1 сплавы на основе ферромагнитных металлов

Обновлено: 07.01.2025

Магнитомягкими называют ферромагнитные сплавы, имеющие узкую петлю гистерезиса и малую коэрцетивную силу По основным магнитным, электрическим, механическим свойствам и основной области применения их делят на 12 групп, характеристики некоторых из них приведены в табл. 2.18. Кроме указанных в табл. 2.18, промышленность выпускает магнитомягкие сплавы следующих типов:

• сплавы с низкой остаточной индукцией;
• сплавы с высокой проницаемостью и повышенной индукцией насыщения;
• сплавы с низкой остаточной индукцией;
• сплавы с высокой коррозионной стойкостью;
• сплавы с высокой магнитострикцией;
• сплавы для работы в СВЧ-диапазоне.

Большинство магнитных сплавов в качестве основного компонента содержат никель, железо, кобальт или их композицию.

Таблица 2.18

Классификация некоторых типов магнитомягких сплавов

Примеры марок сплавов

Сплавы с максимальной магнитной проницаемостью

IWfl 0 1 000 000 е_нас до 0,8 Тл

Сердечники малогабаритных трансформаторов, магнитные экраны

Сплавы с высокими магнитной проницаемостью и электросопротивлением

Г^максД 0 100 000 '

р до 1 мкОм-см е_насдо1,4Тл

Сердечники аппаратуры связи, импульсных трансформаторов

Сплавы с прямоугольной петлей гистерезиса

б осАасДоО' 9Б - rw Д° 1 200 000

В нас ДО 1 - 5Тл

Сердечники магнитных усилителей, реле, элементы памяти

Сплавы с высокой индукцией насыщения

Сердечники и полюсные наконечники магнитов

Сплавы с высокой износостойкостью

Высокая твердость, прочность, проницаемость и электросопротивление

Сердечники магнитных головок записи и воспроизведения информации

Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения

Коэффициент теплового расширения — как у стекол,

Магнитные элементы герконов

Сплавы с максимальной магнитной проницаемостью. Данная группа сплавов выполнена на никелевой основе, а в качестве легирующих элементов служат молибден, хром, ванадий, кремний, медь и железо. Состав некоторых сплавов (остальное — железо) приведен в табл. 2.19.

Таблица 2.19

Промышленность выпускает указанные сплавы в виде прутков, ленты толщиной до 0,005 мм, листов. Свойства сплавов существенно зависят от качества термообработки материалов, причем свойства весьма чувствительны к механическим напряжениям. Магнитные характеристики сплавов и удельные потери зависят от рабочей частоты и от толщины ленты из сплава. В качестве примера показаны зависимости удельных потерь сплава 79НМ от величины индукции для разных значений толщины ленты из сплава на рис. 2.34.

Рис. 2.34. Зависимость удельных потерь сплава 79НМ от индукции [35. С. 34]: а — на частоте 400 Гц, б — 2400 Гц, в — 9600 Гц; на выносках указаны величины

толщины ленты, мм

Сплавы с прямоугольной петлей гистерезиса. Сплавы имеют прямоугольную петлю гистерезиса, высокую магнитную проницаемость и обладают кристаллографической или магнитной текстурой. Основой сплавов являются системы «2Ni — Fe» или «Ni — Fe — Со», легированные кремнием, молибденом или медью. В качестве примера приведен состав некоторых сплавов (остальное — железо) в табл. 2.20.

Магнитные стали и сплавы

Из всех металлов только железо, никель и кобальт обладают ферромагнетизмом. Во внешнем магнитном поле эти металлы сильно намагничиваются, что широко используется в технике.

Важнейшими характеристиками, определяющими магнитные свойства, являются:

0 остаточная индукция В, — это индукция, остающаяся в образце после снятия внешнего поля (единица величины — тесла, Тл);
0 коэрцитивная сила Н_с — напряженность магнитного поля обратного знака, необходимого для размагничивания образца (А/м, ампер на метр).

На рис. 7.7 приведена кривая намагничивания (петля гистерезиса), на которой отрезок ^соответствует остаточной индукции В_г (когда напряженность внешнего поля Н= 0), а отрезок 03 — коэрцитивной силе Н_с (когда намагниченность тела /= 0).

Рис. 7.7. Петля гистерезиса ферромагнетика

Ферромагнитные материалы подразделяют на две большие группы:

0 магнитно-жесткие (магнитно-твердые) — обладают значительной коэрцитивной силой — от нескольких десятков до нескольких тысяч ампер на сантиметр; имеют широкую петлю гистерезиса; такие материалы используют для изготовления постоянных магнитов;
0 магнитно-мягкие материалы — характеризуются малыми (от нескольких тысячных до 1—2 А/см) значениями коэрцитивной силы. Петли гистерезиса магнитно-мягких материалов — узкие. Из этих материалов изготовляют магнитопроводы — проводники магнитного потока, генерируемого каким-либо источником (сердечники катушек, электромагнитов, трансформаторов, динамо-машин).

Магнитно-твердые стали и сплавы для постоянных магнитов должны обладать высокими значениями коэрцитивной силы Н_с и остаточной индукции В_г

Обычно коэрцитивная сила у чистых ферромагнитных металлов невелика и возрастает в сплавах. Получение высококоэрцитивного состояния в этих сплавах обусловлено происходящими в них фазовыми превращениями: мартенситным превращением, распадом твердого раствора с выделением дисперсных фаз; превращением неупорядоченных твердых растворов, в решетке которых атомы компонентов распределены относительно равномерно, в упорядоченные твердые растворы, атомы компонентов в которых занимают определенные положения в кристаллической решетке. Коэрцитивная сила возрастает также при возникновении искажений в кристаллической решетке, вызванных напряжениями, при измельчении зерна.

Все промышленные сплавы для постоянных магнитов можно разделить на следующие группы: 1) стали с мартенситной структурой, 2) литые магнитно-твердые сплавы, 3) порошковые металлокерамические сплавы, 4) пластически деформируемые сплавы.

В первую группу входят углеродистые заэвтектоидные стали У10 и У12, а также легированные стали.

Легирование углеродистой стали (около 1 % С) хромом, вольфрамом, совместно хромом и кобальтом вызывает повышение коэрцитивной силы, обеспечивает более высокую стабильность свойств при эксплуатации.

Наилучшие магнитные свойства достигаются, если структура сталей состоит из мартенсита с включениями дисперсных карбидов, дополнительно повышающих коэрцитивную силу.

Коэрцитивная сила легированных сталей после термической обработки составляет 4,8—12 кА/м, остаточная магнитная индукция 0,8—1,0 Тл.

Рассмотренные выше стали для постоянных магнитов имеют ограниченное применение, так как по своим магнитным свойствам они уступают литым и металлокерамическим сплавам.

Магнитно-твердые литые сплавы — это сплавы системы Fe—Ni—А1 на основе железа. Они содержат примерно 12—34 % Ni и 6,5—15 % А1, остальное — железо. В равновесном состоянии в сплавах указанного состава имеются две фазы с объемно центрированной кубической решеткой: pj-твердый раствор, близкий по составу к железу, и р₂-упорядоченный твердый раствор на основе соединения NiAl. р₂-фаза слабо ферромагнитна. Для практических целей применяют сплавы, дополнительно легированные Си, Со, Ti, Nb, которые улучшают магнитные свойства.

Магнитные сплавы подвергают специфической термической обработке. Она включает в себя нагрев до 1250—1280 °С с последующим регламентированным охлаждением, которое обеспечивает получение наибольшего значения коэрцитивной силы.

Еще более высокие результаты достигаются при термической обработке сплавов в магнитном поле (термомагнитная обработка).

Недостатками литых сплавов являются высокая твердость и хрупкость, что делает практически невозможным все виды обработки этих сплавов, кроме шлифования; магниты из них изготовляют методом литья.

Порошковые магнитно-твердые сплавы имеют ряд преимуществ перед литыми сплавами, в частности они обладают повышенной прочностью, что объясняется малым размером зерна.

Порошковые сплавы системы Fe—Ni—А1 изготовляют из порошка измельченного литого сплава или порошков элементов, входящих в эти сплавы, путем прессования и спекания порошков при высокой температуре (1300 °С для спекания порошков металлов) в защитной атмосфере. По химическому составу порошковые сплавы существенно не отличаются от литых, но по магнитным свойствам (после тех же видов термической и термомагнитной обработки) несколько уступают им. Маркируют такие сплавы буквами ММ К (магнит металлокерамический) и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например ММК1, ММК7, ММК11.

Деформируемые магнитно-твердые сплавы изготовляют на основе пластичных металлов: Fe_a, Со, Си. Их можно обрабатывать давлением, резанием. Рассмотренные выше легированные стали с мартенситной структурой хотя и обладают этими свойствами, но имеют низкие магнитные свойства.

Среди деформируемых высококоэрцитивных сплавов, приближающихся по магнитным свойствам к литым сплавам для постоянных магнитов, сплавы на основе a-железа, сплавы Fe—Cr—Со; Fe—Со—V; Си—Ni—Со и др. Сплавы являются дис- персионно-твердеющими. Термическая обработка их включает закалку и старение (отпуск).

В промышленности используют деформируемые сплавы: хромко (45 % Fe; 30 % Cr; 25 % Со); викаллой (52 % Со; 13 % V, остальное — Fe); кунико (50 % Си; 21 % Ni; 29 % Со) и др. Некоторые сплавы после закалки можно подвергать холодной пластической деформации, при которой формируется кристаллографическая текстура, что приводит к дополнительному повышению магнитных свойств. Так, после закалки, холодной деформации и старения при 600—620 °С сплав викаллой имеет следующие свойства: HRC 58—62; Н_с = 28 кА/м; В_г — 0,6 Тл.

Ковкие пластичные деформируемые сплавы хромко, викаллой, кунико и другие применяют для изготовления тонких лент и проволоки.

Магнитно-мягкие стали и сплавы предназначены для изготовления магнитопроводов, элементов магнитной системы, проводящих магнитный поток, создаваемый каким-либо источником. Эти стали и сплавы должны иметь малую коэрцитивную силу, большую магнитную восприимчивость.

В качестве магнитно-мягкого материала используют тонколистовую электротехническую сталь, точнее, низкоуглеродистые (0,05—0,005 % С), железокремнистые сплавы (0,8— 4,8% Si).

Кремний образует с железом твердый раствор (легированный феррит). Он сильно повышает электрическое сопротивление стали и тем самым снижает потери на вихревые токи, увеличивает магнитную проницаемость.

Электротехнические стали по структуре и виду прокатки разделяют на следующие классы (ГОСТ 214270—75):

1 — горячекатаная изотропная марок 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412 и др.;
2 — холоднокатаная изотропная марок 2011, 2012, 2013, 2111, 2211 и др.;
3 — холоднокатаная анизотропная с определенной текстурой (текстурированная): 3411, 3412, 3414 и т.д. В марке цифры означают: первая — класс по структуре и виду прокатки, вторая — процентное содержание кремния, третья — группу по основной нормируемой характеристике свойств, четвертая — порядковый номер типа стали.

В зависимости от нормируемых показателей электрических и магнитных свойств электротехнические стали делят на группы (0, 1, 2, 6, 7).

Более высокие магнитные свойства имеет крупнозернистая сталь с определенной текстурой (текстурированная), т.е. с определенной преимущественной кристаллографической ориентацией зерен.

По применению электротехнические стали делят на динам- ную и трансформаторную. Динамная сталь содержит 0,5—2,3 % Si и по сравнению с трансформаторной сталью (3,5—4,8 % Si) она более пластична и менее магнитно-мягкая.

Особо чистые сорта железа после специальной обработки также имеют высокую магнитную проницаемость и малую коэрцитивную силу, характеризуются низким электрическим сопротивлением и большими потерями на вихревые токи. Такое железо можно применять в качестве магнитно-мягкого материала для изготовления сердечников, полюсных наконечников электромагнитов и др.

Железоникелевые сплавы (пермаллои) содержат 45—80 % Ni и дополнительно легированы хромом, кремнием, молибденом. Легирующие элементы входят в твердый раствор, повышают электрическое сопротивление и уменьшают потери на вихревые токи. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая.

Наиболее высокие свойства имеет пермаллой 79НМА (78,5—80 % Ni; 3,8—4,1 % Мо; остальное — Fe). После специальной термической обработки (высокотемпературный отжиг при 1100—1250 °С в атмосфере водорода с медленным охлаждением в магнитном поле) они обладают высокой начальной магнитной проницаемостью до 50 000 Гн/м и максимальной проницаемостью до 300 000 Гн/м, а также малой коэрцитивной силой (0,05-0,003 А/см).

Очень высокая начальная магнитная проницаемость позволяет использовать пермаллои в аппаратуре, работающей в слабых полях (телефон, радио).

Ферромагнитные (магнитотвердые) материалы

Магнитотвердые стали и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов. Магнитная энергия постоянного магнита тем выше, чем больше остаточная индукция В_г и коэрцитивная сила Н_с. Магнитная энергия пропорциональна произведению В_г • Н_с. Учитывая, что величина В_г ограничена магнитным насыщением ферромагнетика (железа), увеличение магнитной энергии достигается повышением коэрцитивной силы Н_с.

Удельная магнитная энергия может изменяться от 0 до максимума (рис. 73). Максимальная определяется по формуле

Таким образом, магнитотвердые материалы должны иметь высокие значения В_п //_с, магнитной энергии В_г Н_с и сохранять их во времени.

Рис. 73. Изменение магнитных свойств

Наиболее высокие значения коэрцитивной силы характерны для сталей или сплавов с наивысшей физической твердостью. Высокая твердость достигается закалкой на мартенсит или дисперсионным твердением. Углеродистые стали, закаливающиеся на мартенсит (легированные), и безугле- родистые сплавы (дисперсионно-твердеющие) применяют в промышленности для постоянных магнитов.

Размагничивание связано с наличием примесей, при этом идет смещение стенок доменов и вращение векторов намагничивания.

Необратимость этих эффектов приводит при перемагничивании к образованию петли гистерезиса. При различном химическом составе и структуре доля участия каждого фактора различна, но основным считают вращение векторов. Значения коэрцитивной силы зависят от кристаллографической анизотропии К и намагниченности насыщения M_s. Максимальное значение имеет кобальт, минимальное - никель, поэтому кобальт используют для постоянных магнитов.

Высокие значения В_п Я_с, В_г • Н_с отмечаются у следующих материалов: сталей в мартенситном состоянии, сплавов системы Fe-Ni-Al-Co (АЛНИКО), интерметаллидов, РЗМ, сплавов кобальта, соединений Nd-Fe-B, ферритов.

Легирование такими элементами, как W, Сг, Со, Мо, повышает устойчивость мартенситной структуры.

Для изготовления магнитов применяют высокоуглеродистые стали (чаще с 1,0 % С), легированные хромом (3,0 %) - ЕХЗ, вольфрамом (6,0 %) - ЕВ6; одновременно хромом и кобальтом - ЕХ5К5, ЕХ9К15М2 (ГОСТ 6862-71). Легирующие элементы повышают коэрцитивную силу, остаточную индукцию и улучшают температурную стабильность и стойкость постоянного магнита к механическим ударам. Хромистые, вольфрамовые и кобальтовые стали легко обрабатываются давлением и резанием, но обладают относительно малой магнитной энергией, поэтому их применяют для неответственных магнитов массового производства. Коэрцитивная сила легированных сталей составляет 60-180 Э, остаточная индукция - 8 000-10 000 Гс. Наиболее высокие магнитные свойства у сталей ЕХ5К5 и ЕХ9К15М2 после нормализации, высокого отпуска, закалки и низкого отпуска (при 100 °С).

Наибольшее промышленное значение имеют сплавы типа АЛНИКО. Они тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты изготавливают литьем, а затем проводят только шлифование.

Высокие магнитные свойства сплавы получают после нагрева до 1 250-1 280 °С и дальнейшей закалки с определенной (критической) для каждого сплава скоростью охлаждения; после закалки следует отпуск при 580-600 °С. После указанной термической обработки a-фаза распределена в виде пластинок (игл) однодоменных размеров в а2-фазе. Отпуск усиливает обособление фаз друг от друга, что увеличивает коэрцитивную силу.

Большие внутренние напряжения, возникающие в процессе распада высокотемпературной фазы, анизотропия формы частиц образующейся фазы, а также однодоменность этих частиц определяют высококоэрцитивное состояние сплавов. Дальнейшее повышение магнитной энергии достигается созданием в сплавах магнитной и кристаллографической текстур.

Для формирования магнитной текстуры сплавы типа АЛНИКО подвергают термомагнитной обработке: нагреву до 1 300 °С и охлаждению со скоростью 0,5-5,0 °С/с (в зависимости от состава сплава) в магнитном поле, приложенном вдоль направления, наиболее важного для магнита данной конфигурации. Затем магнит отпускают при 625 °С. При обработке в магнитом поле a-фаза выделяется в виде частиц, ориентированных вдоль поля параллельно направлению [100]. После такой обработки магнитные свойства сплавов становятся анизотропными, их магнитные характеристики сильно возрастают в направлении приложенного магнитного поля (магнитная текстура). Термомагнитной обработке чаще подвергают сплавы, содержащие свыше 18 % Со.

Кристаллографическая текстура формируется в случае направленной кристаллизации отливки магнита. При этом образуются столбчатые кристаллы, растущие в направлении [100]. Это сильно повышает магнитные свойства, поскольку они зависят от кристаллографической ориентации ферромагнитных фаз.

Рис. 74. Размагничивающее поле одноименного кристалла

Влияние анизотропии формы велико у всех ферромагнетиков. Она вызывает размагничивание поля Н_р (рис. 74). Такое противоположное поле Н_р снижает намагниченность и увеличивает Н_с.

Магнитоупругая анизотропия проявляется при возникновении неоднородных напряжений из-за магнитострикции или приложения внешних сил. Максимальный вклад дает значение Н_с для никеля. При толщинах материала > 30 мкм отмечается доменная структура. Домены намагничиваются и вращаются во взаимно перпендикулярных направлениях под действием внешних сил, что используют в информационных системах. Многофазные сплавы имеют максимальную 7/_с, так как размагничивание в них идет в результате вращения векторов ферромагнитных включений. В сплавах с ферромагнитной основой и неферромагнитными включениями размагничивание может развиваться из- за смещения доменной стенки. Коэрцитивная сила имеет максимальное значение, если диаметр неферромагнитных включений соизмерим с шириной доменной стенки (для Fe= ИЗ^м). Поэтому преимущество имеют сплавы, а не чистые металлы. Для ферромагнитных сплавов характерна неравноосная форма кристаллов, для неферромагнитных - их количество и размер.

Основу представляет твердый раствор с искаженной кристаллической решеткой (пересыщенный твердый раствор) и высоким уровнем внутренних остаточных напряжений. Это способствует увеличению всех магнитных характеристик (Я_с, В_п со_тах, Н_с-В_г). Свойства оценивают при стабильных условиях эксплуатации, так как изменение температуры может вызвать изменение структуры (старение). Ферромагнитные материалы подразделяют на литые, деформируемые и порошковые.

Литые материалы. Система Fe-Ni-Al имеет p-фазу с большим содержанием железа, вкрапленную в ферромагнитную Р2-фазу. При термической обработке р —> pi —> р2, в результате удается получить однодоменные кристаллы pi пластинчатой формы, что увеличивает //_с, р₂ и со_тах.

Закалка проводится от 1 200-1 280 °С, охлаждение - со скоростью, критической для дисперсности выделений Pi. Отпуск при 590-625 °С вызывает дораспад фаз и улучшает магнитные свойства.

Углеродистая сталь имеет малую прокаливаемость и твердость, а также большую склонность к старению с течением времени.

Введение хрома увеличивает прокаливаемость и твердость, что способствует улучшению магнитных свойств стали. Дальнейшее улучшение свойств может быть достигнуто введением таких элементов, как вольфрам, молибден, титан. Улучшает свойства и кобальт, вводимый совместно с карбидообразующими элементами. Повышение индукции насыщения в сплавах Fe-Co происходит до содержания 35 % Со. Наиболее распространенные марки сталей для постоянных магнитов приведены в табл. 33. Их относят к мартенситному классу (ГОСТ 6862-71).

Ферромагнитный материал. Свойства и применение ферромагнетиков

В зависимости от магнитных свойств, вещества бывают диамагнетиками, парамагнетиками и ферромагнетиками. И именно ферромагнитный материал обладает особенными свойствами, отличающимися от остальных.

Что это за материал и какими свойствами обладает

Ферромагнитный материал (или ферромагнетик) – вещество, находящееся в твердом кристаллическом или же аморфном состоянии, которое обладает намагниченностью при отсутствии какого-либо магнитного поля лишь при низкой критической температуре, т. е. при температуре ниже точки Кюри. Магнитная восприимчивость этого материала положительна и превышает единицу. Некоторые ферромагнетики могут обладать самопроизвольной намагниченностью, сила которой будет зависеть от внешних факторов. Кроме всего прочего, такие материалы имеют отличную магнитную проницаемость и способны к усилению внешнего магнитного поля в несколько сотен тысяч раз.

Группы ферромагнетиков

Всего существует две группы ферромагнитного материала:

Магнитно-мягкая группа. Ферромагнетики этой группы имеют небольшие показатели напряженности магнитного поля, но обладают отличной магнитной проницаемостью (менее 8,0×10 -4 Гн/м) и невысокими потерями гистерезисного характера. К магнитно-мягким материалам относятся: пермаллои (сплавы с добавлением никеля и железа), оксидные ферромагнетики (ферриты), магнитодиэлектрики.
Магнитно-жесткая (или магнитно-твердая группа). Характеристики ферромагнитных материалов этой группы выше, чем у предыдущей. Магнитно-твердые вещества обладают как высокими показателями напряженности магнитного поля, так и хорошей магнитной проницаемостью. Они являются основными материалами для производства магнитов и устройств, где используется коэрцитивная сила и необходима отличная магнитная восприимчивость. К магнитно-жесткой группе относятся практически все углеродистые и некоторые легированные стали (кобальт, вольфрам и хром).

Материалы магнитно-мягкой группы

Как и говорилось ранее, к магнитно-мягкой группе относятся:

Пермаллои, которые состоят только из сплавов железа и никеля. Иногда к пермаллоям добавляют хром и молибден для повышения проницаемости. Правильно изготовленные пермаллои отличаются высокими показателями магнитной проницаемости и коэрцитивной силы.
Ферриты – ферромагнитный материал, состоящий из оксидов железа и цинка. Нередко к железу и цинку добавляют оксиды марганца или никеля для уменьшения сопротивления. Поэтому ферриты часто используют в качестве полупроводников при высокочастотных токах.
Магнитодиэлектрики являются измельченной смесью порошка железа, магнетита или пермаллоя, обернутого в пленку из диэлектрика. Так же как и ферриты, магнитодиэлектрики используются в качестве полупроводников в самых разных устройствах: усилителях, приемниках, передатчиках и т. д.

Материалы магнитно-твердой группы

К магнитно-твердой группе относятся следующие материалы:

Углеродистые стали, состоящие из сплава железа и углерода. В зависимости от количества углерода, бывают: низкоуглеродистые (менее 0,25% углерода), среднеуглеродистые (от 0,25 до 0,6% углерода) и высокоуглеродистые стали (до 2% углерода). Помимо железа и углерода, в состав сплава могут также входить кремний, магний и марганец. Но наиболее качественными и пригодными ферромагнитными материалами считаются те углеродистые стали, которые имеют наименьшее количество примесей.
Сплавы на основе редкоземельных элементов, например самарий-кобальтовые сплавы (соединения SmCo5 или Sm2Co17). Они имеют высокие показатели магнитной проницаемости при остаточной индукции в 0,9 Тл. При этом магнитное поле в ферромагнетиках такого типа тоже составляет 0,9 Тл.
Другие сплавы. К таковым относятся: вольфрамовые, магниевые, платиновые и кобальтовые сплавы.

Отличие ферромагнитного материала от других веществ, обладающих магнитными свойствами

В начале статьи было сказано, что ферромагнетики обладают особенными свойствами, которые значительно отличаются от других материалов, и вот несколько доказательств:

В отличие от диамагнетиков и парамагнетиков, которые получают свои свойства от отдельных атомов и молекул вещества, свойства ферромагнитных материалов зависят от кристаллической структуры.
Ферромагнитные материалы, в отличие, например, от парамагнетиков, имеют большие значения магнитной проницаемости.
Помимо проницаемости, ферромагнетики отличаются от парамагнитных материалов еще и тем, что имеют зависимую связь между намагничиванием и напряженностью намагничивающего поля, которая имеет научное название – магнитный гистерезис. Подобному явлению подвержены многие ферромагнитные материалы, например кобальт и никель, а также сплавы на их основе. Кстати, именно магнитный гистерезис позволяет магнитам сохранять состояние намагниченности в течение продолжительного времени.
Некоторые ферромагнитные материалы также обладают особенностью изменять свою форму и размеры при намагничивании. Такое явление называется магнитострикцией и зависит не только от вида ферромагнетика, но и от других не менее важных факторов, например от напряженности полей и расположения кристаллографических осей по отношению к ним.
Еще одной интересной особенностью ферромагнитного вещества является способность терять свои магнитные свойства или, говоря проще, превращаться в парамагнетик. Такого эффекта можно достичь при нагреве материала выше так называемой точки Кюри, при этом переход в парамагнитное состояние не сопровождается какими-либо сторонними явлениями и практически незаметен невооруженным глазом.

Область применения ферромагнетиков

Как видно, ферромагнитный материал занимает особо важное место в современном мире технологий. Его используют при изготовлении:

постоянных магнитов; ;
трансформаторов и генераторов;
электронных моторов;
электроизмерительных приборов;
приемников;
передатчиков;
усилителей и ресиверов;
винчестеров для ноутбуков и ПК;
громкоговорителей и некоторых видов телефонов;
звукозаписывающих устройств.

В прошлом некоторые магнитно-мягкие материалы использовались также в радиотехнике при создании магнитных лент и пленок.

Магнитные стали и сплавы. Твердые и мягкие стали

Среди металлов есть такие, которые обладают свойствами намагничивания. К ним относятся железо, никель и кобальт. Гадолиний приобретает ферромагнитные свойства при температуре ниже 0 о С. При добавлении в сплав этих элементов получается магнитная сталь. Кроме того, они характеризуются наличием остаточной индукции и коэрцитивной силы.

Все сплавы, обладающие магнетизмом, можно разделить на 2 вида:

Твердые стали соответствуют ГОСТ 6862-71 и из них производят постоянные магниты. Для этого используют высокоуглеродистые вещества, легированные хромом или хромом и кобальтом.

Сплавы на основе железа также можно использовать для производства магнитов постоянного поля. Примером может стать материал альнико, где 54% составляет железо.

Магнитомягкие - так по-другому называют электротехнические стали. Они должны соответствовать ГОСТ 21427-75. Такие магнитные стали применяют для работы в переменных полях, там, где происходит намагничивание без перерыва. Магнитотвердые материалы владеют существенной остаточной индукцией, высокой коэрцитивной силой. Малая магнитная проницаемость становится дополнительным свойством сплава.

Из материала изготавливают сердечники катушек электромагнитов и трансформаторов. Для этого подходят кремнистые и низкоуглеродные сплавы.

Магнитную сталь маркируют четырехзначным числом. Первое число определяет структуру и вид прокатки. Второе — содержание кремния. Третье число определяет тепловые потери, четвертое - код нормируемого параметра.

Для работы в переменных полях можно использовать магнитную сталь на основе железа или никеля. Примером такого материала является альсифер.

Ферриты

Для сокращения электрических потерь используют повышение удельного сопротивления. Магнитная сталь играет важную роль в современном производстве. Большим сопротивлением обладают магнитные материалы — ферриты.

Ферриты получают из оксидов методом порошковой металлургии. Такие материалы обладают свойствами ферромагнетика и диэлектрика, что позволяет их использовать там, где применяются высокие и сверхвысокие частоты.

Себестоимость ферритных сердечников ниже, чем остальных, благодаря автоматизации производства. Сплавы можно подразделить на 4 группы:

спеченные;
деформируемые;
литые;
прессмагниты.

Сплавы

Магнитная сталь для постоянного магнита должна обладать достаточным объемом углерода, который находится в твердом растворе. Такие сплавы называются деформируемыми. Самыми простыми и дешевыми считаются высокоуглеродистые материалы. Добавка кобальта увеличивает магнитные свойства стали.

К литым относятся сплавы на основе Fe—Ni—A1. Более 80% магнитов изготовляется из такого материала. Самые качественные сплавы этой группы обладают очень мощным магнетизмом. Они отличаются от углеродистой и хромистой магнитной стали.

Маленькие магниты производят методом спекания. Для этого потребуется никель, алюминий и железо высокой чистоты. Они славятся повышенной твердостью. Таким методом создают магниты из магнитотвердых ферритов. Наибольшую популярность получили бариевые ферриты из-за высоких магнитных свойств и приемлемой цены.

Читайте также: