таные листы Прутки	0,02— 2,50 3—22 8—10	1 700— 3 000	16 000— 35 000	32—10	1,50	0,45
Легиро­ ванные, низко- никеле­ вые	50НХС	Холодно­ катаные ленты	0,02— 1,00	1 500— 3 200	15 000— 30 000	20—8	1,00	0,90
Легиро­ ванные, высоко- никеле­ вые	79НМ, 80НХС 76НХД 79НМ-У	Холодно­катаные ленты Горячека­таные листы Прутки	0,02— 2,50 3—22 8—10	16 ОСО- 35 000	50 000— 220 000	5,2— 1,0	0,65	0,55
С'у пер­маллой 79 N1, 5Мо, 15 Ре, 0,5 Мп		Листы	0,35	100 000	До 1 500 000 при В = 0,3 Тл	0,3	0,80	0,60

т. е. не уступают свойствам высоконикелевых пермаллоев. Ма­гнитные экраны, корпуса приборов и другие изделия из альсифера изготовляются методами литья с толщиной стенок не менее 2—3 мм из-за хрупкости сплава. Эта особенность ограничивает применение данного материала. Благодаря хрупкости альсифера его можно размалывать в порошок и использовать наряду с карбонильным же­лезом для изготовления высокочастотных прессованных сердеч­ников.

9-3. МАТЕРИАЛЫ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальные ферромагнетики. В особую подгруппу можно выде­лить материалы, применение которых основано на наличии у них тех или иных особенностей магнитных свойств, которые опреде­ляются структурой и составом. К таким материалам можно отнести: 1) сплавы, отличающиеся незначительным изменением магнитной проницаемости при изменении напряженности поля, 2) сплавы

40 80 Ш кА/м

Рис. 9-16

Р

Рис. 9-15

ис. 9-15. Температурная зависимость индукции термомагнитного сплава в магнит­ном поле напряженностью 8 кА/м

Рис. 9-16. Зависимость магнитострикционной деформации от напряженности маг­нитного поля для некоторых материалов. Содержание компонентов в сплавах ука­зано на кривых в процентах по массе

с сильной зависимостью магнитной проницаемости от температуры, 3) сплавы с высокой магнитострикцией, 4) сплавы с особо высокой индукцией насыщения.

К первым относится сплав, получивший название перминвара. Обычно он содержит 29,4 % Fe, 45 % Ni, 25 % Со и 0,6 % Мп. Сплав подвергают отжигу при 1000 °С, после чего выдерживают при 400—500 °С и медленно охлаждают. Перминвар имеет небольшую коэрцитивную силу, начальная магнитная проницаемость пермин­вара равна 300 и сохраняет постоянное значение в интервале напря­женности поля до 250 А/м при индукции 0,1 Тл. Перминвар недо­статочно стабилен в магнитном отношении, чувствителен к влия­нию температуры и механическим напряжениям. Более удовлет­ворительной стабильностью магнитной проницаемости отличается сплав, именуемый изопермом, в состав которого входят железо, никель и алюминий или медь. Изоперм имеет магнитную проницае­мость 30—80, которая мало изменяется в поле напряженностью до нескольких сот ампер на метр.

Ко вторым относятся термомагнитные сплавы на основе Ni—Cu, Fe—Ni шли Fe—Ni—Cr. Указанные сплавы применяются для ком­пенсации в установках температурной погрешности,, вызываемой изменением индукции, постоянных магнитов или изменением сопро­тивления проводов в магнитоэлектрических приборах по сравнению с тем значением, при котором производилась градуировка. Для по­лучения ярко выраженной температурной зависимости магнитной проницаемости используется свойство ферромагнетиков снижать индукцию с ростом температуры вблизи точки Кюри. Для этих ферромагнетиков точка Кюри лежит между О¹ и 100 °С & зависимости от добавок легирующих элементов. Сплав Ni—Cu при содержании 30 % Си может компенсировать температурные погрешности для пределов температуры от —20 до +80 °С (рис. 9-15); а ири 40 % Си — от —5(> до +10 °С. Наибольшее техническое применение получили сплавы Fe—Ni—Со (компенсаторы). Достоинствами их являются:

полная обратимость свойств в диапазоне изменения температуры от —70 до +70 °С, высокая воспроизводимость характеристик образцов и хорошая механическая обрабатываемость.

К третьим относятся сплавы с высокой магнитостракцией (си­стемы Ре—Р1, Ре—Со, Ре—А1). Изменения линейного размера А1/1 образцов материалов при продольной магнитострикции, как видно из рис. 9-16, положительны и лежат в пределах (40—120)* 10'*. В качестве магнитострикционных материалов применяются также чистый никель (см. рис. 9-4), обладающий большой отрицательной магнитострикцией, никель-кобальтовые сплавы, некоторые марки пермаллоев и различные ферриты (стр. 288). Явление магнито­стрикции используется в генераторах звуковых и ультразвуковых колебаний. Магнитострикционные вибраторы применяются в тех­нологических установках по обработке ультразвуком хрупких и твердых материалов, в дефектоскопах, а также в устройствах пре­образования механических колебаний в электрические и т. п.

К четвертым относятся железокобальтовые сплавы, обладающие особо высокой индукцией насыщения, до 2,4 Тл, т. е. большей, чем у всех известных ферромагнетиков; удельное электрическое сопро­тивление таких сплавов невелико. Сплавы, содержащие 50—70 % Со, называются пермсндюрами. Пермендюры могут применяться вслед­ствие их высокой стоимости только в специализированной аппара­туре, в частности в динамических репродукторах, осциллографах, телефонных мембранах и т. д.

Ферриты. Общие сведения. Ферриты представляют собой магнитную керамику с незначительной электронной электро­проводностью. Общие представления о явлении ферромагнетизма были даны в § 9-1. Большое удельное сопротивление, превышающее р железа в 10^е—Ю¹¹ раз, а следовательно, и относительно неболь­шие потери анергии в области повышенных и высоких частот на­ряду с достаточно высокими магнитными свойствами обеспечивают

ферритам самое широкое применение при повышенных и высоких частотах. На рис. 9-17 показан внешний вид некоторых ферритовых деталей.

Ферриты представляют собой системы из оксидов железа и ок­сидов двухвалентных, реже одновалентных металлов, соответству­ющих общей формуле Ме0-Ре₂0₃, где Ме — символ двухвалентного металла. Ферриты имеют кубическую кристаллическую решетку, по­добную решетке шпинели, встречающейся в природе (М§0-А1₂0₃). Большинство соединений указанного типа, как и природный магнит­ный железняк (магнетит) РеО- Ре₂0₃, обладает магнитными свойствами, однако соединения 2п0-Ре₂0₃ и СсЮ-Ре₂0₃ являются немагнитными. Исследования показали, что наличие или отсутствие магнитных свойств определяется кристаллической структурой этих материалов, и в частности расположением ионов двухвалентных металлов и же­леза между ионами кислорода. На рис. 9-18 приведена элементарная ячейка шпинели с различным расположением катионов. Шпинель обычной структуры, когда в центре кислородных тетраэдров распо­ложены ионы 2п²⁺ или С(1²⁺, не имеет магнитных свойств. При струк­туре так называемой обращенной шпинели, когда в центре кислород­ных тетраэдров расположены ионы Ре³⁺, материал обладает магнит­ными свойствами.

Ферриты, обладающие наиболее интересными магнитными свой­ствами и нашедшие техническое применение, представляют собой, как правило, твердые растворы нескольких простейших соединений, в том числе и немагнитных. Так, например, общая формула широко распространенных никель-цинковых ферритов имеет следующий вид:

тМЮ-Ре₂0₃ + я2п0-Ре₂0₃ + /?Ре0-Ре₂0₃,

где коэффициенты т, п, р определяют количественные соотношения между компонентами.

Процентный состав компонентов играет существенную роль в по­лучении тех или иных магнитных свойств материала. Как видно из рис. 9-19, высокие значения (л_)Н достигаются на довольно узком участке тройной диаграммы. Применяющиеся в технике ферриты на­зывают оксиферами, желая подчеркнуть, что они представляют со­бой сложные оксидные ферримагнетики, что, конечно, более пра­вильно, однако первое название получиле большее распространение. За рубежом для некоторых типов ферритов употребляется назва­ние «феррокскуб», подчеркивающее кубическое строение решетки этим материалов.

Технология изготовления ферритов оказывает весьма сущест­венное влияние на свойства готовых изделий. Технологический процесс производства ферритовых изделий вкратце сводится к тому, что предварительно получают ферритовый порошок, состоящий из тонко измельченных, тщательно перемешанных и предварительно обожженных оксидов соответствующих металлов. В него добавляют пластификатор — обычно раствор поливинилового спирта, и из полученной массы прессуют под большим давлением изделия тре­буемой формы. Изделия подвергают обжигу при температуре 1100—

J400 °С. При этом происходит спекание и образование твердых рас­творов ферритов. Обжиг должен производиться обязательно в окис­лительной среде (обычно в воздухе). Присутствие даже в небольшом количестве водорода в рабочем пространстве печи может вызвать частичное восстановление оксидов, что приведет к резкому увели­чению магнитных потерь. Усадка ферритов при обжиге может до­стигать 20 %. Ферриты —твердые и хрупкие материалы, не позво­ляющие производить обработку резанием и допускающие только шлифовку и полировку.

Магнитомягкие ферриты. Как видно из рис. 9-20, феррит с высокой магнитной проницаемостью имеет максимальную индукцию свыше 0,3 Тл и малую коэрцитивную силу, около 16 А/м. Ферриты с большим значением обладают и большим значением потерь, быстро растущих с увеличением частоты. Как видно из рис. 9-21, магнитная проницаемость никель-цинковых ферритов повышается с ростом температуры до точки Кюри, а затем резко падает. При этом чем выше значение начальной проницаемости, тем ниже будет точка Кюри в пределах этой разновидности ферритов (ср. ферриты 4000НМ и 3000НМ или 2000НН и 400НН). Основные физические характеристики ферритов следующие: плотность 4—5 Мг/м³, удельная теплоемкость около 0,7 кДж/(кг-К), коэф­фициент теплопроводности примерно 5 Вт/(м-К), температурный коэффициент линейного расширения около 10~^б К"¹, удельное со­противление 10~³— 10^ч Ом-м.

Ферриты имеют относительно большую диэлектрическую про­ницаемость, зависящую от частоты и состава ферритов. С повышением частоты диэлектрическая проницаемость ферритов падает. Тангенс угла потерь ферритов — от 0,005 до 0,1. В ферритах наблюдается явление магнитострикции.

У

то /о 20 30 40 50 60 ' 70 80 90 W0 ^{1 3} %Fe₂0j

Рис. 9-19

wir.

различных ферритов этот эффект проявляется по-разному. Ферриты с низкой температурой ,2

Рис. 9-18

Рис. 9-18. Элементарная ячейка шпинели

1 — иоиы кислорода; 2 — катионы в тетраэдрических положениях; 3 — катионы в окта­эдрических положениях

Рис. 9-19, Зависимость начальной магнитной проницаемости в системе 1\Ю—2пО—Ге₂0₃ от состава (температура обжига 1380°С)

		Тл о,з °'2;	В Л?
			у
					И
-400-200 1%			200 400А/м
			-0,2
			-04

Р ис. 9-20. Гистерезисная петля никель-цинкового феррита с высокой магнитной