Ir vairāki mīksto magnētisko materiālu veidi.
Dzelzs un zema oglekļa satura tēraudi
Dzelzs un tērauds ar zemu oglekļa saturu var būt visizplatītākie un lētākie mīkstie magnētiskie materiāli. Viņiem ir diezgan augsta vērtība BS ~ 2,15 T, kas ir tikai zemāka par dārgajiem Fe-Co sakausējumiem. Taču to pretestība ir diezgan zema, kas ierobežo to izmantošanu dinamiskās lietojumprogrammās. Dzelzs un zema oglekļa tēraudi parasti tiek izmantoti statiskā/zemfrekvences lietojumos, piemēram, elektromagnēta kodolā, relejos un dažos mazjaudas motoros, kuriem materiālu izmaksas rada galvenās bažas.
Dzelzs-silīcija sakausējumi
Dažu silīcija pievienošana dzelzs ievērojami palielinās tā pretestību, tāpēc tas ir ļoti izdevīgi, lai kavētu virpuļstrāvas zudumus. Neskatoties uz nelielu piesātinājuma magnetizācijas un Kirī temperatūras samazināšanos, Fe-Si sakausējumi tiek plaši izmantoti elektriskajās iekārtās, kas darbojas no 50 Hz līdz vairākiem simtiem Hz. Lai vēl vairāk samazinātu virpuļstrāvas zudumus, Fe-Si sakausējumus bieži velmē tievu sloksņu formā. Visbiežāk sastopamā Fe-Si sakausējuma biezums ir 0,35 mm vai mazāks. Atkarībā no velmēšanas un termiskās apstrādes apstākļiem Fe-Si sakausējumu var klasificēt kā graudu orientētu (GO) un neorientētu (NO). GO Fe-Si izmanto transformatoriem, bet NO Fe-Si izmanto elektromotoriem.
Dzelzs-niķeļa sakausējumi
Niķeli var pievienot dzelzs, lai veidotu viendabīgus cietus šķīdumus plašā sastāva diapazonā līdz 35 masām. % līdz 80 masa % Ni. Sakausējumi ar sastāvu tuvu Fe20Ni80 tika nosaukti par Permalloy (mūsdienās par Permalloy mēdz saukt visus dzelzs-niķeļa sakausējumus, kuros niķeļa saturs pārsniedz 35 masas %). Lai uzlabotu Permalloy magnētiskās īpašības, parasti pievieno nelielu daudzumu citu elementu, piemēram, Mo, Cu un Cr. Apstrādāts ar smalku sastāva regulēšanu un termisko apstrādi, Permalloy var būt viens no mīkstākajiem magnētiskajiem materiāliem pasaulē, kura caurlaidība var sasniegt pat 1 200 000. Viens no Permalloy trūkumiem ir to piesātinājuma magnetizācija, kas ir tikai aptuveni 0,8 T, kas ir daudz zemāka nekā dzelzs un Fe-Si sakausējumiem. Samazinoties niķeļa saturam, BS palielināsies, pirmkārt, sasniegs maksimumu 1,6 T pie niķeļa satura aptuveni 48 masas. %, tomēr caurlaidība nebūs tik laba kā sakausējumiem ar augstu niķeļa saturu. Dzelzs-niķeļa sakausējums ir visdaudzpusīgākais magnētiskais sakausējums, tā magnētiskās īpašības var regulēt, pielāgojot sastāvu, magnētisko atlaidināšanu, mehānisko velmēšanu utt. Dzelzs-niķeļa sakausējumam ir arī ļoti laba formējamība, ko var norullēt līdz 20 mikroni. Rezultātā niķeļa-dzelzs sakausējumus var atrast plašās pielietojumos, piemēram, magnētiskā lauka ekranēšanā, zemes defektu pārtraucējā, magnētiskajos sensoros, magnētisko lentu ierakstīšanas galviņā, spēka elektronikā utt.
Dzelzs-kobalta sakausējumi
Kobalta pievienošana dzelzs paaugstinās gan Kirī temperatūru, gan BS. Kobalta saturam 33 masas robežās. % līdz 50 masas. %, BS var būt pat 2,4T. Lai gan dzelzs un kobalta sakausējumi nav tik mīksti kā dzelzs un niķeļa sakausējumi, tiem ir visaugstākā BS vērtība starp visiem pārējiem magnētiskajiem sakausējumiem. Lai palielinātu veidojamību, 2 masas. Fe50Co50 sakausējumam pievieno % vanādija, lai to varētu norullēt līdz 50 mikroniem. Vanādija pievienošana var arī palielināt dzelzs un kobalta sakausējuma pretestību. Pateicoties augstākajam BS, dzelzs un kobalta sakausējumi ir neaizstājami lietojumos, kur ir nepieciešama liela jaudas un svara attiecība, piemēram, motoros un transformatoros, ko izmanto kosmosa ierīcēs.
Amorfie un nanokristāliski sakausējumi
Amorfos sakausējumus, ko bieži sauc arī par metāla stikliem, var iegūt, ātri sacietējot. Amorfos sakausējumos atomiem nav liela attāluma secības, tāpēc pretestība parasti ir augsta un nav magneto kristāliskās anizotropijas. Turklāt ar plakanās plūsmas liešanu var viegli izgatavot amorfas lentes, kuru biezums ir aptuveni 20 līdz 30 mikroni. Visas šīs rakstzīmes garantē, ka amorfie sakausējumi ir lieliski piemēroti mīkstajiem magnētiem. Saskaņā ar kompozīcijām lielāko daļu komerciāli pieejamo amorfo mīksto magnētu var klasificēt kā Fe bāzes, Co-bāzes un (Fe, Ni) bāzes. Šiem trim veidiem kopējais Fe, Co un Ni saturs ir aptuveni 75-90 masas %, atlikušie ir metaloīdi un stiklu veidojoši elementi, piemēram, Si, B, P, C un Zr, Nb, Mo uc No šiem veidiem uz Fe bāzes ražotajiem ir visaugstākais BS (apmēram 1,6 T) un zemākās izmaksas. Amorfā sakausējuma uz Fe bāzes dzelzs zudumi ir tikai viena trešdaļa no Fe-Si tērauda zudumiem. Ja Fe-Si tēraudu jaudas transformatoros var aizstāt ar Fe bāzes amorfu sakausējumu, var ietaupīt milzīgu elektroenerģijas daudzumu, bet materiālu izmaksas pēdējam ir augstākas. Amorfajiem sakausējumiem, kuru pamatā ir kopas bāzes, BS parasti ir mazāks par 0,8 T, bet daudz augstāka caurlaidība un gandrīz nulles magnetostrikcijas vērtība, kas ir salīdzināma ar mīkstāko permaloju, un var vēl labāk darboties augstākās frekvencēs, jo tā ir lielāka pretestība. Amorfajiem sakausējumiem, kuru pamatā ir Fe, Ni, ir vidējas magnētiskās īpašības, salīdzinot ar pārējiem diviem.
Amorfs stāvoklis ir metastabils stāvoklis. Sildot virs kritiskās temperatūras, ātri notiek kodolu veidošanās un mikrokristālu augšana. Parastajiem amorfajiem mīkstajiem magnētiskajiem sakausējumiem kristalizācijas laikā mikrokristālu izmērs ļoti īsā laikā pieaugs līdz pat vairākiem simtiem nanometru un stipri deģenerēs mīkstās magnētiskās īpašības. Tomēr cilvēki atklāja, ka, pievienojot noteiktu daudzumu Nb un Cu Fe bāzes amorfajam sakausējumam, kristalizācijas procesu var kontrolēt un iegūt vienmērīgu nanokristālu sadalījumu ar izmēru aptuveni 10 nm amorfajā matricā. Šāda Fe bāzes nanokristāliskā sakausējuma magnētiskās īpašības ir pat mīkstākas nekā atbilstošajam amorfajam sakausējumam, ti, lielāka caurlaidība un zemāka koercivitāte, lai gan BS ir arī zemāka (~1,2 T). Lielisko mīksto magnētisko īpašību avots Fe bāzes nanokristāliskiem sakausējumiem ir tas, ka gan magnetokristāliskās anizotropijas, gan magnetostrikcijas vērtību var noregulēt līdz nullei. Permalloy un Co bāzes amorfajiem sakausējumiem var būt arī gandrīz nulles magnetokristāliskā anizotropijas un magnetostrikcijas vērtība, bet Fe bāzes nanokristālisko sakausējumu BS ir daudz augstāks. Tāpēc nanokristāliski sakausējumi var būt viens no daudzsološākajiem mīkstajiem magnētiskajiem materiāliem. Tos plaši izmanto bezvadu lādētājā, augstfrekvences induktorā, magnētiskajā sensorā, elektromagnētiskajā ekranējumā, zemes defekta pārtraucējā utt.
Mīkstie magnētiskie kompozītmateriāli
Kā minēts iepriekš, mīksto magnētisko materiālu biezumam ir liela nozīme virpuļstrāvas zudumu samazināšanā, tāpēc mīkstie magnētiskie sakausējumi ir jāizgatavo plānas laminēšanas veidā dinamiskai lietošanai. Ja mēs sadalām pārējās divas mīkstās magnētiskās sloksnes dimensijas, ti, mēs izmantojam mīkstos magnētiskos sakausējumus pulveru veidā, tad virpuļstrāvas zudumus var vēl vairāk samazināt un no kuriem izgatavotās sastāvdaļas var izmantot daudz augstāk. frekvences. Lai realizētu šādu izmantošanu, vispirms tiek sagatavoti sakausējuma pulveri (vairumā gadījumu ar izsmidzināšanas metodēm), daļiņas pēc tam jāpārklāj ar izolācijas slāni, pēc tam pulveri sajauc ar nelielu daudzumu smērvielas un intensīvi saspiež. spiediens 600-800 MPa līdz galīgajai formai. Mīkstos magnētiskos izstrādājumus, kas izgatavoti ar šādiem procesiem, sauc par mīkstajiem magnētiskajiem kompozītmateriāliem (SMC) vai pulvera serdeņiem. Vēl viens SMC ieguvums ir tas, ka no tiem var izgatavot dažādas īpašas formas serdes, kuras gandrīz nav izgatavotas ar tradicionālajām laminēšanas kraušanas metodēm, kas dod labumu elektromagnētisko ierīču jaunajam dizainam. Galvenais SMC trūkums ir tas, ka to caurlaidība ir salīdzinoši zema. Mūsdienās visizplatītākie SMC tiek izgatavoti no Fe, Fe-Si, Fe-Si-Al, Fe-Ni, amorfo un nanokristālisko sakausējumu uc pulveriem.
Mīkstie ferīti
Visi iepriekš minētie mīkstie magnētiskie materiāli ir metāli, tāpēc nevar izvairīties no virpuļstrāvas efekta. Mīkstie ferīti atšķiras ar to, ka tie ir jonu savienojumi, un to pretestība ir par vairākām kārtām augstāka nekā metāliskiem mīkstajiem magnētiskajiem materiāliem. Tāpēc lietojumiem ar frekvenci līdz 1 MHz mīkstie ferīti ir labākā izvēle attiecībā uz enerģijas zudumiem. Galvenais mīksto ferītu trūkums ir tas, ka BS ir salīdzinoši zems. Divi visizplatītākie mīkstie ferīti ir Mn-Zn ferīti ((Mn, Zn)Fe2O4) un Ni-Zn ferīti ((Ni, Zn)Fe2O4). Mn-Zn ferītus parasti izmanto zem 1 MHz, turpretim Ni-Zn ferītus var izmantot daudz augstākās frekvencēs, bet pēdējiem BS un caurlaidība ir zemāka.
Nobeigumā jāsaka, ka mīkstie magnētiskie materiāli ir jutīgi pret ārējiem magnētiskajiem laukiem, šī īpašība padara tos neaizstājamus daudzos lietojumos, īpaši elektrotehnikas jomā, piemēram, transformatoros, elektromotoros, bezvadu lādētājos, jaudas elektroniskajās ierīcēs utt. Labam mīkstam magnētam. , tā piesātinājuma plūsmas blīvumam, caurlaidībai, pretestībai un Kirī temperatūrai jābūt pēc iespējas augstākai, savukārt tā koercivitātei un magnetostrikcijas koeficientam jābūt pēc iespējas zemākam. Nav neviena mīksta magnētiska materiāla veida, kas varētu pārspēt visus pārējos visos veiktspējas aspektos. Lai izvēlētos vispiemērotāko materiālu, ir jāveic kompromiss starp izmaksām, dzelzs zudumiem, piesātinājuma plūsmas blīvumu un caurlaidību.
Dzelzs un zema oglekļa satura tēraudiem ir lielisks piesātinājuma plūsmas blīvums, taču to pretestība ir zema, ierobežojot to izmantošanu dinamiskai lietošanai. Dzelzs var pievienot dažādus leģējošus elementus, lai noteiktos aspektos optimizētu tā magnētisko veiktspēju. Fe-Si sakausējumiem ir daudz augstāka pretestība nekā tīram dzelzs un salīdzinoši augsts piesātinājuma plūsmas blīvums, tos plaši izmanto transformatoros un elektromotoros, kas darbojas ar frekvenci 50/60 Hz, un tie aizņem lielāko daļu no visa mīksto magnētisko materiālu tirgus. Amorfie sakausējumi, kuru pamatā ir Fe, ir daudz labāki nekā Fe-Si sakausējumi attiecībā uz dzelzs zudumiem, un tos var darbināt augstākās frekvencēs, taču arī izmaksas ir augstākas. Fe-Co sakausējumiem ir visaugstākā piesātinājuma plūsmas blīvuma vērtība. Ar tādu pašu izejas jaudu/griezes momentu elektriskajām mašīnām, kas izgatavotas no Fe-Co sakausējumiem, var būt mazāks izmērs un mazāka masa. Fe-Ni sakausējumi, amorfie sakausējumi uz Co bāzes un nanokristāliskie sakausējumi uz Fe bāzes ir mīkstākie magnētiskie materiāli, jo gan magnetokristāliskās anizotropijas, gan magnetostrikcijas koeficienta vērtības tiem vienlaikus var tikt noregulētas uz tuvu nullei. Starp tiem Fe bāzes nanokristāliskiem sakausējumiem ir visaugstākais piesātinājuma plūsmas blīvums, tie ir viens no daudzsološākajiem mīkstajiem magnētiskajiem materiāliem. SMC vai pulvera serdeņi darbosies labāk augstākās frekvencēs nekā citi metāliski mīksti magnētiski materiāli plānas sloksnes veidā, jo daļiņas ir atdalītas ar izolācijas slāņiem, tāpēc virpuļstrāvas efektu var daudz kavēt. SMC trūkumi ir zemā caurlaidība un lielie histerēzes zudumi. Mīksto ferītu pretestība ir par vairākām kārtām augstāka nekā metāliskiem mīkstajiem magnētiskajiem materiāliem, kā rezultātā tie šobrīd ir labākā izvēle darbības frekvencēm, kas ir tuvu vai virs 1 MHz, taču to piesātinājuma plūsmas blīvums ir zems. Daži speciālisti uzskata, ka dažos lietojumos mīkstos ferītus var aizstāt ar SMC, lai samazinātu augstfrekvences ierīču izmēru un masu, ja var uzlabot SMC apstrādes tehnoloģiju.
