Свойства и характеристики сплавов пермаллоя

Пермаллой – магнитомягкий сплав никеля и железа, часто дополнительно легированный иными металлами. Хорошими свойствами материала являются высокая магнитная проницаемость, небольшая коэрцитивная сила и фактически отсутствующее изменение линейных и объёмных размеров при намагничивании.

Изобретён пермаллой был в 1913г. американским инженером Г. В. Элменом, работавшим на Bell Telephone Laboratories. Сплав применили для экранирования трансатлантического телеграфного кабеля в 1924 г., что говорит о его промышленном производстве уже В то время. Внедрение материала в советском союзе случилось несколько позднее, первый ГОСТ возник в 1963 г. Впрочем, использование пермаллоев исчерпывается из-за зависимости параметров данных сплавов от условий температурной обработки на производстве. И на сегодня материал применяют только в том случае, когда это резонно с технической и экономичной точек зрения.

Пермаллой относится к прецизионным сплавам, что означает строгое нормирование химического состава и его физико-механических параметров. Состав данной группы материалов зафиксирован в ГОСТ 10994-74, там же указаны правила маркировки. Марка состоит из литерных обозначений легирующих элементов и стоящих перед ними чисел, отражающих их массовую долю в сплаве.

Соответствие между буквами и элементами химии следующее:

• Г – марганец;
• Х – хром;
• Н – никель;
• Д – медь;
• А – азот;
• Ф – ванадий;
• Б – ниобий;
• В – вольфрам;
• Е – селен;
• К – кобальт;
• Л – бериллий;
• М – молибден;
• Р – бор;
• Т – титан;
• Ю – алюминий;
• Ц – цирконий;
• П – фосфор;
• Ч – редкоземельные элементы.

Ключевым рабочим составом пермаллоя служит марка 79HM, у неё самая большая магнитная проницаемость. В сплаве высокое содержание никеля и молибден в качестве легирующего компонента, который выполняет пермаллой более технологичным. Упрощается процесс производства, материал становится более стоек к влияниям механики, вырастает удельное электросопротивление, становиться лучше магнитная проницаемость соединения. У добавки молибдена есть негативный эффект – уменьшение индукции насыщения. Похожими характерностями в качестве улучшающего компонента обладает хром.

Для упрощения обработки механическим способом металла, увеличения температурной стабильности и получения постоянной магнитной проницаемости в нешироких интервалах напряжённости магнитного поля в пермаллой добавляют определенное количество меди.

Марганец и кремний добавляют для увеличения удельного сопротивления. В сплавах с львиной долей никеля для увеличения электросопротивления и снижения темпа охлаждения в качестве легирующих добавок используют хром, кремний, медь, ну и молибден, про который мы говорили раньше.

Механичные, электромагнитные свойства

Пермаллой стоек к процессам коррозии, за счёт наличия в составе никеля, сплав окисляется меньше железа, ведь для прохождения реакции между никелем и кислородом необходима температура от 500 °C. Плюс ко всему материал обладает хороший ковкостью, что дает возможность делать очень тонкие листы из данного металла, он легко подаётся обработке механическим путем.

Магнитные свойства пермаллоя значительно меняются, в большей мере определяясь химическим составом соединения. В данной категории выделяют два главных вида сплавов: низконикелевые и высоконикелевые.

Обычным представителем второй группы будет 79НМ с пропорциональным содержанием никеля 78,5–80%. Для него отличительными являются небольшая коэрцитивная сила, крепкий магнитозащитный эффект и фактически отсутствующая магнитострикция. 79НМ пермаллой имеет малую электропроводимость. Дополнительными хорошими качествами являются мягкость и коррозийная стойкость. Для увеличения параметров в 79НМ добавляют фосфор, получая сплав 79НМП, отличный более небольшим коэффициентом перемагничивания и очень высокой прямоугольностью гистерезисной петли.

Подобный сплав, но со слегка большей долей молибдена, 5% взамен 4%, называется суперпермаллой. При воплощении производственные технологии и проверке качества в нём достигается критерии относительной магнитной проницаемости µ первое равный 100000, и µ максимальное – 1000000.

В низконикелевых пермаллоях содержание этого металла может колебаться в границах 40–50%, обычным представителем считается перменорм. Показатель относительной магнитной проницаемости перменорма находится в диапазоне 3500–35000. Его можно увеличить путём добавочной температурной обработки и разработкой текстуры на поверхности пластин. Низконикелевые пермаллои 45Н и 50Н объединяют высокую магнитную проницаемость и индукцию насыщения. По второму критерию они намного превосходят высоконикелевые пермаллои приблизительно в 1,5 раза. Сплавы 45Н и 50Н имеют высокую проводимость электричества и очень легко намагничиваются, что находит использование в точных электротехнических устройствах.

Область использования

Пермаллой применяется при разработке сердечников для электро-магнитных катушек. Такой элемент электротехнических схем используется в преобразователях электрической энергии и электрических приборах для изменения параметров электротока. В сердечниках из пермаллоя чаще используются пластины-кольца, изготовленные из данного материала.

Ещё одной областью использования считается защита кабелей и микросхем от влияния магнитных полей. Пермалоевые ленты служат экранирующей оплёткой проводов. Они уменьшают уровень искажения сигналов при телекоммуникации.

Сплав применяется в звуковой аппаратуре. Там материал встречается в элементах звукозаписывающих головок. Тут основным рабочим свойством считается изменения векторов намагниченности.

Пермаллой находит использование в различных датчиках, например, материал применяется в двухосном магнитометре HMC1002.

Производство металла

Нужно начать с того, что пермаллой весьма непрост в изготовлении, стоимость на изделия из этого металла ставится, в основном, за килограмм или тонну. Чем тоньше прокатные листы, и чем очень сложной отделке подвергся металл, тем выше окончательная цена. Ленты из ходовых сплавов 50Н и 79НМ стоят приблизительно 2500–3000 руб. за кг. Кроме этого пермаллой продают в виде прутов, листов и порошка.

Свойства пермаллоя значительно зависят от качества термообработки металла и наличия в составе примесей. Сначала высоконикелевые сплавы получались в 2 этапа. В первую очередь шло нагревание сплава до температуры 900?, дальше он выдерживался в подобном состоянии 1 час, а потом шло постепенное охлаждение на 100? в час. Второй этап процесса производства начинался с повторного нагревания, в этот раз до температуры 600 ?C. После шла воздушная закалка металла на медной плите. Исследования пермаллоя обнаружили наличие зависимости между магнитными качествами и скоростью нагрева и охлаждения сплава. С увеличением темпов остывания металла его характеристики уменьшаются.

После стало известно, что для традиционного пермаллоя с содержанием никеля 79% двойная термообработка вполне может быть заменена одинарной. При подобном методе нагревание происходит в камерах заполненных чистым сухим водородом до температуры 1300° с дальнейшим длительным отпуском до 400-500. Термообработка сплавов с небольшим содержанием никеля легче, по этому они стоят намного дешевле. Необходимо выделить, что без термообработки магнитная проницаемость у пермаллоев хуже, чем у чистого железа.

После проката пластины из металла и ленты подвержены ещё одному этапу обработки – отжигу. Готовый продукт не обязан иметь тёмных пятен, окислов и многоцветных участков. Повреждения механического типа должны отсутствовать.

После отжига пермаллоивые пластины отправляются на магнитные проверки, где их свойства контролируются на соответствие существующим нормам.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.