Помимо малой коэрцитивной силы (Нс<4кА/м) магнитомягкие материалы должны обладать высокой магнитной проницаемости и большой индукцией насыщения, чтобы пропускать максимальный магнитный поток через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода.
Магнитный материал, используемый в переменных полях должен иметь повышенное удельное сопротивление, чтобы уменьшить потери на перемагничивание, вызываемые вихревыми токами.
Основным компонентом большинства магнитных материалов является железо, магнитные свойства которого ухудшаются с увеличением содержания примесей. Чистое железа типично магнитомягкий материал. Технически чистое железо, а также различные сорта нелегированных и электротехнических сталей, которые содержат небольшое количество примесей, из-за низкого удельного сопротивления используют, в основном, для изготовления магнитопроводов, предназначенных для работы на постоянном токе и невысоких технических частотах (сердечники реле, трансформаторы, электрические машины).
В мощных устройствах на переменном токе (до 25 кГц) из-за роста потерь на вихревые токи с повышением частоты электротехнические кремнистые стали, содержащие до 4,8 % Si. Растворяясь в железе, кремний сильно искажает кристаллическую решетку и повышает электросопротивление.
Для повышения магнитных свойств вдоль определенного направления в листовой электротехнической стали часто используют холодную прокатку, вызывающую развитие текстуры. Под действием холодной деформации большая часть кристаллитов поворачивается, ориентируясь направлениями легкой намагничиваемости вдоль направления прокатки.
Все магнитомягкие материалы делятся на 3 группы:
1. Сталь электротехническая тонколистовая и сортовая нелегированная (техническое железо), ГОСТ3836 -73 и 11035-75;
2. Сталь электротехническая кремнистая, ГОСТ21427-78;
3. Прецизионные магнитомягкие сплавы, пермаллои, ГОСТ10160-75.
Для маркировки сталей первых двух групп разработана чисто цифровая система.
Нелегированные стали обозначаются пятизначной цифрой: 10895, 20895, 10880, 20880, 10864, 20864, 11895, 21895, 11880, 21880, 11864, 21864.
Первая цифра в марке обозначает способ изготовления стали: 1-горячекатанная, 2 - холоднотянутая. Вторая цифра "0" или "1" обозначает, что сталь не легирована и имеет нормируемый или ненормируемый коэффициент старения (упрочнения); третья, четвертая и пятая цифры в марке обозначает магнитные характеристики, Нс, А/м. Эти стали применяют для изготовления сердечников электромагнитов, электромагнитных реле, работающих на постоянном токе, измерительных приборов, динамических репродукторов, мембран, магнитных экранов.
Сталь кремнистая электротехническая имеет четырехзначную цифровую марку. Первая цифра (1…3) обозначает способ изготовления стали: 1 - горячекатаная, 2 - холоднотянутая, 3 - текстурованная. Вторая цифра (1…5) показывает содержание кремния, которое может варьироваться от 0,4 до 4,8%, Две последние цифры указывают на магнитные характеристики.
Горячекатаные электротехнические стали марок 1211, 1312 и других используют для роторов и статоров асинхронных двигателей мощностью 100-400 кВт и роторов синхронных двигателей более высокой мощности, холоднокатанную кремнистую сталь марок 2011, 2112 и др. используют для магнитных цепей электрических машин (якорей и полюсов машин постоянного тока), для роторов и статоров асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт, текстурированную сталь марок 3411, 3414 и других с содержанием кремния 2,8-3,8 % используют для магнитных цепей электрических машин, трансформаторов и приборов.
Пермаллои (ГОСТ 10160-75) представляют собой сплавы Ni с Fe с высокой магнитной проницаемостью. Различают низконикелевые (40-50% Ni) имеющие высокую магнитную проницаемость (m<4мГн/м) при относительно высокой индукции насыщения (1,5 Тл) и высоконикелевые (70-83% Ni) пермаллои с чрезвычайно высокой магнитной проницаемостью (m<35 мГн/м), но меньшей индукцией насыщения (0,75 Тл).
Для улучшения электромагнитных и технологических свойств пермаллои дополнительно легируют элементами, увеличивающими магнитную проницаемость Mo, Сг, Со, Si, V и др.
Маркировка пермаллоев производится по химическому составу с использованием буквенно-цифрового кода, например, нелегированные сплавы 45Н и 50Н содержат ~45 и 50% Ni соответственно, остальное железо.
Пермаллой 50НХС имеет химический состав: 48,5-51,0 % Ni, 1,1-1,4 % Si, 3,8-4,2 % Сг, Fe - ост.). Этот сплав наряду с высокой магнитной проницаемостью имеет повышенное удельное электросопротивление.
Особую группу составляют пермаллои с прямоугольной петлей гистерезиса, на что указывает буква П в конце марочного обозначения. Такие сплавы, например, 50НП, 65НП, 79НМП и др. широко используются в вычислительной технике и устройствах автоматического управления. Их отличительная особенность - большая остаточная индукция. У сплава 50НП прямоугольность петли достигается прокаткой, а у сплавов 65НП и 79НМП - путем обработки в магнитном поле.
Легированные высоконикелевые супермаллои 79НМ (78,5-80,0 % Ni, 3,8-4,1 % Mo) и 81НМА. (79% Ni, 16% Fe, 5% Mo) обладают наивысшей проницаемостью в слабых магнитных полях. Применяются в радиотехнике, технике связи и других областях, где используются слабые поля.
СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ