Ферромагнетизм
Бозорт Р.
Иностранная литература, 1956 г.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ДВОЙНЫЕ СПЛАВЫ
78-пермаллой. Этот сплав является первым железо-никелевым сплавом, который в результате работ Элмена получил промышленное применение в качестве магнитного материала. Благодаря высокому значению начальной и максимальной проницаемостей и малой коэрцитивной силе 78-пермаллой используется для изготовления сердечников телефонных трансформаторов, дросселей и чувствительных реле. В ряде областей применения 78-пермаллой вытеснен другими аналогичными сплавами, содержащими в виде присадки третий элемент, который добавляется с целью увеличения как электросопротивления, так и проницаемости материала. 78-пермаллой выплавляется в дуговой электропечи под основным шлаком. Для повышения ковкости (удаления серы) добавляется 0,5% Мn и для раскисления 0,2% А1. Содержание углерода должно быть меньше 0,1%. Слитки нагреваются до 1200°С и затем прокатываются на толщину 19 мм. Вторичное нагревание не производится. Заготовки, предназначаемые для сердечников реле, холодной прокаткой доводятся до толщины 2,8 мм. Далее, прокаткой с промежуточными отжигами (в ящиках) может быть получена лента толщиной 0,06 мм. Режим термообработки был описан в гл. II (см. фиг. 28); первое нагревание производится в закрытых ящиках, а воздушная закалка осуществляется путем извлечения полностью готового материала из печи при 600° С и охлаждения его в спокойном воздухе.
На фиг. 128 приведена кривая проницаемости стандартного промышленного материала. Там же для сравнения приведены кривые, получаемые на образцах, изготовленных в лабораторных условиях, причем две из них относятся к образцам, обнаружившим наибольшие значения и р0.
На фиг. 129 показана обратимая проницаемость, соответствующая кривой намагничивания и петле гистерезиса для обычного лабораторного материала. На фиг. 130 представлены петли гистерезиса 78-пермаллоя после пермаллой- ной обработки и после обычного отжига с охлаждением вместе с печью.
45-пермаллой. Гиперник. Разница в свойствах этих материалов является следствием тонких различий в особенностях плавки, прокатки и отжига. Изготовление 45-пермаллоя осуществляется так же, как и 78-пермаллоя, причем все операции, предшествующие окончательному отжигу, производятся в неконтролируемой атмосфере.
На фиг. 131 (кривая 1) и 132 приведены магнитные свойства 45-пермаллоя, окончательный отжиг которого производился в герметически закрытых ящиках или в водороде при 1100° С. После отжига при 1100° С в водороде нормальной чистоты проницаемость повышается, как показано на фиг. 131 (кривая 3). Выше уже указывалось, что длительный отжиг в водороде при более высокой температуре еще больше увеличивает проницаемость.
При производстве гиперника [274, 966] большое внимание уделяется предохранению сплава, содержащего 45—50% №, от окислительного действия окружающей атмосферы, поэтому гиперник выплавляется в небольших печах в атмосфере водорода. Разливка производится на воздухе. Обработанный материал отжигается в течение 20 час. при 1200° С в атмосфере тщательно просушенного и очищенного водорода. На фиг. 131 воспроизведены кривые 2 и 3 проницаемости гиперника, опубликованные Иенсеном в 1931 и 1939 гг. [556, 1183]. В 1931 г. потери на гистерезис в материале Толщиной 0,36 мм равнялись 136 эрг/см3 за 1 цикл (при Вт=10 000 гаусс), к 1939 г. они понизились до 100 эрг/см3 (фиг. 133). Полные потери в поле частотой 60 гц для того же значения Вт составляли 0,7 вт/кг.
Сведения относительно производства других сплавов, аналогичных 45-пермаллою, весьма ограничены. К числу этих сплавов относятся, например, аллегениэлектрик- металл, перменорм 4801, карпентер № 49, никалой, конперник и др. Аллегениэлектрик- металл (иногда называемый аллегени 4750) содержит 47—50% N1; вторым компонентом является железо (не считая примесей: менее 0,1% С и 0, 02% 5). Кривая 4 на фиг. 131 представляет кривую проницаемости этого материала, прошедшего 4-часовой отжиг при 1100° С в атмосфере водорода 11095]. Коэрцитивная сила этого материала равняется примерно 0,1 эрстед при Вт=10000 гаусс.
Начальная проницаемость аллегени 4750 выше, чем у 45-пермаллоя, однако максимум проницаемости приходится на меньшую индукцию, что, повидимому, можно объяснить отжигом в водороде при более
высокой температуре. Последние свойства определяют назначение материала, который применяется в трансформаторах тока, а также трансформаторах низкой частоты, работающих как с подмагничиванием (постоянным током), так и без него. В этих условиях первостепенное значение приобретает величина проницаемости в малых полях. Напротив, 45-пермаллой в основном предназначается для изготовления чувствительных телефонных реле и телефонов, где высокая проницаемость материала при больших индукциях важна для получения значительных усилий притяжения.
Порошкообразный пермаллой.
Как упоминалось выше, применение материалов, прессуемых из магнитных порошков, было вызвано повышением требований к сердечникам пупиновских катушек. В идеальном порошковом материале зерна магнитного порошка разделены связующим диэлектриком, что исключает образование вихревых токов, индуцируемых при изменениях поля. Благодаря прессовке магнитные частицы сближаются настолько, что наличие зазоров, заполненных немагнитной изоляцией, не очень сильно понижает эффективную проницаемость материала. Полученная масса подвергается термообработке, сообщающей ей высокую проницаемость и малые потери на гистерезис, характерные для массивных отожженных образцов металла. Мы не приводим описанную в литературе [366] методику изготовления сердечников из порошкообразных 80-пермаллоя, так как в настоящее время они изготавливаются из 2-81-молибденового пермаллоя, который будет описан ниже. В табл. 21 (стр. 119)
Изоперм.
Несмотря на обилие работ, описывающих обработку давлением, необходимую для получения постоянной проницаемости и других свойств, присущих изоперму, нами не было найдено ни одного описания промышленного способа получения этого материала. Судя по экспериментам Даля и Пфаффенбергера [778, 852], наилучшая методика заключается в холодной прокатке со степенью обжатия на величину около 98,5—99%, отжиге при 1000° С и холодной прокатке со степенью обжатия около 50 или 60%. Готовая лента имеет толщину около 0,03мм. Свойства изоперма приведены в табл. 21 настоящей главы и табл. 92 (приложение IV).
Перменорм 5000Z
Способ изготовления этого сплава в том виде, в каком он был разработан в Германии, был описан выше. В США аналогичная методика применяется к сплавам дельтамакс [1612], ортоник и гиперник 5 и в Англии—кН.С.К. [1665]. «Прямоугольность» петли гистерезиса увеличивается при охлаждении в магнитном поле. Коэрцитивная сила равна примерно 0,06 эрстед, остаточная индукция и индукция, соответствующая горизонтальным участкам петли гистерезиса, составляют приблизительно 12 000—15 000 гаусс при Я=0,06—0,10 эрстед. С помощью термообработки в магнитном поле остаточная индукция может быть повышена до 17 500 гаусс.
Термоперм.
В этом сплаве [745] содержится около 30% Ni вследствие чего точка Кюри лежит несколько выше комнатной температуры, а намагниченность резко падает при повышении температуры от 0 до 50° С.
Указанное свойство позволяет применять термоперм для компенсации температурных изменений магнитного потока в системах, состоящих из материалов с обычным отрицательным температурным коэффициентом намагниченности. На фиг. 134 показана зависимость намагниченности термоперма от температуры при разных значениях поля (от 2 до 1000 эрстед) [745]. Помимо термоперма, для тех же целей применяются сплавы железо-никель-молибден, железо-никель-хром-медь.
В настоящее время известно большое количество сплавов, по составу и свойствам близких к пермаллоям; некоторые из этих сплавов приведены в табл. 93 (приложение IV). Магнитные свойства сплавов системы железо—никель сведедены в табл.92