2.Магнитно-твердые материалы

Обладают большой коэрцитивной силой (Нс≥4000 А/м) и большой остаточной индукцией (Br≥0,1 Т). Им соответствует широкая гистерезисная петля. Эти материалы с большим трудом намагничиваются, а будучи намагниченными, могут несколько лет сохранять магнитную энергию, т. е. служить источниками постоянного магнитного поля. Магнитно-твердые материалы применяют главным образом для изготовления постоянных магнитов.

По составу все магнитные материалы делятся на металлические и неметаллические. К металлическим магнитным материалам относят чистые металлы (железо, кобальт, никель) и магнитные сплавы некоторых металлов, к неметаллическим — ферриты.

Опорный конспект темы «Магнитно-мягкие материалы» Металлические магнитно-мягкие материалы

О сновными металлическими магнитно-мягкими мате­риалами, применяемыми в электротехнике, являются пермаллои, альсиферы и низкоуглеродистые кремнистые стали.

Пермаллои — пластичные железоникелевые сплавы с содержанием никеля от 36 до 80%. С целью улучшения тех или иных свойств в них вводят молибден, хром или медь, получая легированные пермаллои. Пермаллои, содержащие 36—50% никеля, называются низконикеле­выми, а 60—80% — высоконикелевыми.

Все пермаллои отличаются высоким уровнем магнит­ных характеристик (табл. 16 и 17). Это обеспечивается не только их составом и химической чистотой сплава, а также специальной тепловой обработкой. Она заключа­ется в нагреве со скоростью 400—500° С в час, выдерж­ке сплава при 1000—1150° С в течение 3—6 ч и последу­ющем охлаждении со скоростью 100—200° С в час до комнатной температуры. Некоторым пермаллоям необ­ходим повторный нагрев до 600° С и быстрое охлажде­ние со скоростью 150° С в минуту.

Лучшие магнитные характеристики пермаллоев до­стигаются при отжиге их в вакууме.

Из табл. 16 и 17 следует, что наибольшими значе­ниями удельного электрического сопротивления, а сле­довательно, малыми потерями на вихревые токи облада­ют легированные пермаллои. Эти пермаллои обладают также повышенными значениями магнитных характе­ристик.

Все виды пермаллоев чувствительны к механическим деформациям материала: наклепу при резке, штамповке и другим механическим воздействиям. Поэтому детали из пермаллоя, полученные такими способами, под­вергают дополнительной тепловой обработке — отжигу.

Пермаллои поставляют в виде лент толщиной 0,002— 0,5 мм, листов толщиной 1—2 мм и прутков диаметром 5—50 мм и более. Низконикелевые пермаллои приме­няют для изготовления сердечников дросселей, малога­баритных трансформаторов и магнитных усилителей, высоконикелевые — деталей аппаратуры, работающих на частотах несколько выше звуковых. Магнитные характе­ристики пермаллоев стабильны в интервале температур от —60 до +бО⁰ С.

Альсиферы представляют собой нековкие хрупкие сплавы, состоящие из 5,5—13% алюминия, 9—10% крем­ния, остальное железо. Промышленные сорта альсифера имеют следующие характеристики: μ_H = 6000—7000; μ_м = 30000—35000; Нс=2,2 А/м; ρ=0,8 Ом-мм²/м. Альси­феры предназначались для замены дорогих пермаллоев, но они заменили пермаллои в сравнительно ограничен­ной области применения. Из альсифера изготовляют литые сердечники, работающие в диапазоне частот не более 20 кГц, так как на более высоких частотах в них возникают большие потери на вихревые токи. Из аль­сифера отливают полые детали с толщиной стенок не менее 2 мм.

Электротехнические кремнистые стали представляют собой низкоуглеродистые стали, в которые вводят от 0,8 до 4,8% кремния с целью улучшения магнитных свойств стали. Кремний, находящийся в стали в раство­ренном состоянии, реагирует с закисью железа FeO. При этом из стали выделяется чистое железо и образуется кремнезем

Кремнезем повышает удельное сопротивление стали, что снижает поте­ри на вихревые токи. Кремний вызывает распад цементита Fe₃C—вредной примеси в стали, резко по­нижающей ее магнитные характеристики. Кремний также способствует росту кристаллов железа, что повышает уровень магнит­ных характеристик стали. Введение больших коли­честв кремния в сталь улучшает все магнитные характеристики, но вызы­вает ее повышенную хруп­кость, исключающую из­готовление из нее штам­пованных деталей. Поэто­му в сталь вводят кремнии в количестве, не

превышающем 4,8%.

Листы кремнистой стали изготовляют прокаткой за­готовок в нагретом или ненагретом состоянии, поэтому различают горячекатаную и холоднокатаную кремни­стую сталь. Как известно, железо имеет кубическую структуру кристаллов. Оно намагничивается наиболее интенсивно, когда направление магнитного поля совпа­дает с направлением ребра куба кристалла. Поэтому листы электротехнической стали прокатывают в холод­ном состоянии в одном и том же направлении, после чего отжигают в атмосфере водорода при 900° С. При отжиге из листов удаляются примеси, снижающие маг­нитные свойства материала (углерод, кислород), кроме того, деформированные прокаткой кристаллы железа принимают прежнюю форму.

Х олоднокатаные кремнистые стали, у которых кри­сталлы железа расположены преимущественно в на­правлении прокатки, называются текстурованными. Пре­имущества холоднокатаных сталей перед горячекатаны­ми видны из табл. 18 и рис. 40.

Улучшенные магнитные характеристики у холодно­катаных сталей наблюдаются только при совпадении направления магнитного потока с направлением их про­катки. При другом направлении магнитного потока ве­личины всех магнитных характеристик у холодноката­ных текстурованных сталей меньше, чем у горячеката­ных. Поэтому наиболее рационально применять холод­нокатаные стали в ленточных сердечниках и других конструкциях, где направление магнитного потока сов­падает с направлением прокатки.

Электротехническая сталь прокатывается в листы и ленты толщиной от 0,05 до 1,5 мм и является доступным и дешевым материалом.