Магнітом’які матеріали для низькочастотних магнітних полів

Магнітом’які матеріали повинні мати малу коерцитивну силу (зменьшує втрати на гістерезис), велике значення магнітної проникності (збільшує к.к.д. трансформатора), велике значення індукції насичення (що дозволяє зменшити габаритні розміри та масу магнітної системи), підвищений питомий опір (що зменшує втрати на вихрові струми). Окрім того, вони повинні мати стабільні властивості як у часі, так і стосовно температури та механічних напруг.

Надто суттєвою є також вимога незалежності магнітних властивостей розглянутих матеріалів від величини механічних напруг, прикладених до магнітопроводу. Чим менше ця залежність, тобто чим менше магнітострикція матеріалу, тим більшим зусиллям стягування, стиснення можна піддавати осердя, не побоюючись погіршення його параметрів. Основним компонентом більшості магнітних матеріалів є залізо, яке серед елементарних феромагнетиків має найбільшу індукцію насичення (біля 2,2 Тл). Надто чисте залізо (електролітичне та карбонільне) має малу кількість домішок (менше за 0,5%). Електролітичне залізо здобувають електролізом розчину сірчанокислого чи хлористого заліза. Осаджуване на залізному катоді залізо знімають, подрібнюють на порошок, відпалюють у вакуумі, після чого переплавляють теж у вакуумі.

Карбонільне залізо здобувають термічним розкладанням пентакарбоніла заліза згідно з Fe (CO5) = Fe + 5CO. Карбонільне залізо має вигляд тонкого порошку, що дає можливість виготовляти осердя пресуванням. В карбонільному залізі відсутні кремній, фосфор та сірка, але є вуглець.

Домішки слабко впливають на магнітні властивості заліза, якщо їхня концентрація менша за межу розчинності. Низьку межу розчинності в залізі мають вуглець, кисень, азот, сірка. Тому такі домішки є найбільш шкідливі. При охолодженні металу після термоопрацювання такі домішки виокремлюються у вигляді мікровключень побічних фаз, які утруднюють зміщення доменних меж у слабкому магнітному полі. Властивості заліза залежать також від структури матеріалу, розміру зерен, наявності механічних напруг.

Технічно чисте залізо має невелику кількість домішок сірки, вуглецю, марганцю, кремнію та інших у сумарному обсязі 0,08¼0,1%.

Кремениста електротехнічна сталь (тонколистова) є основним магнітом’яким матеріалом. Домішок кремнію в залізо підвищує питомий опір, що знижує втрати на вихровий струм. Окрім того, наявність у сталі кремнію сприяє виокремленню вуглецю у вигляді графіту, а також зв’язує кисень у SiO2. Останній виокремлюється у вигляді шлаку. Це сприяє підвищенню магнітної проникності та зменшує коерцитивну силу. Промислові марки електротехнічної сталі мають не більше за 5% кремнію. Це пов’язано зі зростанням крихкості та ламкості сталі, що унеможливлює штампування. Також кремній зменшує індукцію насичення. Властивості сталі зростають при її холодному прокатуванні внаслідок виникнення магнітної текстури (ребрової чи кубічної). Ефективне використання текстурованих сталей можливе лише за такої конструкції магнітопровідника, за якої магнітний потік проходить вздовж напрямку легкого намагнічування. Тому осердя з електротехнічної сталі з ребровою текстурою вигідно виготовляти у вигляді стрічки.

Пермалої - це залізонікелеві сплави, які мають велику магнітну проникність у низьких полях та малу коерцитивну силу.

Низьконікелеві пермалої мають (40¼50) % нікелю, а високо нікелеві - (72¼80)%. Найбільше значення магнітної проникності має сплав з 78,5% Ni. Це пояснюється відсутністю нього магнітної анізотропії та явища магнітострикції. Внаслідок малої анізотропії полегшується обертання магнітних моментів з напрямку легкого намагнічування в напрямку магнітного поля, а відсутність магнітострикції не спричиняє з’яви механічних напруг, які затримують зміщення доменних меж під впливом слабкого поля. Магнітні властивості пермалоїв залежать від хімічного складу, наявності домішок, режимів термообробки. Питомий опір пермалоїв є малий, а магнітна проникність знижується зі зростанням частоти. Окрім того, вартість їх вища.

Для надання пермалоям необхідних властивостей, до їх складу вводять низку домішок: Mn та Сr - підвищує питомий опір та початкову магнітну проникність, але знижує індукцію насичення; Cu - робить постійною магнітну проникність у слабих полях, підвищує температурну стабільність та питомий опір; Si та Мn - збільшує питомий опір.

Альсіфери – це потрійні сплави заліза з кремнієм та алюмінієм. Оптимальний склад 9,5 % Si, 5,6 % Al, решта Fe. З альсіферів виготовляють магнітні екрани, корпуси пристроїв. Вони є надто крихкі.