Магнитные материалы и их техническое применение

Хек К.

Энергия, 1973 г.

Текстурованная кремнистая сталь

На основании приведенных выше требований к материалам можно сделать вывод, что анизотропные материалы с приблизительно прямоугольным циклом гистерезиса в направлении легкого намагничивания более пригодны, чем изотропные материалы. Это отчетливо видно из сравнения различных материалов, приведенного на рис. 6-8. Кривая намагничивания ленточного сердечника из текстурован-ной кремнистой стали (кривая до индукции примерно 1,4 тл идет круто, а затем переходит сравнительно узким коленом в прямую насыщения. Такая сталь с содержанием кремния от 3 до 3,5% применяется прежде всего в качестве материала для усилителей мощности.

Сплавы железо — никель

Сплавы, применяемые для сердечников дросселей насыщения и магнитных усилителей, содержат 45—50 или 65—80% никеля. Листовой материал применяется как с изотропными, так и с анизотропными магнитными свойствами. В большинстве случаев отдают предпочтение листовому материалу из 50%-ного сплава с текстурой куба. Фирменные названия его таковы: пермаллой F, перменорм 5000Ζ, гиперм 50Т, дельтамакс, HCR, гайперник V, ортонол, ортоник, пермерон, ректимфи и др. Свойства этих материалов изменяются в пределах, приведенных в табл. 6-3. Статические циклы гистерезиса и динамические циклы изображены на рис. 6-5 и 6-6. Железоникелевые сплавы с 65% никеля рассмотрены в п. 8-4-2. В табл. 6-2 даны статические и динамические параметры сплава   дельтамакс в виде ленты толщиной

25 мкм для различных частот и напряженности поля [Л. 6-17].

Приведенная характеристика железоникелевого сплава с текстурой куба (см. рис. 6-8, кривая 3) особенно пригодна для сердечников дросселей насыщения. Несмотря на это, указанный сплав чаще всего применяется только для средних и малых мощностей, так как его стоимость относительно высока и, кроме того, у него не такая высокая индукция насыщения, как у кремнистых сталей. Вместе с тем у сплава высокая магнитная проницаемость и очень малая коэрцитивная сила, что делает его особенно пригодным для магнитных усилителей, которые должны работать с небольшой управляющей мощностью. При частоте 50 гц в этом случае усиление мощности составляет около 1000 [Л. 6-15].

У 48%-ного железоникелевого сплава текстура менее выражена. Однако и при этом составе ориентированный материал имеет лучшее отношение остаточной индукции к индукции насыщения. С другой стороны, обнаружено, что при цикле гистерезиса с острыми углами необходима большая начальная напряженность поля для перемагничивания, чем при петле с закругленным коленом; это же наблюдалось у ферритовых сердечников запоминающих устройств (Л. 6-22].

При одинаковой коэрцитивной силе и степени совершенства текстуры лучшими свойствами обладают материалы меньшей толщины. Это справедливо также и в тех случаях, когда вихревые токи имеют второстепенное значение [Л. 6-22]. Некоторые самые известные марки высоколегированных железоникелевых сплавов, опубликованные в различных источниках (Л. 6-16, 6-23], с соответствующими дополнениями приведены в табл. 6-3.

Сплавы железо — кобальт

Когда для материала сердечника дросселя насыщения или магнитного усилителя необходимы особо высокие значения магнитной индукции, могут быть успешно использованы некоторые сплавы железа с кобальтом. Высокие значения индукции насыщения дают возможность уменьшить габариты магнитного усилителя при той же мощности. Посредством увеличения коэффициента усиления можно в некоторых случаях снизить число каскадов усиления с двух до одного.

Хорошие магнитные свойства получают, например, у сплава Fe—Со—V из очень чистых материалов, известного под названием «супермендюр» [Л. 6-24]. Сплав состоит примерно из 49% Fe, 49% Со и 2% V. Он содержит менее 0,01% С и S. Материал хорошо обрабатывается и допускает холодную деформацию до 99,6%. т. е. он может, например, без промежуточного отжига прокатываться с 2,25 на 0,008 мм. На рис. 6-9 видно, что у этого материала цикл гистерезиса имеет большую крутизну, чем у кремнистой стали и сплавов железа с никелем. Это достигается путем отжига в магнитном поле, вследствие чего создается одноосная анизотропия. При этом температура должна быть более 850 °С, так как иначе возникает фазовое превращение, ухудшающее магнитные свойства.

При охлаждении сплава следует избегать слишком больших и слишком малых скоростей охлаждения. Необходимой скоростью снижения температуры является примерно 1 °С/мин.

Применяемое при охлаждении магнитное поле должно быть не менее 80 а/м. Несмотря на большую холодную деформацию в этом материале нет никакой кристаллической текстуры. Сравнительно большие зерна отожженного материала ориентированы беспорядочно. Это свидетельствует об одноосной анизотропии с ориентированной сверхструктурой. Келер и Хилман [Л. 6-25] отмечают, что при изготовлении сплава из особо чистых исходных материалов можно получить максимальную магнитную проницаемость 154 000 и коэрцитивную силу 10 а]м. Этот материал может применяться, помимо сердечников для дросселей насыщения и магнитных усилителей, также для сердечников трансформаторов и иногда применяется для сердечников запоминающих устройств, реле и телефонных мембран.

Сплавы железо — никель — кобальт

В процессе поисков сплавов с лучшими магнитными свойствами, чем двойные железо-никелевые сплавы, оказалось целесообразным

провести исследования трехкомпонентных сплавов железо — никель — кобальт, которые состоят только из ферромагнитных металлов. Таким образом, были найдены сплавы типа перминвара с перетянутыми циклами гистерезиса.

При небольших напряженностях поля проницаемость в широком диапазоне напряжен-ностей поля почти постоянна и потери от гистерезиса малы. Эти свойства, в частности, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к материалам, применяемым для индуктивной нагрузки.

Термообработка перминвара состоит в отпуске в течение 24 ч при 400—500°С с медленным охлаждением. Железоникелевые сплавы, которые после отпуска медленно охлаждаются и потому имеют низкие значения проницаемости (рис. 8-7, кривая /), ведут себя подобно перминвару.

Из железоникелькобальтовых сплавов особенно подробно был исследован сплав с 45%' Ni и 25%Со. У этого сплава резко выражены перминварные свойства. На рис. 8-23 отчетливо видна разница между типичными характеристиками перминвара и пермаллоя. Проницаемость перминвара при больших напряженностях поля практически еще постоянна, тогда как проницаемость пермаллоя уже начинает входить в зону насыщения (рис. 8-24 и табл. 8-5)