Магнитомягкие материалы

Свойства (общие):

- зависят от химического состава;

- зависят от степени искажения кристаллической структуры и внутренних напряжений (для сплавов при холодной прокатке кристаллические частицы ориентируются в одном направлении, что приводит к повышению магнитных характеристик в направлении проката);

- большая начальная и максимальная магнитная проницаемость;

- большая индукция насыщения;

- малая коэрцитивная сила (‹4кА/м);

- малые потери на гистерезис, т.е. узкая петля гистерезиса.

1. Кремнистые стали (электротехническая сталь). Низкоуглеродистые стали (0,04% углерод С) 0,8-4,8% кремния Si. Основной материал для сердечников и магнитопроводов.

Свойства: кремний увеличивает удельное электрическое сопротивление (от 0,1 до 0,6 при 5% Si) и магнитную проницаемость (max при 6,8% Si), уменьшает коэрцитивную силу и ухудшает механические свойства (непригоден для штамповки).

Применение: холоднокатаные: сердечники электрических машин, трансформаторов и другие конструкции, где направление магнитного потока совпадает с направление прокатки; горячекатаные: сердечники электрических машин круглой формы.

2. Пермаллои. Пластичные железоникелевые сплавы:

а) низконикелевые пермаллои – 40-50% никеля Ni;

б) высоконикелевые пермаллои – 72-80% никеля Ni;

Свойства: чувствительны к механическим деформациям (резке, штамповке и др.), поэтому детали, подвергают дополнительной тепловой обработке – отжигу.

Применение: низконикелевые: сердечники электрических аппаратов и малогабаритных трансформаторов, работающих в переменных полях; высоконикелевые: сердечники мощных силовых трансформаторов (большие магнитные потоки).

3. Альсиферы. Нековкие хрупкие сплавы 77-85,5% железо Fe, 9-10% кремния Si, 5,5-13% алюминия Al.

Свойства: высокая твёрдость и хрупкость, поэтому изделия получают литьём, магнитные свойства не отличаются от пермаллоев.

Применение: литые сердечники, работающие в постоянных или медленно меняющихся магнитных полях (не более 20кГц, более большие потери на вихревые токи).

4. Ферриты.

Свойства:

- хрупкие, возможность обработки только шлифованием;

- высокое удельное электрическое сопротивление, т.е. малые потери на вихревые токи;

- с ростом температуры их удельное сопротивление уменьшается, т.к. являются полупроводниками;

- высокая коррозийная стойкость;

- в слабых магнитных полях могут заменить кремнистые стали и пермаллои, в средних и сильных имеют более низкую индукцию насыщения и их применение нецелесообразно, а в высокочастотных полях имеют более высокую индукцию;

- простота изготовления деталей.

1.1 Никелево-цинковые ферриты. Ni_nZn_1-nFe₂O_4.

n –доля содержания оксида металла в материале (n=0,4-0,6).

Применение: сердечники электрических машин и аппаратов, работающих в полях с частотами от 500кГц до 200 МГц.

1.2 Марганцево-цинковые ферриты. Mn_nZn_1-nFe₂O₄.

Применение: сердечники электрических машин и аппаратов, работающих в полях с частотами от звуковых (от 20 Гц до 20 кГц) до нескольких МГц.

МАГНИТОТВЁРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Свойства (общие):

- зависят от химического состава;

- зависят от степени искажения кристаллической структуры и внутренних напряжений (при охлаждении или прессовке в сильном магнитном поле кристаллические частицы ориентируются в одном направлении, что приводит к повышению магнитных характеристик в направлении внешнего магнитного поля);

- малая магнитная проницаемость;

- большая коэрцитивная сила (›4кА/м) и остаточная магнитная индукция;

- большие потери на гистерезис, т.е. широкая петля гистерезиса;

- уменьшение магнитного потока с течением времени – старение, в результате вибраций, ударов, резкого изменения температуры - обратимо, изменение структуры - необратимо.

1. Мартенситные стали. Высокоуглеродистые стали (0,9-1,1% углерод С):

а) хромистые стали – до 3% хрома Cr;

б) вольфрамовые стали – до 8% вольфрама W;

в) кобальтовые стали – до 15% кобальт Со.

Свойства: возможность обработки на металлорежущих станках, низкие магнитные характеристики, особая склонность к старению, сравнительно дешёвые.

Применение: постоянные магниты в наименее ответственных случаях.

2. Железоникельалюминиевые сплавы. Сплав 20-33% никеля Ni, 11-17% алюминия Al, 50-69% железо Fe.

Свойства: большая твёрдость и хрупкость, не поддаются обычным методам механической обработки, можно обрабатывать только шлифованием.

Применение: являются основным материалом для постоянных магнитов.

3. Металлокерамические материалы. Материалы, получаемые прессование с дальнейшим спеканием порошков сплавов Fe – Ni – Al, Fе – Ni – Al – Co, Cu – Ni – Co, Cu – Ni – Fe и др.

Свойства:

- высокие механические свойства;

- небольшая пористость, что несколько снижает магнитные характеристики;

- не требуют дополнительной обработки (изделия заданных размеров и сложных форм).

4. Ферриты.

Свойства:

- хрупкие, возможность обработки только шлифованием;

- высокое удельное электрическое сопротивление, т.е. малые потери на вихревые токи;

- с ростом температуры их удельное сопротивление уменьшается, т.к. являются полупроводниками;

- высокая коррозийная стойкость;

- простота изготовления деталей.

1.1 Бариевые ферриты. BaFe₁₂O₁₉, BaO∙6Fe₂O₃.

Свойства:

- сильная зависимость магнитных характеристик от температуры (при охлаждении ниже -60 ⁰С и последующего нагревания магнитные свойства теряются);

- низкая остаточная магнитная индукция (в 2-4 раза, чем у металлических материалов);

- дешевые (в 10 раз, чем металлические магнитные материалы).

1.2 Кобальтовые ферриты. CoFe₂O₄ (вектолит), CoO∙6Fe₂O₃.

Свойства:

- зависимость магнитных характеристик от температуры (при нагревании выше +80 ⁰С магнитные свойства не теряются);

- высокая стабильность при воздействии магнитных полей, вибрации и ударов;

- высокая стоимость.

Применение: постоянные магниты.