Электротехнические материалы магнитные материалы
Магнитомягкими называют магнитные материалы с коэрцитивной силой по индукции не более 4 кА/м (ГОСТ 19693-74). Делятся на группы:
Низкоуглеродистые электротехнические нелегированные стали. (маркировка – пятизначное число; первая цифра – класс по структурному состоянию (1– горячекатаная изотропная, 2 – холоднокатаная изотропная);
вторая цифра – тип по содержанию кремния (0 –ненормированная, 1– нормированная по коэффициенту старения);
третья цифра – группа по основной нормируемой характеристике (8 – коэрцитивная сила Нс); четвертая и пятая цифры – количественное значение коэрцитивной силы в А/м.; примеры – 10895, 21848…
Подвергаются отжигу или старению. Применяют в магнитных цепях электрических аппаратов и приборов.
Электротехнические легированные стали. Основной легирующий элемент – кремний. Маркировка состоит из четырех цифр (примеры – 2011, 3412…):
первая цифра – структурное состояние (1 – горячекатаная изотропная, 2 – холоднокатаная изотропная, 3 – холоднокатаная анизотропная с кристаллографической текстурой направления);
вторая цифра – содержание кремния в процентах: 0 – меньше 0,4 %; 1 – 0,4-0,8 %; 2 – 0,8-1,8 %; 3 – 1,8-2,8 %; 4 – 2,8-3,8 %; 5 – 3,8-4,8 %;
третья цифра – основная нормируемая характеристика, определяющая потери на гистерезис и тепловые потери;
четвертая цифра – тип стали и уровень нормируемой характеристики (1– нормальный, 2 – повышенный, 3 – высокий);
примеры – 2011, 3412…
Термообработка – отжиг. Используются для работы в сравнительно сильных переменных магнитных полях силовых трансформаторов всех типов, электромашин, дросселей, электромагнитных реле и др.
Прецизионные сплавы. К ним относятся пермаллои, альсиферы и др.
Марка сплава содержит число, указывающее среднее содержание основного элемента (кроме железа), и букву, обозначающую этот элемент. Обозначение легирующих элементов аналогично легированным сталям, дополнительно введены следующие обозначения: Ж – железо, И – рений, Л – берилий, Ч – редкоземельные металлы. Массовые доли других легирующих элементов не указывают, а приводят их буквенные обозначения. В конце марки могут стоять буквы А (повышенное качество сплава) или П (прямоугольность петли гистерезиса).
Примеры: 79НМ – пермаллой, содержащий 79 % Ni, легированный Мо; 8Ю – железоалюминиевый сплав, содержащий 8 % Al; 50НП – пермаллой, содержащий 50 % Ni и имеющий прямоугольную петлю гистерезиса.
Пермаллои – сплавы на железо-никелевой основе; примеры: 79НМ, 81НМА.Особенность – высокая пластичность. Термическая обработка – нагрев до 1100-1150 ˚C и ступенчатое охлаждение. Применяют в радиотехнике и телефонии, изготавливают сердечники трансформаторов и др.
Альсиферы – сплавы Fe-Al-Si. Особенность – высокая твёрдость, низкая пластичность, хорошие литейные свойства. Термообработка – отжиг. Применяют для изготовления магнитных экранов, корпусов приборов, деталей магнитопроводов и др.
Пермендюр (железо-кобальт-ванадий) особенность – высокие значения магнитной индукции; применяется для изготовления мембран телефонов, в измерительных приборах, микрофонах и т.п.
Перминвар (железо-никелево-кобальтовый сплав) особенность – постоянство значений магнитной проницаемости; применяется в высокочастотной многоканальной электросвязи, трансформаторах тока, некоторых измерительных приборах и др.
Ферримагнитные материалы (ферриты) – магнитная керамика, получаемая спеканием оксидов железа с оксидами других металлов. Изготавливают методами порошковой металлургии. Особенность – высокая твёрдость,
Делят на четыре класса:
– ферриты для радиочастот;
в маркировке на первом месте стоит число, соответствующее относительной начальной магнитной проницаемости µ´н; на втором – буквы, определяющие частотный диапазон: Н – низкочастотные (0,1-20 МГц), ВЧ – высокочастотные (30-300 МГц); на третьем – буква, обозначающая химический состав соответственно: Н – никель-цинковый, М – марганцево-цинковый феррит.; для высокочастотных ферритов легирующий элемент не указывается; пример: 30ВЧ2 – высокочастотный феррит, разновидность 2, относительная проницаемость 30.
– ферриты с прямоугольной петлёй гистерезиса (ППГ-ферриты); маркируют буквами ВТ или П в зависимости от состава, цифра в марке указывает значение коэрицитивной силы Нс в А/м; пример – 5ВТ, 300П;
– магнитострикционные ферриты
маркируют трёхзначным числом 602-610 и буквой «С»; пример: 602С;
– сверхвысокочастотные ферриты (СВЧ - ферриты);
в марке ферритов для СВЧ на первом месте ставится цифра, указывающая значение длины волны в сантиметрах, при которой используется данный феррит. Например, 3СЧ4 – это феррит для работы в полях с длиной волны 3 см, разновидность 4.
Применяют ферриты в фазовращателях, циркуляторах, фильтрах, магнитных усилителях и др.
Общая классификация магнитомягких материалов
Магнитодиэлектрическими называют магнитные материалы, в которых связкой является диэлектрик, а наполнителем – магнитомягкий металлический или ферритовый порошок.
Получают холодным прессованием порошкообразного ферромагнетика со связкой. Наполнитель – карбонильное железо, размолотые альсифер или пермаллой, связка – фенолформальдегидные смолы, полистирол, стекло и т.п.
Маркируют буквами в зависимости от применяемой основы: ВЧ или ТЧ – на основе прессованного порошкообразного альсифера; Р или ПС – на основе карбонильного железа; П – на основе пермаллоя.
Пример – Р-10, П140, ВЧ22…
Применяются в катушках индуктивности, трансформаторах для радиоаппаратуры и т. п.
Магнитотвердыми называют сплавы с коэрцитивной силой по индукции не менее 4 кА/м.
Углеродистые стали У10; У11; У12 подвергаются неполной закалке с низким отпуском на структуру мартенсита и цементита.
Легированные мартенситные стали: основной легирующий элемент – хром.
Маркируются аналогично конструкционным: буква Е указывает, что сталь магнитотвердая, остальные буквы обозначают легирующий элемент и процент его содержания; пример – ЕХ3; ЕХ6; ЕХ5К5; ЕХ7В8; ЕХ9К15М2. Термообработка – неполная закалка с низким отпуском на структуру мартенсита с карбидами; применяются для постоянных магнитов.
Литые магнитотвёрдые материалы: сплавы типа алнико (ЮНДК) на основе Fe-Al-Ni, Fe-Al-Ni-Co.
Маркируются аналогично сталям: после буквенного обозначения элемента указывается его количество в процентах. Буквы АА в конце маркировки означают, что сплав имеет монокристаллическую структуру, А и БА – столбчатую структуру; пример – ЮН14ДК25А, ЮНДК40Т8АА…
Термообработка – закалка 1200-1300 °C и отпуск 580-600 °C; иногда – в магнитном поле. Особенность – высокая твердость, низкая пластичность. Применяются для магнитов измерительных приборов, автоматических акустических устройств, электрических машин, магнитных муфт, опор, тормозов.
Деформируемые магнитотвёрдые материалы – сплавы на различных металлических основах: Fe, Co, Cu, Cr типа викаллой (ванадий-кобальт-железо) 52К13Ф, кунико (медь-никель-кобальт), хромко (железо-хром-кобальт)30ХК25; кунифе (медь-никель-железо) и т.д.
В маркировке, как правило, отражен химический состав, например, сплав 52КФ13 состоит из 51-53 % Со, 11-13 % V, остальное – Fe. Буква А в конце условного обозначения указывает на наличие магнитной анизотропии.
Термообработка: закалка и старение. Из них изготавливают постоянные магниты для активной части роторов гистерезисных электродвигателей, для элементов памяти, для носителей магнитной записи.
Порошковые магнитотвёрдые материалы получают методами порошковой металлургии, спекая порошки металлов при температуре 1200-1300 °C. Выделяют 2 группы материалов:
Дисперсионно-твердеющие сплавы систем Fe-Al-Ni и Fe-Al-Ni-Co.
Маркируют буквами ММК, что обозначает «магнит металлокерамический», цифра – порядковый номер; пример – ММК-2.
Термообработка – закалка и отпуск. Применяют в узлах, работающих в условиях ударных и вибрационных нагрузок для изготовления, как правило, мелких и точных по размерам магнитов.
Магнитотвердые ферриты из порошков оксидов FeО, BaО, CоО.
Маркировка: цифра, стоящая в марке на первом месте, определяет значение удвоенной магнитной энергии – 2Wmax; буква указывает металл в оксиде; буквы И или А соответственно означают: изо- или анизотропный феррит; последние три цифры в марке равны коэрцитивной силе Нс, определенной по намагниченности. Пример – 4БИ1145, 9БА205… е
Применяют ферриты в качестве постоянных магнитов для создания магнитных сепараторов, муфт, вентилей.
Порошковые сплавы на основе благородных и редкоземельных металлов – самария, празеодима, кобальта…
Маркировка: кобальт обозначается буквой К, самарий – С, празеодим – П; цифры соответствуют среднему содержанию самария или суммарному содержанию самария и празеодима. Буква А в конце маркировки указывает на улучшенную структуру; пример – КС37А, КСП 37А…
Особенность – стабильность магнитных свойств, высокие технологичность и стоимость. Термообработка – закалка. Применение: высокоточные постоянные магниты малых размеров.
