Классификация магнитных материалов
Магнитные материалы находят самое широкое распространение в электротехнике, без них в настоящее время немыслимы электрические машины, трансформаторы, электроизмерительные приборы.
В зависимости от применения к магнитным материалам предъявляются различные, подчас противоположные, требования. По признаку применения магнитные материалы классифицируются на две большие группы:
магнитомягкие;
магнитотвердые.
Рассмотрим кратко их характеристики.
Это сплавы железа с- никелем — пермаллои и гипермы, с алюминием и кремнием — альсиферы и с кобальтом — пермендюры. Эти сплавы характеризуются начальной проницаемостью в 20000...30 000 Гн/м, максимальной — до 200000 Гн/м и коэрцитивной силой — до 0,02 Э.
Перечисленные сплавы широко используются для изготовления сердечников радиотрансформаторов, реле, магнитных экранов приборов, кабелей и т. д.
Специальные магнитомягкие сплавы — это термомагнитные сплавы, с почти постоянной магнитной проницаемостью и с резкой зависимостью магнитной проницаемости от температуры.
Первую группу составляют сплавы железа с никелем и кобальтом —перминвары. Они имеют малую коэрцитивную силу и проницаемость, равную 300 Гн/м, значение которой сохраняется в интервале напряженности до 3 Э при индукции 0,1 Т. Но сплав недостаточно стабилен в магнитном отношении и чувствителен к колебаниям температуры и механическим напряжениям.
Более магнитоустойчивыми являются сплавы железа с никелем и алюминием и железа с никелем и медью — изопермы. Они получили широкое распространение в радиоаппаратуре, приборах, автоматике.
Вторую группу составляют сплавы никеля с медью — кальмаллои, железа с никелем — термаллои и железа с никелем и хромом — компенсаторы. Эти сплавы применяются для компенсации температурной погрешности, вызываемой изменением индукции постоянных магнитов или сопротивления проводов в магнитоэлектрических приборах по сравнению с теми значениями, при которых проводилась градуировка. Они нашли применение для изготовления магнитных шунтов в приборах.
Немагнитные стали и чугуны применяются для изготовления бандажей роторов генераторов, бандажной проволоки, валов специальных машин, болтов для креплений. Устойчивые немагнитные свойства стали и чугуна достигаются путем присадок к железу никеля или марганца. Благодаря присадкам электрическое сопротивление сплавов оказывается значительным и потери на вихревые токи при работе этих сплавов в переменных магнитных полях — малыми. В настоящее время разработаны и другие немагнитные Сплавы, не содержащие дорогостоящего никеля.
Магнитотвердые материалы
В отличие от магнитомягких материалов магнитотвердые материалы должны обладать как можно большей коэрцитивной силой, поскольку их основное применение — изготовление постоянных магнитов.
Установлено, что проницаемость этих материалов невелика и тем меньше, чем выше коэрцитивная сила.
Важнейшей характеристикой материала для постоянных магнитов является энергия, отдаваемая магнитом во внешнюю среду. Эта энергия пропорциональна произведению магнитной индукции и напряженности в воздушном зазоре магнита. Для изготовления неответственных постоянных магнитов наибольшее применение находит обычная закаленная углеродистая сталь (структура мартенсит). Эта сталь обладает остаточной магнитной индукцией 0,8...
9 Т и коэрцитивной силой 50... 60 Э. Однако сталь нестабильна против механических воздействий, для повышения стабильности в нее вводят добавки: вольфрам, хром, молибден, кобальт. Легированные стали при остаточной магнитной индукции 0,8... 0,9 Т имеют коэрцитивную силу 90...220 Э и в 2...3 раза большую магнитную энергию, чем обычная углеродистая сталь.
Сплав железа с алюминием и никелем — альни при остаточной магнитной индукции 0,55 Т имеет коэрцитивную силу 550 Э и в 4,5 раза большую магнитную энергию по сравнению с углеродистой сталью. Свойства сплава улучшаются при добавке к нему кремния — альниси или кобальта — альнико. А сплав альнико с добавкой меди — магнико обладает магнитной энергией, примерно в 15 раз большей, чем энергия углеродистой стали. Сплавы альнико сохраняют стабильность своих свойств под воздействием нагрева, механических ударов и внешних размагничивающих полей лучше, чем кобальтовые и вольфрамовые.
Магниты из сплава магнико легкие, при равной магнитной энергии они в 4 раза легче магнитов из сплава альни и в 22 раза легче магнитов из хромистой стали.
Рекордные значения коэрцитивной силы и магнитной энергии получают, добавляя к сплавам платину.
