Хорошими магнитными свойствами обладает тройной сплав на основе железа, содержащий алюминия 5,4%, кремния 9,6%, железа 85%. Такой сплав называется альсифером. Его магнитные свойства следующие: μн = 35 000; μм = 115000; Нс = 0,018 А/см; Вг = 3350 Гс; р = 0,81 Ом-мм2/м.
Существенным недостатком таких сплавов является то, что они хрупки, тверды и не могут коваться. Поэтому детали из них изготовляют лишь литьем, причем детали с тонкими стенками изготовлять нельзя. Обрабатывать детали из альсифера можно лишь шлифованием.
В технических сплавах химический состав несколько отличается от приведенного выше, в результате чего и магнитные свойства альсифера могут быть несколько отличными. Так как альсифер — хрупкий материал, он хорошо размалывается и широко применяется в виде порошка для изготовления магнито-диэлектриков (материалов, состоящих из частиц ферромагнитного вещества и органического диэлектрика).
Широкое применение в технике нашли различные сплавы железа и никеля, которые называют пермаллоями. Они обладают высокими магнитно-мягкими свойствами, а именно: большой начальной и максимальной магнитной проницаемостью, малой коэрцитивной силой и большой магнитной индукцией. Эти свойства присущи сплавам лишь с содержанием никеля от 40 до 80%- При содержании никеля 78,5% сплав имеет наибольшие значения μн и μм и очень низкую коэрцитивную силу. Однако достаточно небольших отклонений от этого содержания никеля (в обе стороны), как величина μн и особенно μм резко уменьшается.
Величина удельного электрического сопротивления сплавов также изменяется в зависимости от содержания никеля. В сплавах с содержанием до 30% никеля эта величина возрастает, затем на всем диапазоне изменения содержания падает до величины сопротивления никеля. Температура Кюри пермаллоев также сильно зависит от содержания никеля.
Таким образом, можно считать, что железо-никелевые сплавы по своим магнитным свойствам весьма чувствительны к составу. Особенно же чувствительны они к тепловой и механической обработке. Свойства сплавов с содержанием никеля 40 - 80% зависят от режима тепловой обработки после их отливки. Наиболее эффективна двойная термообработка, заключающаяся в выдержке сплава при температуре 900—950°С в течение часа, последующем охлаждении со скоростью 100°С в час, повторном нагреве до 600°С и охлаждении его на медной плите со скоростью примерно 150°С в минуту. Эта термообработка получила название пермаллойной обработки. Однако следует отметить, что для таких сплавов с различным содержанием никеля технология термообработки может отличаться от описанной. Исследованиями было показано, что наиболее сильно улучшаются магнитные свойства пермаллоев, если термообработку вести в слабом магнитном поле. Так, в сплаве с 65% никеля термообработка в магнитном поле Н = 8 А/см увеличивает μм с 20 000 до 200 000. Замечено, что наиболее эффективное действие магнитного поля проявляется при охлаждении сплава, начиная с точки Кюри, в данном случае = 550-400°С. Часто эту термообработку производят в водородной среде при быстром охлаждении.
Однако свойства, приобретаемые сплавом при быстром охлаждении, можно ухудшить, если нагреть его снова до высокой температуры и затем температуру в печи медленно снижать до комнатной.
Применяемые в электротехнике сплавы железа с никелем можно разделить на следующие четыре группы по их составу и назначению:
1. Высоконикелевый нелегированный пермаллой с содержанием никеля 78,5% и марганца 0,3—0,8%. Этот сплав очень чувствителен к механическим воздействиям и имеет низкое электрическое удельное сопротивление. Высокие магнитные свойства достигаются быстрым охлаждением на воздухе с 650°С.
2. Высоконикелевый легированный пермаллой, содержащий от 72 до 80% никеля и небольшие количества молибдена, хрома, кремния или меди. В последнем случае пермаллой называют медистым. Добавки этих веществ обусловливают уменьшение чувствительности материала к деформациям, как, например, добавки молибдена, или сообщают постоянство μн в слабых магнитных полях (например, добавка меди) или увеличивают электрическое сопротивление (молибден, хром, кремний).
3. Низконикелевый пермаллой с содержанием никеля 40— 50%,- у которого намагниченность насыщения и электрическое сопротивление больше, чем у высоконикелевых сплавов.
4. Низконикелевый легированный пермаллой с добавками марганца, кремния и хрома.
В таблице приведены магнитные характеристики нелегированных пермаллоев.
Магнитные характеристики нелегированных пермаллоев
| Содержание никеля, % | μн | μм | , а/см | р, Ом·мм²/м | ||||
| 78,5 | 7000-14000 | 100000-200000 | 0,020 | 0,25 | ||||
| 66,0 | 2500-3700 | 130000-270000 | 0,024 | 0,33 | ||||
| 55,0 | 2000-3200 | 50000-60000 | 0,06 | 0,50 |
Из железо-никелевых сплавов изготовляют ленты следующих шести видов в зависимости от их толщины: 0,05—0,08; 0,10—0,15; 0,18—0,25; 0,28—0,40; 0,50—1,00 и 1,10—1,40 мм.
В табл. 49. приведены характеристики легированных пермаллоев.
Таблица 49.
Магнитные характеристики легированных пермаллоев
| Марка пермаллоя | μн | μм | , а/см | ρ, Ом·мм²/м | ||
| 79НМ | 0,024 | 0,55 | ||||
| 80НХС | 0,016 | 0,62 | ||||
| 50НХС | 0,012 | 0,85 |
Каждый пермаллой применяется в соответствии с его свойствами в различных электромагнитных устройствах. Главные области применения пермаллоев следующие: измерительные приборы, сердечники трансформаторов тока, магнитные экраны, реле, магнитные усилители, катушки индуктивности в автоматике и т. п.
При использовании пермаллоев не следует забывать, что они чувствительны к механическим воздействиям и обработке — штамповке, ударам, внешним механическим напряжениям. Все эти механические воздействия резко повышают коэрцитивную силу и уменьшают магнитную проницаемость, а петля гистерезиса расширяется и искажается. Поэтому необходимо по возможности предохранять пермаллой от таких воздействий или по окончании штамповки и других механических операций подвергать материал дополнительной тепловой обработке: отжигу при высокой температуре и охлаждению с определенной скоростью.