Некоторые свойства магнитно-мягких сплавов группы пермаллоев

Свойства и характеристики сплавов пермаллоя

Некоторые свойства магнитно-мягких сплавов группы пермаллоев

Пермаллой – магнитомягкий сплав никеля и железа, часто дополнительно легированный другими металлами. Полезными свойствами материала являются высокая магнитная проницаемость, малая коэрцитивная сила и практически отсутствующее изменение линейных и объёмных размеров при намагничивании.

Изобретён пермаллой был в 1913г. американским инженером Г. В. Элменом, работавшим на Bell Telephone Laboratories. Сплав применили для экранирования трансатлантического телеграфного кабеля в 1924 г., что говорит о его промышленном производстве уже в то время.

Внедрение материала в СССР произошло несколько позже, первый ГОСТ появился в 1963 г. Однако, применение пермаллоев ограничивается из-за зависимости свойств этих сплавов от условий температурной обработки на производстве.

И в наше время материал используют только в тех случаях, когда это оправдано с технической и экономической точек зрения.

Состав

Пермаллой относится к прецизионным сплавам, что означает строгое нормирование химического состава и его физико-механических характеристик. Состав этой группы материалов зафиксирован в ГОСТ 10994-74, там же указаны правила маркировки. Марка состоит из литерных обозначений легирующих компонентов и стоящих перед ними чисел, отражающих их массовую долю в сплаве.

Скачать ГОСТ 10994-74

Соответствие между буквами и химическими элементами следующее:

  • Г – марганец;
  • Х – хром;
  • Н – никель;
  • Д – медь;
  • А – азот;
  • Ф – ванадий;
  • Б – ниобий;
  • В – вольфрам;
  • Е – селен;
  • К – кобальт;
  • Л – бериллий;
  • М – молибден;
  • Р – бор;
  • Т – титан;
  • Ю – алюминий;
  • Ц – цирконий;
  • П – фосфор;
  • Ч – редкоземельные металлы.

Основным рабочим составом пермаллоя служит марка 79HM, у неё наибольшая магнитная проницаемость. В сплаве высокое содержание никеля и молибден в качестве легирующего компонента, который делает пермаллой более технологичным.

Упрощается производственный процесс, материал становится более устойчив к механическим воздействиям, вырастает удельное электросопротивление, улучшается магнитная проницаемость соединения. У добавки молибдена есть отрицательный эффект – уменьшение индукции насыщения.

Похожими особенностями в качестве улучшающего компонента обладает хром.

Для упрощения механической обработки металла, повышения температурной стабильности и получения постоянной магнитной проницаемости в узких интервалах напряжённости магнитного поля в пермаллой добавляют некоторое количество меди.

Марганец и кремний добавляют для увеличения удельного сопротивления. В сплавах с большой долей никеля для повышения электросопротивления и снижения темпа охлаждения в качестве легирующих добавок применяют хром, кремний, медь, ну и молибден, про который уже говорилось ранее.

Механические, электромагнитные свойства

Пермаллой устойчив к коррозии, благодаря наличию в составе никеля, сплав окисляется меньше железа, ведь для прохождения реакции между никелем и кислородом нужна температура от 500 °C. Вдобавок материал обладает неплохой ковкостью, что позволяет изготавливать достаточно тонкие листы из этого металла, он легко поддаётся механической обработке.

Магнитные свойства пермаллоя существенно варьируются, в значительной степени определяясь химическим составом соединения. В этой категории выделяют два основных вида сплавов: низконикелевые и высоконикелевые.

Типичным представителем второй группы будет 79НМ с пропорциональным содержанием никеля 78,5–80%. Для него характерными являются малая коэрцитивная сила, сильный магнитозащитный эффект и практически отсутствующая магнитострикция.

79НМ пермаллой имеет низкую электропроводимость. Дополнительными преимуществами являются мягкость и коррозийная устойчивость.

Для повышения характеристик в 79НМ добавляют фосфор, получая сплав 79НМП, отличающийся более низким коэффициентом перемагничивания и повышенной прямоугольностью гистерезисной петли.

Похожий сплав, но с немного большей долей молибдена, 5% вместо 4%, носит название суперпермаллой. При соблюдении технологии изготовления и контроле качества в нём достигается показатели относительной магнитной проницаемости µ начальное равный 100000, и µ максимальное – 1000000.

В низконикелевых пермаллоях содержание этого металла колеблется в пределах 40–50%, типичным представителем является перменорм. Коэффициент относительной магнитной проницаемости перменорма находится в диапазоне 3500–35000. Его можно повысить путём дополнительной температурной обработки и созданием текстуры на поверхности пластин.

Низконикелевые пермаллои 45Н и 50Н соединяют высокую магнитную проницаемость и индукцию насыщения. По второму показателю они превосходят высоконикелевые пермаллои примерно в 1,5 раза. Сплавы 45Н и 50Н имеют высокую электропроводность и легко намагничиваются, что находит применение в высокоточных электротехнических устройствах.

Область применения

Пермаллой применяется при создании сердечников для электромагнитных катушек. Этот элемент электротехнических схем используется в трансформаторах и электроприборах для изменения характеристик электрического тока. В сердечниках из пермаллоя чаще применяются пластины-кольца, изготовленные из этого материала.

Ещё одной сферой применения является защита кабелей и микросхем от воздействия магнитных полей. Пермалоевые ленты служат экранирующей оплёткой проводов. Они снижают уровень искажения сигналов при телекоммуникации.

Сплав используется в звуковой аппаратуре. Там материал встречается в элементах звукозаписывающих головок. Здесь ключевым эксплуатационным свойством является изменения векторов намагниченности.

Пермаллой находит применение в различных датчиках, к примеру, материал используется в двухосном магнитометре HMC1002.

Производство металла

Следует начать с того, что пермаллой достаточно сложен в производстве, цена на изделия из данного металла устанавливается, как правило, за килограмм или тонну.

Чем тоньше прокатные листы, и чем более сложной обработке подвергся металл, тем выше итоговая стоимость. Ленты из ходовых сплавов 50Н и 79НМ стоят примерно 2500–3000 руб. за кг.

Помимо этого пермаллой продают в виде прутов, листов и порошка.

Свойства пермаллоя существенно зависят от качества термической обработки металла и наличия в составе примесей. Первоначально высоконикелевые сплавы получались в два этапа. Сначала шло нагревание сплава до температуры 900º, далее он выдерживался в таком состоянии 1 час, а затем шло постепенное охлаждение на 100º в час.

Второй этап производственного процесса начинался с повторного нагревания, в этот раз до температуры 600 ºC. После шла воздушная закалка металла на медной плите. Исследования пермаллоя выявили наличие зависимости между магнитными свойствами и скоростью нагрева и охлаждения сплава.

С увеличением темпов остывания металла его характеристики снижаются.

Впоследствии выяснилось, что для классического пермаллоя с содержанием никеля 79% двойная термическая обработка вполне может быть заменена одинарной.

При таком методе нагревание происходит в камерах заполненных чистым сухим водородом до температуры 1300° с последующим продолжительным отпуском до 400-500. Термическая обработка сплавов с меньшим содержанием никеля проще, поэтому они стоят дешевле.

Стоит отметить, что без термической обработки магнитная проницаемость у пермаллоев хуже, чем у очищенного железа.

После проката металлические пластины и ленты подвергаются ещё одному этапу обработки – отжигу. Готовый продукт не должен иметь тёмных пятен, окислов и разноцветных участков. Механические повреждения должны отсутствовать.

После отжига пермаллоивые пластины отправляются на магнитные испытания, где их свойства проверяются на соответствие действующим стандартам.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Пермаллой — свойства и применение

Некоторые свойства магнитно-мягких сплавов группы пермаллоев

Пермаллой пользуется огромным спросом в электротехнической промышленности, за счет высокого удельного сопротивления и магнитной проницаемости. Он незаменим в производстве трансформаторов, катушек индуктивности и прочих изделий. Сплав состоит из никеля и железа с небольшим содержанием других металлов, которые позволяют добиться нужных свойств.

Состав пермаллоя

В зависимости от марки пермаллой имеет в составе различное соотношение никеля и железа. Стандартный состав:

  • никель — 81%
  • железо — 19%

Иногда легируют другими металлами для получения необходимых свойств. Металл был изобретен более века назад и первоначально использовался для экранирования кабеля, протянутого на большие расстояния. В нашу страну он был завезен значительно позже и быстро получил популярность для производства электронного оборудования.

Состав металла строго нормируется и не допускает отклонений. Любые неточности приводят к изменению характеристик, что недопустимо для современного производства. Подробнее о различных видах пермаллоев можно узнать в ГОСТ 10994-74.

В зависимости от состава пермаллои делятся на:

  • высоконикилиевые, содержащие около 80% никеля. Наиболее распространенным продуктом этой группы является сплав 79НМ.
  • Низконикелевые, по большей части состоящие из железа. Такой металл имеет меньший показатель магнитной проницаемости, но обладает прекрасным удельным сопротивлением. Чаще всего применяют сплав 50НХС.

Чаще всего в качестве добавок используются следующие вещества: Г – марганец; C – кремний; X – хром; Н – никель; Д – медь; A – азот; Ф – ванадий; В – вольфрам; E – селен; К – кобальт; Л — бериллий; М – молибден; P – бор; T – титан; Ю – алюминий; Ц – цирконий; П – фосфор; Ч – прочие элементы.

Характеристики

никеля в составе делает его стойким к коррозии и воздействию агрессивных химических веществ. Благодаря этому продукция, изготовленная из железоникелевых сплавов, может применяться в любых условиях.

Кроме того, материал прекрасно поддается обработке всеми известными способами без применения сложного и дорогостоящего оборудования. Простую обработку можно выполнить даже ручным инструментом. Благодаря чему, пермаллой может использоваться в качестве сырья для производства любых деталей.

Сплав обладает высокой прочностью и пластичностью. Однако основными качествами данного металла являются высокие показатели удельного сопротивления и магнитной проницаемости.

Для получения различных свойств в сплав добавляют молибден, медь, кремний и прочие металлы. Так, например, для придания термостабильности осуществляют легирование медью.

Маркируются циферно-буквенным обозначением, где первое число означает процентное содержание никеля, затем идет буква «Н» и обозначения дополнительных компонентов содержащихся в пермаллое. К примеру, обозначение 79HM, расшифровывается как пермаллой с 79 % содержанием никеля, легированный молибденом.

Эксплуатационные характеристики пермаллоя зависят не только от его состава, но и от метода обработки. Чаще всего применяют закаленный состав, превосходящий обычный по магнитной проницаемости и электросопротивлению. Стоит отметить, что свойства зависят также от скорости нагрева и охлаждения во время термообработки.

Производство пермаллоя

Процесс производства пермаллоя технически сложен, Чаще всего он поставляется в виде ленты малой толщины. Также выпускаются пруты, листы и порошок из пермаллоя. Сам процесс является сложной процедурой, требующей сложного промышленного оборудования и высокой точности изготовления.

Во время производства пермаллой обязательно проходит термическую обработку, в противном случае магнитная проницаемость будет крайне низкой. Во время термического процесса металл нагревается до температуры 1300 ºC, после чего идет постепенное остывание на 400 ºC.

Прокатка выполняется на мощных прокатных станах, где сырье принимает форму готовой продукции. После этого полученная продукция обжигается и проходит испытания и контроль качества. Данный металл используется в современном высокоточном оборудовании, поэтому брак и различные отклонения от государственных стандартов не допустимы.

Применение 

Пермаллой является сложным в производстве дорогостоящим металлом. Поэтому его стараются использовать там, где без него нельзя обойтись. Однако не смотря на это, он широко распространен в электротехнике и прочих отраслях промышленности.

Изначально применялся для уменьшения искажений в телекоммуникационных проводах. В настоящее время невозможно себе представить изготовление сердечников трансформаторов и катушек индуктивности без применения пермаллоя. Здесь необходим материал, который способен накапливать энергию в магнитном поле, сложно найти другой металл, который позволит сделать это также эффективно.

Пермаллой способен получать максимальную индукцию даже при слабом магнитном поле. Это позволяет изготавливать из него компоненты датчиков для определения магнитного поля и различных измерительных приборов.

В современных импульсных трансформаторах применяют пермаллой с максимальным удельным сопротивлением. Благодаря этому такие устройства при небольшом размере способны преобразовывать различные характеристики напряжения.

Также пермаллой широко востребован для изготовления звуковой и высокочастотной аппаратуры. В любом усилителе, головках динамиков и звукозаписывающем оборудовании вы найдете данный сплав. Он также является материалом для производства защитных корпусов элементов, чувствительных к магнитному воздействию.

В медицине пермаллой применяют для экранирования комнат для МРТ и прочих магнитных процедур. Также незаменим для мощных электрических микроскопов.

Порошок пермаллоев применяют для покрытия различных поверхностей, чтобы придать им необходимые свойства. Часто его используют для напыления толстого слоя на металлическую основу, что позволяет получить деталь по свойствам схожую с изготовленной из пермаллоев, но стоящую дешевле.

Цена проката

В свое время пермаллой был достаточно дефицитным сырьем, и купить его было достаточно сложно. С ростом востребованности продукта ситуация в корне изменилась и пермаллой можно купить по относительно низким ценам.

Цена зависит от состава и способа обработки. При этом форма поставки практически не влияет на ценник изделия. В любом виде стоимость пермаллоев устанавливается в зависимости от веса. Однако изделия тонкой прокатки стоят дороже, из-за многократного использования прокатного стана.

Самым дешевым изделием из пермаллоев является порошок, который наиболее прост в изготовлении.

Пермаллой сложен в производстве и требуется немало хлопот, чтобы получить необходимый по свойствам сплав. Однако не смотря на это, он широко используется в современной жизни и сложно найти современную электронную аппаратуру без данного металла.

Применение сплава востребовано благодаря уникальным свойствам изделий сырьем для которых служат пермаллои. Практически не существует металлов с подобными характеристиками удельного сопротивления и магнитных свойств.

Пермаллой

Некоторые свойства магнитно-мягких сплавов группы пермаллоев

пермаллой
Прецизионный магнитно-мягкий сплав

Физические свойства Твердость по Бринеллю

10-1 = 120÷210 МПа

Точка Кюри

(300÷900)K

Удельное электрическое сопротивление

2×10−5 Ом·см для 81Н

Коэффициент линейного расширения

((−40)÷15)·10−6 (λ100)
((−15)÷30)·10−6 (λ111)

Намагниченность насыщения

до 2 Тл

Пермалло́й — прецизионный сплав с магнитно-мягкими свойствами, состоящий из железа и никеля (45–82 % Ni). Может быть дополнительно легирован несколькими другими компонентами.

Сплав обладает высокой магнитной проницаемостью (максимальная относительная магнитная проницаемость μ~100 000), малой коэрцитивной силой, почти нулевой магнитострикцией и значительным магниторезистивным эффектом.

Благодаря низкой магнитострикции сплав применяется в прецизионных магнито-механических устройствах и других устройствах, где требуется стабильность размеров в меняющемся магнитном поле. Электрическое сопротивление пермаллоя меняется обычно в пределе 5 % в зависимости от силы и направления действующего магнитного поля.

  • 1 Механические свойства
  • 2 Электрические и магнитные свойства
  • 3 Марки
  • 4 Применение
  • 5 Примечания
  • 6 Литература
  • 7 Ссылки
  • 8 См. также

Механические свойства

Толщина скин-слоя различных сплавов от частоты электромагнитного поля.

Пермаллой является механически мягким и устойчивым к коррозии материалом.

Электрические и магнитные свойства

Для типичного соотношения никеля и железа в сплаве 81 % и 19 % соответственно, пермаллой обладает кубической решёткой и кубической магнитной анизотропией, коэффициенты которой близки к нулю. В тонких плёнках поле анизотропии, определяемое как поле, необходимое для поворота намагниченности в направлении тяжелой оси не превышает 10 Э.

В некоторых случаях одноосную анизотропию создают легированием пермалоя кобальтом (например, Ni65Fe15Co20). Одноосную анизотропию в плёнках можно также получить электроосаждением в магнитном поле 0,5 кЭ (40 кА/м).

Отдельное подавление магнитной анизотропии (но не магнитострикции) возможно в аморфных формах пермаллоев с использованием бора (например, Ni40Fe40B20).

Отличительной особенностью Ni81Fe19 является так же близкий к нулю коэффициент магнитострикции. Намагниченность насыщения пермаллоя составляет величину порядка 104 Гс (1 Тл).

Удельное электрическое сопротивление пермаллоя составляет 2·10-5 Ом·см, а магнеторезистивный коэффициент лежит в пределах от 2 до 4 % (2% для полей порядка 3,75 Э или 300 А/м). В частности, проводимость электронов с основным направлением спинов превышает проводимость для неосновного направления в шесть раз.

Зависимость точки Кюри и намагниченности насыщения от доли никеля в пермаллое

Марки

Состав прецизионных магнитно-мягких сплавов определяется ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки.», технические условия определяются ГОСТ 10160-75 «Сплавы прецизионные магнитно-мягкие. Технические условия».

Согласно ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки.» маркировка сплавов (кроме термобиметаллов) состоит из двузначного числа, обозначающего среднюю массовую долю элемента и буквенного обозначения элемента после цифры.

Железо в маркировке сплава не указывается.

Сплавы, обладающие высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой в слабых полях:

64Н (65Н) 81НМА 68НМ, 68НМП
76НХД, 76НХДП 40НКМ, 40НКМП 79НМ, 79НМП
45Н 79Н3М 47НК
80НХС 50Н, 50НП 50НХС
МаркировкаЭлемент
Г марганец Mn
С (от лат. «силициум») кремний Si
Х хром Cr
Н никель Ni
Д медь Cu
А азот N
Ф ванадий V
Б ниобий Nb
В вольфрам W
Е селен Se
К кобальт Co
Л бериллий Be
М молибден Mo
Р бор B
Т титан Ti
Ю (от «ювенал») алюминий Al
Ц цирконий Zr
П (от лат. «phosphorus») фосфор P
Ч редкоземельные металлы

Основной сплав из группы пермаллоев — 79НМ:

FeCSiMnNiSPMoTiAlCu
13,73 — 16,8 до 0,03 0,3 — 0,5 0,6 — 1,1 78,5 — 80 до 0,02 до 0,02 3,8 — 4,1 до 0,15 до 0,15 до 0,2

Применение

Схема экранирования кабеля пермаллоем

Пермаллой используется для изготовления трансформаторных пластинок, для элементов магнитных записывающих головок. Первоначально, пермаллой использовался для уменьшения искажения сигнала в телекоммуникационных кабелях как компенсатор их распределённой ёмкости.

Магниторезистивные свойства пермаллоя используют в датчиках магнитного поля, в частности в микросхемах, как например в двухосном магнитометре HMC1002.

Прокат пермаллоя применяется для экранирования от магнитного поля — помещений для МРТ, электронных микроскопов и некоторых других особо чувствительных приборов.

Из пермаллоя изготавливают защитные кожухи для микросхем, и катушек — особо чувствительных к магнитному полю.

Примечания

  1. ГОСТ 10160-75 «Сплавы прецизионные магнитно-мягкие. Технические условия»
  2. 12345 Ziese, Thornton, 2001, p. 285
  3. 12 Mallinson, 1996, pp.

    33

  4. Пермаллой — статья из Большой советской энциклопедии
  5. Mallinson, 1996, p. 36
  6. Ōsaka, Datta, Shacham-Diamand, 2009, p. 78
  7. 123 Mallinson, 1996, pp. 33—35
  8. Ziese, Thornton, 2001, p.

    286

  9. 12 ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки.»
  10. http://terraelectronica.ru/pdf/HONEY/HMC1002.pdf

Литература

  • John C. Mallinson. Magneto-resistive heads: fundamentals and applications. — Academic Press, 1996. — Vol. 1. — 133 p. — (Electromagnetism Series). — ISBN 9780124666306.
  • Michael Ziese, Martin J. Thornton. Spin electronics. — Springer, 2001. — Vol. 569. — 493 p. — (Lecture notes in physics).

     — ISBN 9783540418047.

  • Tetsuya Ōsaka, Madhav Datta, Yosi Shacham-Diamand. Electrochemical Nanotechnologies. — Springer, 2009. — P. 479. — ISBN 9781441914231.
  • H. P. J. Wijn. Magnetic properties of metals: d-elements, alloys, and compounds. — Springer, 1991. — 190 p. — (Data in science and technology).

     — ISBN 9783540534853.

См. также

  • Супермаллой
  • Пермендюр
  • Мю-металл
  • Инвар

пермаллой

Пермаллой Информацию О

Пермаллой

Пермаллой
Пермаллой Вы просматриваете субъект
Пермаллой что, Пермаллой кто, Пермаллой описание

There are excerpts from wikipedia on this article and video

Наш сайт имеет систему в функции поисковой системы. Выше: «что вы искали?»вы можете запросить все в системе с коробкой. Добро пожаловать в нашу простую, стильную и быструю поисковую систему, которую мы подготовили, чтобы предоставить вам самую точную и актуальную информацию.

Поисковая система, разработанная для вас, доставляет вам самую актуальную и точную информацию с простым дизайном и системой быстрого функционирования. Вы можете найти почти любую информацию, которую вы ищете на нашем сайте.

На данный момент мы служим только на английском, турецком, русском, украинском, казахском и белорусском языках.
Очень скоро в систему будут добавлены новые языки.

Жизнь известных людей дает вам информацию, изображения и видео о сотнях тем, таких как политики, правительственные деятели, врачи, интернет-сайты, растения, технологические транспортные средства, автомобили и т. д.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.