М'які магнітні композити
Товщина магнітом'яких матеріалів відіграє важливу роль для зменшення втрат на вихрові струми, тому магнітом'які сплави повинні виготовлятися у формі тонкого ламінування для динамічного використання. Якщо ми розділимо інші два розміри м’якої магнітної стрічки, тобто ми використовуємо м’які магнітні сплави у формі порошків, тоді втрати на вихрові струми можна ще більше зменшити, а компоненти, виготовлені з яких, можна використовувати при значно вищих умовах. частоти. Для реалізації такого використання спочатку готують порошки сплаву (у більшості випадків методами розпилення), потім частинки повинні бути покриті ізоляційним шаром, після чого порошки змішуються з невеликою кількістю мастила та інтенсивно пресуються. тиск 600-800 МПа до кінцевої форми. М’які магнітні вироби, виготовлені за допомогою таких процесів, називаються м’якими магнітними композитами (SMC) або порошковими сердечниками. Іншою перевагою SMC є те, що з них можна виготовляти сердечники спеціальної форми, які навряд чи виготовляються традиційними методами укладання ламінування, що сприяє новому дизайну електромагнітних пристроїв. Основним недоліком SMC є те, що їхня проникність відносно низька. На сьогодні найбільш поширеними СМК є порошки Fe, Fe-Si, Fe-Si-Al, Fe-Ni, аморфні та нанокристалічні сплави тощо.
М'які ферити
Усі згадані вище магнітом’які матеріали є металами, тому ефекту вихрових струмів не уникнути. М’які ферити відрізняються тим, що вони є іонними сполуками та мають питомий опір на кілька порядків вище, ніж у металевих магнітом’яких матеріалів. Тому для додатків із частотою до 1 МГц м’які ферити є найкращим вибором щодо втрат енергії. Основним недоліком м'яких феритів є відносно низька BS. Два види найпоширеніших м’яких феритів – це ферити Mn-Zn ((Mn, Zn)Fe2O4) і ферити Ni-Zn ((Ni, Zn)Fe2O4). Ферити Mn-Zn зазвичай використовуються на частотах нижче 1 МГц, тоді як ферити Ni-Zn можна використовувати на набагато вищих частотах, але BS і проникність для останніх нижчі.
Чавун і низьковуглецеві сталі
Залізо та низьковуглецева сталь можуть бути найпоширенішими та найдешевшими магнітом’якими матеріалами. Вони мають досить високе значення BS ~2,15 Тл, що поступається лише дорогим сплавам Fe-Co. Але їх питомий опір досить низький, що обмежує їх використання в динамічних додатках. Чавун і низьковуглецева сталь зазвичай використовуються для статичних/низькочастотних застосувань, таких як серцевина електромагнітів, реле та деякі двигуни малої потужності, для яких вартість матеріалів є основною проблемою.
Залізо-кремнієві сплави
Додавання невеликої кількості кремнію до заліза помітно збільшить його питомий опір, тому це дуже корисно для запобігання втрат на вихрові струми. Незважаючи на незначне зниження намагніченості насичення і температури Кюрі, сплави Fe-Si широко використовуються в електричних машинах, що працюють на частотах від 50 Гц до кількох сотень Гц. Для подальшого зменшення втрат на вихрові струми Fe-Si сплави часто прокатують у формі тонких смуг. Товщина найпоширенішого сплаву Fe-Si дорівнює або менше 0,35 мм. Залежно від умов прокатки та термічної обробки сплав Fe-Si можна класифікувати як зернисто-орієнтований (GO) і неорієнтований (NO). GO Fe-Si використовується для трансформаторів, тоді як NO Fe-Si використовується для електродвигунів.
Залізонікелеві сплави
Нікель можна додавати до заліза для утворення однорідних твердих розчинів у широкому діапазоні складу 35 мас. % до 80 мас. % Ni. Сплави зі складом, близьким до Fe20Ni80, були названі пермаллоєм (сьогодні люди схильні називати пермаллоєм усі залізо-нікелеві сплави з вмістом нікелю вище 35 мас. %). Незначний вміст інших елементів, таких як Mo, Cu та Cr, зазвичай додається для покращення магнітних властивостей пермаллоя. Оброблений шляхом делікатного коригування складу та термічної обробки, пермалой може бути одним із найм’якших магнітних матеріалів у світі, проникність якого може досягати 1 200 000. Одним із недоліків пермаллоїв є їх намагніченість насичення, яка становить лише близько 0,8 Тл, що набагато нижче, ніж у заліза та сплавів Fe-Si. Зі зменшенням вмісту нікелю BS спочатку зросте, досягне своїх максимумів 1,6T при вмісті нікелю близько 48 мас. %, проте проникність не буде такою хорошою, як у сплавів з високим вмістом нікелю. Залізо-нікелевий сплав є найбільш універсальним магнітним сплавом, його магнітні властивості можна регулювати, регулюючи склад, магнітний відпал, механічну прокатку тощо. Залізо-нікелевий сплав також має дуже хорошу здатність до формування, його можна розкачати до тонкості 20 мікрон. Як наслідок, сплави нікелю та заліза можна знайти в широкому застосуванні, наприклад, для екранування магнітного поля, переривача замикання на землю, магнітних датчиків, записуючої головки для магнітних стрічок, силової електроніки тощо.
Залізо-кобальтові сплави
Додавання кобальту до заліза підвищить як температуру Кюрі, так і BS. Для вмісту кобальту в межах 33 мас. % до 50 мас. %, BS може досягати 2,4T. Хоча вони не такі м’які, як залізо-нікелевий сплав, залізо-кобальтові сплави мають найвищий показник BS серед усіх інших магнітних сплавів. Для підвищення пластичності додають 2 мас. % ванадію додається до сплаву Fe50Co50, щоб його можна було розкачати до 50 мікрон. Додавання ванадію також може збільшити питомий опір залізо-кобальтового сплаву. Завдяки найвищому BS залізо-кобальтові сплави є незамінними для застосувань, де потрібне високе співвідношення потужності до ваги, наприклад двигунів і трансформаторів, що використовуються в космічних пристроях.
Аморфні та нанокристалічні сплави
Аморфні сплави, які також часто називають металевими стеклами, можна отримати шляхом швидкого затвердіння. В аморфних сплавах немає дальнього порядку для атомів, тому питомий опір зазвичай високий, і немає магнітокристалічної анізотропії. Крім того, аморфні стрічки товщиною приблизно від 20 до 30 мікрон можна легко виготовити за допомогою плоского поточного лиття. Усі ці ознаки гарантують, що аморфні сплави є чудовими кандидатами на м’які магніти. Відповідно до складу більшість комерційно доступних аморфних м’яких магнітів можна класифікувати як на основі Fe, Co-основи та (Fe, Ni). Для цих трьох типів загальний вміст Fe, Co та Ni становить близько 75-90 мас.%, залишкові металоїди та склоутворюючі елементи, такі як Si, B, P, C та Zr, Nb, Mo , і т.д. Серед цих типів на основі заліза найвища BS близько 1,6 Т і найнижча вартість. Втрати заліза в аморфному сплаві на основі заліза становлять лише одну третину втрат у сталі Fe-Si. Якщо Fe-Si сталь у силових трансформаторах можна замінити аморфним сплавом на основі Fe, можна заощадити величезну кількість електроенергії, але вартість матеріалів для останнього буде вищою. Аморфні сплави на основі кобальту зазвичай мають BS нижче 0,8 Т, але набагато вищу проникність і майже нульове значення магнітострикції, що можна порівняти з найм’якшим пермалою, і можуть працювати навіть краще на вищих частотах завдяки своєму вищому питомому опору. Аморфні сплави на основі (Fe, Ni) мають середні магнітні властивості порівняно з двома іншими.