ЛЕКЦІЯ №1
ОСНОВНІ МАГНІТНІ ЯВИЩА: ДІАМАГНЕТИЗМ,ПАРАМАТНЕТИЗМ, ФЕРОМАГНЕТИЗМ
1. Крива намагнічування феромагнетика.Магнітні величини
2. Класифікація матеріалів замагнітними властивостями
3. Магнітно-м’які матеріали
4. Низькочастотні магнітно-м’які матеріали
5. Приклади
Всі матеріали, які знаходяться взовнішньому магнітному полі, намагнічуються. Намагнічування пов’язане знаявністю в атомів, що складають матеріал (або іонів, молекул) мікроскопічнихмагнітних моментів.
Макроскопічною характеристикоюнамагнічування матеріалів служить величина намагнічуваності М, яка рівнасумарному магнітному моменту атомів одиниці об’єму.
Встановлено зв’язок намагнічуваності М знапруженістю Н зовнішнього магнітного поля:
М = kmН,
де km–безрозмірний коефіцієнт пропорційності називають магнітною прийнятністюматеріалу.
В залежності від знаку та величинимагнітного сприйняття всі матеріали поділяють на діамагнетики, парамагнетики таферомагнетики.
Діамагнетики –матеріали, які намагнічуються протилежно прикладеному полю та послаблюють його,тобто мають km
Діамагнетизм присутній всім речовинам(матеріалам) але виражений слабо. До діамагнетиків відносяться інертні гази,неперехідні метали (Be, Zn, Pb, Cu, Ag та ін.), напівпровідники (Ge, Si),діелектрики (полімери, скло та ін.), надпровідники.
Парамагнетики- матеріали, які мають km > 0 (від 10-2 до 10-5)та слабо намагнічуються зовнішнім полем.
Під дією зовнішнього поля магнітнімоменти атома отримують переважне орієнтування (парамагнітний ефект), і вкристала з’являється деяка намагнічуваність. До пара магнетиків відносятьсяметали, атоми яких мають непарну кількість валентних електронів (K, Na, Al таін.), перехідні метали (Mo, W, Ti, Pt та ін.) з недобудованими електроннимиоболонками атомів.
Феромагнетики характеризуютьсявеликим значенням магнітної сприйнятливості (km >> 1), а такожїї нелінійної залежності від напруженості поля та температури. Залізо, нікель,кобальт та рідко земельний метал гадоліній мають надзвичайно велике значення km~ 106. Їх здатність сильно намагнічуватись широко використовується втехніці.
Згідно квантової теорії всі основнівластивості феромагнетиків обумовлені доменною структурою їх кристалів.
Домен– область кристалу розміром 10-4 – 10-6 м, де магнітнімоменти атомів орієнтовані паралельно визначеному кристалографічному напрямку.
(Між доменами є перехідні шари (доменністінки) шириною 10-7 – 10-8 м, всередині яких спіновімагнітні моменти поступово повертаються.)
КРИВА НАМАГНІЧУВАННЯ ФЕРОМАГНЕТИКА. МАГНІТНІВЕЛИЧИНИ
діамагнетизм феромагнетизмпарамагнетизм гістерезис
Намагнічуваність монокристалаферомагнетика анізотропна. Кристал заліза в напрямку ребра куба намагнічується до насичення Мs при значно меншій напруженостіполя />принамагнічуванні в напрямку діагоналі куба абов інших кристалографічних напрямках. Отже, в монокристалі заліза є шістьнапрямків легкого намагнічування, повернуті один відносно одного на 90 або 1800,за якими і орієнтуються вектори намагнічуваності доменів.
Питома енергія (Дж/м3), якунеобхідно затратити на перемагнічування з напрямку легкого намагнічування в напрямокважкого намагнічування, називається константою кристалографічної магнітноїанізотропії – К.
Магнітна індукція– густина магнітного струму визначається як сума зовнішнього Н та внутрішнього Ммагнітних полів:
В = μо (Н + М),
де магнітна стала μо =4π·10-7 Гн/м.
Інтенсивність росту індукції призбільшенні напруженості намагнічуваного поля характеризує магнітна проникність μ.(Вона визначається як тангенс кута нахилу до первинної кривої намагнічування В= f(Н)).
Процеси намагнічування повністюнеоборотні. Якщо магнітне поле, доведене до +Нs, зменшувати до нуля,то індукція збереже певне значення Вr, яке називається остаточноюіндукцією. Намагнічування полікристалу шляхом оборотного знаку зменшує індукціюВ, та при напруженості поля Нс індукція падає до нуля. Напруженістьмагнітного поля рівна Нс, називається коерцитивною силою.
Крива намагнічування та форма петлігістерезисна – найважливіші характеристики феромагнетика, так як вонивизначають основні його константи, а отже, і області застосування.
При технічному намагнічуванні розмірдомена l в напрямку магнітного поля змінюється на величину λ = ± Δl/l, яка називається коефіцієнтом лінійної магнітострикції. Величина та знакцього коефіцієнту залежать від природи феромагнетика, кристалографічногонапрямку та степені намагніченості.
При намагнічуванні в полях Н > Нsзбільшується і об’єм кристалу. Відносна зміна об’єму називається коефіцієнтомоб'ємної магнітострикції парапроцеса λs. Зазвичай вінневисокий, однак, у деяких сплавів, що називаються інварами, досягає значнихвеличин.
КЛАСИФІКАЦІЯ МАТЕРІАЛІВ ЗА МАГНІТНИМИВЛАСТИВОСТЯМИ
При розробці магнітних матеріалів ззаданими властивостями слід враховувати, що магнітні характеристики Ms,Bs, λs, K залежать тільки від хімічного складуферомагнетика, а характеристики μ, Нс, Вr, Нsзалежать також і від виду термічної обробки, так як являються структурно чутливими.
Легко намагнічуються (мале значення Hs)хімічно чисті феромагнітні метали та однофазні сплави на їх основі. Кількістькристалічних дефектів в них повинна бути мінімальною.
Для намагнічування є небажанимидислокації та остаточні напруження, для видалення яких в кінці технологічногопроцесу застосовують термічну обробку – відпал.
Намагнічування феромагнетика проходитьтим легше, чим менше К та λs. Зменшити їх вплив можна шляхомзміни хімічного складу феромагнетика. Якщо виготовляти сплави з компонентів, щоутворюють тверді розчини, один з яких має позитивну, а інший негативнуконстанту магнітної анізотропії, то для деяких сплавів К = 0, наприклад, всплавах системи Fe – Ni.
МАГНІТНО-М’ЯКІ МАТЕРІАЛИ
Магнітно-м’які матеріали намагнічуютьсяв слабких магнітних полях (Н ≤ 5·104 А/м) внаслідок великоїмагнітної проникливості (μн ≤ 88 мГн/м та μmах≤ 300 мГн/м) та малих втрат на перемагнічування.
Такі матеріали застосовують длясердечників котушок, електромагнітів, трансформаторів, динамо-машин.
Магнітно-м’які матеріали поділяють нанизько- та високочастотні.
НИЗЬКОЧАСТОТНІ МАГНІТНО-М’ЯКІ МАТЕРІАЛИ
Низькочастотні магнітні м’які матеріали всвою чергу поділяють на низькочастотні з високою індукцією насичення Вsта низькочастотні з високою магнітною проникливістю μ.
Матеріали з високою індукцією насичення.До них перш за все відносяться залізо, нелеговані та леговані електротехнічністалі. Завдяки великій магнітній індукції (Bs ≤ 2,15 Тл),малій коерцетивній силі (Нс ≤ 100 А/м), достатньо високіймагнітній проникливості (μmax ≤ 79 мГн/м) та добрійтехнологічності – їх застосовують в електротехніці для магнітних полівнапруженістю від 102 до 5·104 А/м.
Найбільший вміст домішок міститьтехнічно чисте залізо. При вмісті 0,02 – 0,04 % С та інших домішок в кількості 0,6% залізо має достатньо добрі магнітні властивості: Нс = 64 А/м, таμmax = 9 мГн/м. В процесі виготовлення прокату в залізівиникають внутрішні напруження, а в решітці – велика кількість дислокацій. Цепогіршує магнітні властивості. Відпал в вакуумі або в водні видаляє дефекти танапруження. Суттєве покращення магнітних властивостей можна отримати післяочистки заліза від вуглецю та домішок електролізом. Нелеговані електротехнічністалі виготовляють тими ж металургійними способами, що і технічно чисте залізо;вміст вуглецю та домішок допускається в тих же кількостях. Промисловістьвпускає сталі різного сортаменту, в тому числі тонкий лист:
ПРИКЛАД
Нелегована електротехнічна тонколистовасталь
10895
20895
10864
20864
Перша цифра в марці вказує спосіб виготовлення:гарячекатана сталь (1), холоднокатана сталь (2). Друга цифра 0 вказує нанизький вміст кремнію (≤0,03%). Третя цифра визначає основну властивість,яку гарантує завод – виробник, а саме: цифра 8 означає коерцитивну силу Нс,а її значення (в А/м) показують дві останні цифри.
Нелеговану сталь застосовують велектротехнічній промисловості.
Електричний опір сталі можна підвищитилегуванням кремнієм, який не є дефіцитним. Розчиняючись в залізі, кремнійутворює легований твердий розчин. При відпалі кремній сприяє росту кристалів ітим самим трохи зменшує Нс.
Електричний опір продовжує зростати зподальшим збільшенням вмісту кремнію в сталі, але при цьому сильно падаютьпластичні властивості. Сталі з вмістом кремнію більше 4 % крихкі, поганопрокатуються, що ускладнює отримання тонколистового прокату. Для зменшеннятеплових втрат сердечники з кременистої сталі використовують в вигляді тонких(
ПРИКЛАД
Легована електротехнічна тонколистовасталь
1311
2011
3411
Перша цифра в марці визначає вид прокатута структуру: гарячекатана ізотропна (1), холоднокатана ізотропна (2),холоднокатана анізотропна з кристалографічною текстурою напрямку [100] (3).Друга цифра в марці вказує на вміст Si (в %): 0 – вміст
Після технологічних операцій, необхіднихдля виготовлення деталей магнітопроводу (різка, штампова та ін.), магнітнівластивості сталей погіршуються, тобто зростає коерцитивна сила, а відповідно,і втрати на гістерезис. Для відновлення магнітних властивостей приміняютьвідпал при температурі нижче температур фазового перетворення (880 – 9000С) в середовищі, що захищає від окислення та навуглецьовування. Легованіелектротехнічні сталі застосовують в електротехнічних виробах, розрахованих нароботу при частотах до f ≤ 400 Гц. Сталі з більш низьким вмістом кремніювикористовують для сердечників, які працюють при частотах до 100 Гц танапруженості поля Н ≤ 5·104 А/м. Сталі з підвищеним вмістомкремнію використовують при частотах до 400 Гц, але в слабших полях (Н > 102А/м).
Більш високим значенням індукції (≤3 Тл) володіють феромагнетики, які мають високе значення атомного магнітногомоменту (рідкоземельні метали).
Матеріали з високою магнітноюпроникливістю. Для досягнення великих значень індукціїв дуже слабких магнітних полях (Н ≤ 102 А/м) застосовуютьсплави, які відрізняються високою початковою проникливістю. Це сплави Fe – Ni(пермалой) та Fe – Al – Si (альсифер).
Сплави пермалої з вмістом 45 – 83 % Niхарактеризуються високою магнітною проникливістю, що забезпечує їхнамагнічування в слабких полях. Підвищений питомий електричний опір впорівнянні з чистими металами Fe та Ni дозволяє використовувати їх врадіотехніці та телефонії при частотах до 25 кГц. Мала Нс
Магнітні властивості пермалоївзмінюються під дією навіть слабких напружень. При стискаючих напруженнях всього5 МПа магнітна проникливість зменшується в 5 разів, а коерцитивна сила зростаєв два рази. Тому остаточно виготовлені деталі потрібно піддавати термічнійобробці та в процесі збирання необхідно застерігатись від ударів, сильногозатягування або здавлювання обмоткою. ТОпермалоїв проводиться для видалення домішок, остаточних напружень та укрупненнязерна. Вона заключається в повільному нагрівів їх до температури 1100 – 15000С в середовищі, яке захищає матеріал від окислення (вакуум, водень); витримціпри цій температурі 3 – 6 год. В залежності від розміру та ваги; повільномуохолодженні до 600о С (100о С/год.) та подальшомушвидкому охолодженні (400о С/год.), при якому не відбуваєтьсяупорядкування твердого розчину.
Всі пермалойні сплави можна розділити надві групи: низьконікелеві з вмістом 45 – 50 % Ni, які мають високу магнітнупроникливість при відносно високій індукції насичення, та високонікелеві звмістом 79 – 83 % Ni з надзвичайно високою магнітною проникливістю але меншоюіндукцією насичення. Для покращення електромагнітних та технологічнихвластивостей ці сплави часто додатково легують.
Альсифери– сплави системи Fe – Al – Si не містять дорогих або дефіцитних легуючихелементів. Сплав оптимального складу 9,6 % Si та 5,4 % Al має наступнівластивості: μн = 44 мГн/м; μmax = 146 мГн/м; Нс= 1,76 А/м; ρ = 0,81 мкОм·м. Практичному застосуванню таких сплавівзаважають високі твердість та крихкість, що робить їх абсолютно недеформівними.Альсифери мають добрі ливарні властивості, тому їх застосовують длявиготовлення фасонних тонкостінних відливок. Ці сплави використовують також дляотримання тонких порошків при виготовленні магнітодіелектриків.
ЛЕКЦІЯ №2
1. Високочастотні магнітно-м’якіматеріали
2. Матеріали з особливимимагнітними властивостями
ВИСОКОЧАСТОТНІ МАГНІТНО-М’ЯКІ МАТЕРІАЛИ
При високих частотах зростають тепловівтрати, погіршуються магнітні властивості феромагнетика – зменшенням магнітноїпроникливості.
Одним з ефективних способів пониженнятеплових втрат є застосування матеріалів з високим електричним опором –діелектриків. До таких матеріалів відносяться ферити, які відіграють важливуроль в сучасній електроніці. Ферити виготовляють спіканням оксидів. Питомийелектричний опір їх досягає 1012 Ом·м, що визначає можливістьвикористання їх в області високих радіочастот та надвисоких частот.
За своїми магнітними властивостями приневисоких частотах вони поступаються феромагнітним металам та сплавам на їхоснові. Їх магнітна проникливість μ/ невисока та змінюється вширокому інтервалі значень – від декількох тисяч до декількох одиниць; малаіндукція насичення, відносно висока коерцитивна сила, невисоку температуриточки Кюрі Θ ≤ 300о C обмежують їх робочу температуру тапогіршують температурну стабільність властивостей.
До недоліків феритів відносять їх високучутливість до остаточних напружень, в тому числі теплового тамагнітострикційного походження. Вони володіють всіма властивостями кераміки:тверді, крихкі, при спіканні дають велику усадку. Обробляти їх можна лишеалмазним інструментом. Властивості феритів залежать від різних технологічнихфакторів (розмір та однорідність порошків оксидів, питомі навантаження припресуванні, температура спікання, режим охолодженні та ін.). Все ускладнюєотримання феритів з заданими властивостями та такими, що повторюються.
Ферити спікають з подвійних оксидів типуFeO·Fe2O3. Для підвищення електроопору іон заліза Fe2+в оксиді замінюють двовалентними іонами Zn, Mn, Ni, Mg. Кристалічна решіткатаких оксидів – шпінель (кубічна).
Магнітні властивості феритіввизначаються їх хімічним складом, а також залежать від умов експлуатації та, впершу чергу, від частоти перемагнічування.
Ферити для пристроїв, які застосовуютьсяна радіочастотах. До них відносяться Mn – Zn та Ni – Znферити.
На першому місці в марці стоїть число,яке відповідає μ (відносна проникливість). На другому – букви, яківизначають частотний діапазон: Н – низькочастотні, ВЧ – високочастотні. Натретьому – буква, що означає легуючий елемент: Н – нікель-цинковий, М –марганцево-цинковий ферит. Для високочастотних феритів легуючий елемент невказується, наприклад, 30ВЧ2 – μ = 30, високочастотний, різновидністьдруга.
Ферити Mn – Zn мають високу магнітнупроникливість, але відносно невисокий питомий електроопір, що обмежує їхвикористання при високих частотах (
1 феритипершої групи не містять спеціальних добавок та використовуються в діапазонічастот до 1 МГц, коли не ставляться підвищені вимоги до температурноїстабільності початкової магнітної проникливості;
2 феритидругої групи містять присадки оксидів кобальту та інших металів, які вводятьдля покращення температурної стабільності початкової магнітної проникливості,та призначені для використання в слабких та середніх полях на частотах до 3МГц.
Ферити Ni – Zn відрізняються високимпитомим електроопором, малими втратами, тому їх використовують прибільш високихчастотах (
1 феритипершої групи не містять спеціальних присадок та застосовуються для роботи вслабких та середніх полях на частотах до 2 МГц;
2 феритидругої групи містять 50 % Fe2O3, значну кількість (1 – 8%) інших оксидів. Такі ферити застосовуються для роботи на частотах до 55 МГц;
3 ферититретьої групи містять надлишок Fe2O3 (54 – 59 %), а такожприсадки кобальту та інших оксидів (до 1 %), які вводять для покращеннявластивостей такі ферити призначені для використання в слабких полях начастотах до 200 МГц.
Ферити для пристроїв, які застосовуютьсяна високих частотах (
Ферити мають складний склад, їхвиготовляють з чотирьох та більше оксидів. В їх числі ферит одновалентного літіюLi2O·5Fe2O3 зі структурою шпінель та ферити, вяких частина іонів барію замінена кобальтом (BaCo)O·Fe2O3.
Такі складно леговані феритихарактеризуються високим питомим опором (до 1012 Ом·м), стабільністюмагнітної проникливості, низькими втратами та зберігають ці параметрипостійними до 800 МГц.
Ферити для пристроїв, які застосовуютьсяна надвисоких частотах НВЧ (> 800 МГц).
Можливість застосування феритів притаких частотах визначає резонансне поглинання, що виникає в тих випадках, колина ферит, перемагнічуваний високочастотним полем, накладено перпендикулярнепостійне магнітне поле Н0.
Ферити для НВЧ вибирають з врахуваннямтипу пристроїв, частотного діапазону, рівня потужності та кліматичних умов.
Ферити зі структурою шпінельвиготовляють спіканням оксидів нікелю та магнію. Їх склад відповідає формуліMeO·Fe2O3. Ферити, які використовують при більш високихчастотах, додатково легують трьохвалентними металами хромом та алюмінієм. Вониописуються формулами MgO·(FeCr)2O3, MgO·(FeAl)2O3або NiO·(FeCr)2O3.
Ферити – гранати маютькристалічну решітку мінералу граната, їх формула 3Me2O3·5Fe2O3.Як легуючі елементи в них використовують рідкоземельні метали (РЗМ).Застосування знаходять полі- та монокристали.
Полікристалічні ферити – гранативиготовляють спіканням оксидів рідко земельних металів: ітрію, гадолінію та ін.
Ортоферити,так як і ферити – гранати, виготовляють з оксидів заліза, легованих РЗМ. Складїх відповідає формулі R·FeO3, де R – ітрій, гадоліній, самарій іт.д. Монокристали ортоферитів отримують методом безтигельної зонної плавки.
Ферити з прямокутною петлею гістерезису(ППГ). Такі ферити використовуються в обчислювальнійтехніці. Найширше використання отримали ферити з оксидів Mg і Mn. Найкращіхарактеристики спостерігаються в феритів складу MgO·3MnO·3Fe2O3,а також в полі феритів, які містять крім перерахованих трьох оксидів оксидикальцію, цинку, літію.
В залежності від особливостей пристроївзастосовують різні за властивостями ферити з прямокутною петлею гістерезису: знизькою коерцитивною силою та з високою коерцитивною силою.
МАТЕРІАЛИ З ОСОБЛИВИМИ МАГНІТНИМИВЛАСТИВОСТЯМИ
Сплави з великим коефіцієнтоммагнітострикції. Ці сплави застосовують для сердечниківперетворювачей магнітних коливань в ультразвукові, для виготовлення ультразаписуючих головок, в установках для обробки твердих матеріалів. Крім висококоефіцієнта магнітострикції ці сплави повинні мати малу коерцитивну силу тависокий питомий електроопір.
Найбільшу магнітострикцію має нікель.Завдяки високій пластичності він застосовується в вигляді тонких листів(товщиною 0,1 мм і не менше); характеризується малим електроопором (0,08мкОм·м), а відповідно застосовується для низьких частот.
Високу магнітострикцію має сплав залізаз 13 % Al. Він має значно вищий електроопір (0,96 мкОм·м), і тому при тих жевтратах пластини його можуть бути в 2 – 3 рази товстішими, ніж пластини нікелю.Більш високий коефіцієнт магнітострикції мають сплави заліза, що містять 50 %Со, які використовують для перетворювачів великої потужності. Сплав заліза з платиноюмає найвищий коефіцієнт магнітострикції, однак він є досить дорогим.
Термомагнітні сплави.Інтенсивність намагнічування зменшується з підвищенням температури. До нихвідносять сплав заліза з нікелем (30 – 35 %), який перестає бути феромагнітнимпри 100о С. Введення хрому або алюмінію додатково понижуєтемпературу точки Кюрі.
ЛЕКЦІЯ №3
МАГНІТНО–ТВЕРДІ МАТЕРІАЛИ
1. Основні вимоги до магнітно-твердихматеріалів
2. Прецизійні магнітні матеріали зіспеціальними властивостями
ОСНОВНІ ВИМОГИ ДО МАГНІТНО-ТВЕРДИХМАТЕРІАЛІВ
Магнітно-тверді матеріали використовуютьсядля виготовлення постійних магнітів. Вони намагнічуються в сильних полях, маютьвеликі втрати при перемагнічуванні.
Важливою характеристикоюмагнітно-твердих матеріалів є максимальна питома магнітна потужність.Розмагнічування пов’язане з тими ж процесами, що і намагнічування: зміщеннямдоменної стінки та обертанням реакторів намагнічування. Необоротність цихпроцесів призводить до неспівпадіння кривих намагнічування та розмагнічування,а при перемагнічуванні до появи петлі гістерезису.
Для одно доменних кристаліврозмагнічування проходить тільки в результаті обертання векторівнамагнічування.
Розмір однодоменних кристаліввизначається формою кристала, параметром кристалічної решітки та магнітнимихарактеристиками. Для заліза діаметр одно доменного кристала рівний 0,05 мкм.
Необоротні процеси обертання векторівнамагнічування визначають Нс тонких плівок та багатьох багатофазнихсплавів. Тонкі плівки товщиною 0,1 – 30 мкм однодоменні та магнітно-анізотропні.При товщинах, близьких до 30 мкм, в плівках стрічкова доменна структура. Довгідомени намагнічуються в взаємно протилежних напрямках та обертаються всієюсистемою стрічок під дією зовнішнього поля. Такий спосіб використовують вінформаційних приладах.
Велике значення Нс маютьбагатофазні сплави зі структурою одно доменних не рівноважних феромагнітнихвключень в немагнітній основній фазі. В таких сплавах розмагнічування проходитьв наслідок обертання векторів намагнічування феромагнітних включень.
В сплавах з феромагнітною основною фазоюта не феромагнітними включеннями розмагнічування може розвиватись шляхомзміщення доменної стінки.
Все це дозволяє сформулювати вимоги доскладу та структури магнітно-твердих матеріалів. Переважне застосування маютьсплави, а не чисті метали. Можна використовувати однофазні сплави з однодоменною не рівноважною формою кристалів або багатофазні сплави з різноюмагнітністю основи та включень.
Властивості магнітно-твердих матеріалівоцінюють стабільністю в умовах тривалої експлуатації при можливих коливанняхтемператури. Нестабільність властивостей може викликатись структурними змінами(структурне старіння), а також ударами та вібрацією (магнітне старіння).
Магнітно-тверді матеріали для постійнихмагнітів класифікують за способом виготовлення на литі, порошкові, деформуємі.
Дані матеріали використовують длявиготовлення постійних магнітів. Вони намагнічуються в сильних полях Н>1000кА/м, мають великі втрати при перемагнічуванні, залишкову індукцію Вr=0,5…1Тл і коерцитивну силу Нс≤560 кА/м. Їх поділяють:
1. Литіпостійні магніти. До них відносять сплави Fe-Ni-Alна основі заліза. Дані сплави містять 12–35 % Ni, 6,5–16 % Al. Застосовуютьсплави, які додатково леговані міддю, кобальтом, ніобієм і титаном. Всі вонопокращують магнітні властивості, а мідь знижує їх розбіжності при неминучихколиваннях складу. Маркують ці сплави так як і сталі.
Марки сплавів: ЮНД4 (13…14% Al, 24…25%Ni, 3…4% Cu, решта Fe), ЮНТС (13…16% Al, 32…35% Ni, 0,4…0,5% Ti, 1…1,5 % Si рештаFe), ЮНДК15 (8,5…9,5% Al, 19…20% Ni, 3…4% Cu, 14…15% Co решта Fe) та ін.Бувають: статорні, роторні, профільні, циліндричні литі постійні магніти.
2. Спечені магніто-тверді матеріали.
· Сплави типу Fe-Ni-Al отримують спіканнямпорошків металів при 1300°С в атмосфері аргонуабо в іншій захисній атмосфері. Маркують їх ММК1…ММК11, де букви ММК означають– магніт металокерамічний, а цифра вказує порядковий номер магніту; ззростанням порядкового номеру магнітні властивості матеріалу збільшуються. Такісплави використовують для дрібних і точних за розміром магнітів.
· Магніто-тверді ферити отримуютьспіканням порошків оксидів Fe, Ba і Co. За своїми магнітними властивостями вонипоступаються литим сплавам Fe-Ni-Al. Оскільки вони являються діелектриками, томожуть використовуватись як постійні магніти в високочастотних магнітних поляхбез теплових втрат.
Властивості деяких феритів барію ікобальту приведені в таблиці.ферит склад Магнітна анізотропія
wmax, кДж/м3
Вr, Тл 6БИ240
BaO×6Fe2O3 немає 3 0,19 28БА190
BaO×6Fe2O3 є 14 0,39 10КА165
CoO×6Fe2O3 є 5 0,23 14КА135
CoO×6Fe2O3 є 7,5 0,28
Цифра, яка стоїть в марці на першомумісці, визначає значення (ВхНх)max=2wmax;буква вказує метал в оксиді; букви И і А відповідно означають ізотропний чианізотропний ферит; останні три цифри дорівнюють коерцитивній силі НсМ,яка визначена за намагнічуваністю М.
· Спечені магніто-тверді матеріали наоснові порошкових сумішей К – кобальту, С – самарію, П – празеодима. Маютькристалічну гратку з малою симетрією, що визначає великі значення анізотропії ікоерцитивної сили.
Марки сплавів: КС37, КС37А (37 % Sm, 63% Co), КСП37, КСП37А (37% Sm+Pr, 63 % Co). Цифра відповідає вмісту самарію чи середньому сумарномувмісту самарію та празеодима. Буква А в кінці марки вказує, що сплав маєпокращену текстуру.
3. Матеріали магніто-тверді, що здатні додеформації.
Сплави на основі пластичних металівзаліза, хрому, кобальту, міді. Піддають гарячій і холодній пластичнійдеформації та застосовують для виготовлення постійних магнітів діаметром ≤100 мм. Отримують стрічку, дріт.
Високі магнітні властивості цих сплавівотримують після гартування та старіння, що пояснюється отриманнямдрібнодисперсних феромагнітних фаз у немагнітній основі. Крім того, післяпластичної деформації можливе формування кристалографічної текстури, щододатково покращує магнітні властивості.
Деформовані сплави для виготовленнямагнітівНазва сплаву Хімічний склад, % Марка Хромко 45 Fe, 30 Cr, 25 Co 30ХК25 Вікаллой 52 Co, 35 Fe, 13 V 52К13Ф Куніко 50 Cu, 21 Ni, 29 Co – Куніфе 60 Cu, 20 Ni, 20 Fe – Платинакс 78 Pt, 22 Co ПлК78
До групи магніто-твердих матеріаліввідносять також леговану високовуглецеву сталь з вмістом вуглецю >1,0%. Після гартування та низького відпускання така сталь має структуру мартенситуз дрібнодисперсними неферомагнітними включеннями цементиту, що забезпечує добрімагнітні властивості.
Магніто-тверда сталь є доситьтехнологічною при гарячій обробці тиском та різанні, тому знайшла використанняв магнітах великих розмірів.
Для підвищення прогартовуваності стальлегують хромом, а легування кобальтом та молібденом дозволяє покращити магнітнівластивості. Найбільш типові марки магніто-твердої сталі представлені утаблиці.
Сталь
Магнітна потужність, кДж/м3 Коерцитивна сила, кА/м Залишкова індукція, Тл ЕХ3 1,2 4,8 0,95 ЕХ5К5 1,6 8 0,85 ЕМК10 1,8 10,5 0,80 ЕХ9К15М2 2,4 13,6 0,80
У маркуванні магніто-твердих сталейперша буква Е вказує, що сталь є магніто-твердою. Решта букв та цифри вказуютьлегуючий елемент і його вміст у відсотках.Доокремої групи магніто-твердих матеріалів відносять сплави дисперсійноготверднення. Це сплави на базі систем: Fe-Ni-Al, Fe-Cu-Ni, Fe-Mo-Co, Fe-V-Co. Отриманнявисоких значень коерцитивної сили в цих матеріалів слід пов’язати з процесомдисперсійного тверднення, який носить своєрідний характер. При термічнійобробці розпад перенасиченого твердого розчину литих сплавів супроводжуєтьсявиділенням високодисперсійних часток, які, крім того, мають кристалічну будовублизьку до будови твердого розчину.
Сплави дисперсійного зміцнення маютьнаступні назви та склад:
· комоль (0,05 %С; 15 % Mo; 10 % Co; Fe –решта);
· альні (0,1 %С; 11…15 %Al; 20…25 %Ni; Fe– решта), марки АН1, АН2, АН3;
· альнісі (0,1 %С; 1 %Si; 13 %Al; 33 %Ni;Fe – решта), марка АНК;
· альніко (0,1 %С; 12…24 %Сo; 9…10 %Al;13…20 %Ni; Fe – решта), марки АНКо1, АНКо2, АНКо3, АНКо4;
· магніко (0,1 %С; 20 %Сo; 8 %Al; 11 %Ni;Fe – решта).
ПРЕЦИЗІЙНІ МАГНІТНІ МАТЕРІАЛИ ЗІСПЕЦІАЛЬНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ
З даного класу магнітних матеріалівможна виділити наступні групи:
· сплави з високою магнітною проникністю(пермалой, альсифер);
· сплави з підвищеною постійністюпроникності та магнітною стабільністю (пермінвар, ізоперм);
· сплави з високою індукцією (пермендюр);
· сплави термомагнітної компенсації(кальмалой, термалой);
· сплави з високою магнітострикцією(інвар);
До пермалоїв відносять залізонікелевісплави з високою магнітною проникністю у слабких полях. Розрізняютьнизьконікелеві пермалої (45Н, 50Н, 60НХС) та високонікелеві (79НМ, 80НХС,81НМА). Цифра попереду марки пермалоя вказує вміст нікелю, а букви що стоятьпісля букви Н легуючі елементи: Mo, Cr, Si, V, ін.
Для заміни пермалою використовують більшдешеві сплави системи Fe-Al-Si, що отримали назву альсифери. Рекомендованийсклад альсиферу: 6,0% Al; 9,5%Si; Fe– решта. Альсифер дуже крихкий та твердийматеріал, тому застосовується у вигляді виливків.
У радіоапаратурі та апаратурі зв’язкувикористовують сплав типу пермінвар – Fe-Ni-Co сплав. Рекомендований складпермінвару наступний: 45%Ni; 25%Co; решта – Fe.
Постійною проникністю та високоюмагнітною стабільністю характеризуються сплави, що називаються ізотермами. Цісплави застосовують в холоднокатаному стані. Типовий хімічний склад:40%Ni;15%Cu; 5%Al; Fe – решта.
В багатьох магнітних приладах(електромагніти, осцилографи, мікрофони) для створення потужного магнітногополя використовують залізокобальтові сплави. Такі сплави називають пермендюром(0,1%С; 49…51%Co; 1,5…2,0%V Fe – решта).
Для запобігання змін індукції тавідповідно виникненню похибок приладів при зміні температур застосовуютьспеціальні міднонікелеві сплави, які отримали назву кальмалої. Вміст міді в цихсплавах становить 30…40 %. Недоліком кальмалою є порівняно низька індукція, щовимагає збільшення розмірів деталей. Для зменшення розмірів шунтів та осердьзастосовують термалій. Це сплави наоснові системи Fe-Cr-Ni. Найширше використання в техніці знайшов термалійскладу: 8…13%Cr; 35%Ni.
Інвар – це сплав, що характеризуєтьсявисокою магнітострикцією, тобто здатністю змінювати розміри в магнітному полі.Інвар широко використовується для генерації механічних коливань (ехолоти). Доінвару відносять сплави на залізохромонікелевій основі.