[9] Магнитные Материалы (Материалы с сайта Арсеньева), страница 7

К термомагнитным материалам относятся сплавы на основе Ni-Cu, Fe-Ni и Fe-Ni-Cr, Их применяют для компенсации темпе­ратурной погрешности в установках, вызываемой изменением ин­дукции постоянных магнитов или электрическою сопротивления проводов.

Для достижения резкой температурной зависимости магнитной проницаемости используется свойство ферромагнетиков снижать индукцию с ростом температуры вблизи точки Кюри. Для этих ферромагнетиков точка Кюри лежит между 0 и 100°С в зависимо­сти от добавок легирующих элементов. Сплав Ni-Cu при содержа­нии 30% Сu может компенсировать погрешности, если температура 20—80°С, а при содержании 40% Сu в интервале от —50°С—+10°С.

С
реди термомагнитных сплавов наибольшее техническое приме­нение получили сплавы Fe-Ni-Cr (компенсаторы). На рис. 9.30 приведены кривые зависимости магнитной индукции этих сплавов от температуры и содержания хрома

Рис. 9.30 Кривые зависимости магнит­ной индукции сплавов сис­темы Fe-Ni-Cr с 35% Ni и различным содержа­нием Сr от температуры в поле с H=8 кА/м

Преимуществами компенсаторов являются полная обратимость свойств при температуре —70—+70°С. высокая воспроизводимость характери­стик образцов и хорошая механическая обрабатываемость.

В последнее время в качестве тер­момагнитных материалов получают при­менение ферриты с низкой точкой Кюри.

Сплавы с постоянной магнитной проницаемостью в слабых полях

К сплавам с постоянной магнитной проницаемостью в слабых полях (до 160—240 А/м) относится, например, перминвар, представляющий собой трой­ной сплав Fe-Ni-Co, содержание которых соответственно составляет 25, 45 и 30%. Этот сплав подвергают отжигу при 100°С, после чего выдерживают при 400—500°С и медленно охлаждают. Перминвар имеет небольшую коэрцитивную силу, начальную магнитную про­ницаемость 300 и сохраняет постоянное значение ее до напряжен­ности поля 240 А/м и индукции 0,1 Т. Перминвар недостаточно стабилен в магнитном отношении, он чувствителен к влиянию тем­пературы и механическим напряжениям.

Более удовлетворительной стабильностью магнитной проницае­мости обладает сплав, именуемый изоперм, в состав которого входят железо, никель, алюминий или медь. Изоперм имеет маг­нитную проницаемость 30—80, которая мало изменяется в маг­нитных полях до напряженности в несколько сот ампер на метр.

9.4. Магнитотвердые материалы

Классификация и свойства

Магнитнотвердые материалы отличаются от магнитномягких материалов высокой коэрцитивной силой. Площадь гистерезисной петли магнитнотвердых материалов значительно больше, чем у магнитномягких (см. рис. 9.9).

По применению магнитнотвердые материалы можно подраз­делить на материалы для изготовления постоянных магнитов и для записи и длительного хранения звука, изображения и т. п.

По составу, состоянию и способу получения магнитнотвердых материалов различают:

1) легированные мартенситные стали;

2) литые высококоэрцитивные сплавы;

3) магниты из порошков;

4) магнитнотвердые ферриты;

5) неметаллические и металлические ленты и проволоку для записи звука.

Характеристиками материалов для постоянных магнитов слу­жат коэрцитивная сила, остаточная индукция и максимальная энергия, отдаваемая магнитом во внешнее пространство. Магнит­ная проницаемость материалов для постоянных магнитов меньше, чем магнитномягких материалов, причем с увеличением коэрцитив­ной силы понижается.

Магнитный поток, а следовательно, и магнитная энергия магни­та в замкнутом состоянии (в виде кольцевого сердечника) находятся внутри его. При наличии воздушного зазора между полюсами часть энергии оказывается связанной с полем вне объема материала маг­нита. Величина ее зависит от длины зазора. Причем индукция B_d в промежутке будет меньше остаточной индукции В_r вследствие размагничивающего действия полюсов магнита. Удельная магнитная энергия, заключенная в воздушном зазоре:

Э_d=B_dH_d/2 [Дж/м³] (9.11)

где H_d—напряженность поля, со­ответствующая индукции В_d (Т) (см. рис. 9.31), А/м.

Чем меньше длина магнита и чем относительно больше зазор, тем больше размагничивающее поле по­люсов и тем меньше В_d.

На рис. 9.31 представлена кри­вая размагничивания (четвертая часть петли гистерезиса), а также кривая, выражающая зависимость энергии Э_d, от величины индукции B_d.

Р
ис.9.31. Кри­вые размагничивания (I) и магнитной энергии в воздушном зазоре (II)

При замкнутом магните В_d=В_r; причем энергия равна нулю, так как Н_d=0. Если зазор между полюсами очень велик, то энер­гия при этих условиях также стремится к нулю, так как В_d=0, H_d=H_c

При некоторых значениях В_D и h_D энергия, это видно из рис. 9.31, достигает максимального значения.

Значение Э_D=B_DH_D/2= Э_Dmax определяет наилучшее использование магнита и тем самым явля­ется наиболее важной характеристикой качества материалов, ис­пользуемые для изготовлении постоянные магнитов. Нередко для характеристики таких материалов пользуются произведением B_DH_D опуская множитель 1/2/

Легированные мартенситные стали

Легированные мартенситные стали являются наиболее простыми и дешевыми материалами для изготовления постоянных магни­тов, однако их остаточные магнитные свойства невысоки. Стали легируются добавками вольфрама, хрома, молибдена. Составы и свойства таких сталей приведены в табл. 9.12. Магнитные свойства гарантируются для мартенситных сталей после осуществле­ния термообработки, специфичной для каждой марки стали, и пятичасовой структурной стабилизации в кипящей воде. Величина. В_D h_D для мартенситных сталей составляет 2000—8000 Т*А/м, удельная магнитная энергия соответственно 1—4 кДж/м³.

(T*A/м=B*с/м²*А/м=В*Кл/м³=Дж/м³)

Таблица 9.12. СОСТАВ И СВОЙСТВА МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ ДЛЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Литые высококоэрцитивные сплавы

Большую магнитную энергию имеют тройные сплавы Al-Ni-Fe,, которые раньше называли сплавами альни. При добавлении ко­бальта, меди, кремния, ниобия или титана в эти сплавы повыша­ются их магнитные свойства, облегчается технология изготовле­ния, повторяемость параметров и получение улучшенных механи­ческих характеристик.

С
плав альни с добавкой кремния называли альниси, а сплав альни с кобальтом—альнико; сплав альнико с содержанием кобальта 24% — м а г н и к о. Каждый из этих сплавов имеет марку, состоящую из букв и цифр, однако в заводских чертежах иногда можно встре­тить и прежние названия сплавов.

Рис. 9.32 Столбчатая структура сплава Al-Ni-Fe-Co-Cu

Магнитные свойства магнитнотвердых материалов зависят от кристаллографи­ческой и магнитной текстур. У всех маг­нитнотвердых материалов наилучшие магнитные свойства достигаются при зна­чительном искажении решетки.

Резко улучшенные магнитные свойст­ва сплавов обусловливаются не только составом, но и специальной обработкой— охлаждением магнитов после отливки в сильной магнитном поле.

Если отлитый магнит анизотропен, то наилучшие свойства у него обнаружива­ются в том направлении, в котором при охлаждении на него действовало магнитное поле.

Н
едостатком сплава типа альни, аль­нико и магнико является трудность изготовления из них изделий точных размеров вследствие хрупкости и твердости сплавов, допускающих обработку только путем шлифов­ки. Современная маркировка сплавов системы AI-Ni-Fe распро­страняется на ряд составов, магнитные свойства которых при­ведены в табл. 9.13.

Рис.9.33 Кривые размагничивания и магнитной энергии в воздушном зазоре сплавов:

1-ЮНД4; 2—ЮНД8; 3-ЮНДК15; 4—ЮНДК18; 5-ЮНДК34Т5; 6— ЮН13ДК24; 7—ЮНДК24Б; 8— ЮН15ДК25БА: 9 - ЮН14ДК25А

В марках сплавов приняты следующие обозначения: Ю—алюминий, Н—ни­кель, Д—медь, К—кобальт, Т—титан, Б—ниобий, С—кремний, А—столбча­тая кристаллическая текстура (рис. 9.32). Магнитная текстура не обозначается, но подразумевается всегда при содержании кобальта в сплаве свыше 15%. Цифра в маркировке подчеркивает содержание того металла, буква которого стоит перед этой цифрой: например, у первых двух сплавов (табл. 9.13) —это процентное со­держание меди. Символами АА обозначается монокристаллическая структура.

Кривые размагничивания и магнитной энергии в воздушном зазоре нескольких сплавов приведены на рис. 9.33. Бескобальтовые сплавы (ЮНД) наиболее дешевые. Сплавы, содержащие ко­бальт (ЮНДК15 и ЮНДК18 и др.), применяют в тех случаях, когда требуются повышенные магнитные свойства и нужен изо­тропный магнитный материал. Сплавы с 24% кобальта, обладающие высокими магнитными свойствами в направлении магнитной ' текстуры, используют при направленном магнитном потоке. Спла­вы с направленной кристаллизацией, например,ЮН13ДК25БА, ЮНДК35Т5БА обладают наибольшим запасом магнитной энер-

Таблица 9.13. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ ДЛЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Магниты из порошков