Свойства и характеристики сплавов пермаллоя

Магнитометр. Что это такое?

Как следует уже из самого названия, магнитометр – это прибор, предназначенный для измерения параметров магнитного поля и магнитных свойств отдельных материалов. В зависимости от того изменения показателей какого рода фиксирует устройство, его могут называть следующими терминами:

• эрстедметр (меряет напряженность поля);
• градиентометр (определяет полевой градиент);
• тесламетр (показывает индукцию);
• веберметр (определяет магнитный поток);
• инклинатор или деклинатор (устанавливает направление поля);
• коэрцитиметр (показывает коэрцитивную силу).

Когда работают мю-метры и каппа-метры, можно выяснить соответственно магнитную проницаемость и магнитную восприимчивость. А также существуют приборы для фиксации магнитного момента. Но есть и более узкое определение магнитометров – это аппараты, замеряющие напряженность, градиент и направление поля. Определение необходимых параметров производится различными способами.

Необходимо учитывать, что одни приборы фиксируют абсолютные значения полевых характеристик, а другие отражают изменение поля с течением времени или в разных точках пространства.

Примечания и ссылки

1. ↑ и (de) GW Elmen и HD Arnold, «  Пермаллой, новый магнитный материал с очень высокой проницаемостью  », American Tel. & Телефон. , США, т.  2 п о  3,Июль 1923 г., стр.  101–111
2. Магнитные затяжки присутствуют в электрических трансформаторах, магнитных экранах …
3. (де) Дэвид Джайлс, Введение в магнетизм и магнитные материалы, CRC Press ,1998 г., 568  с. , стр.  354
4. ↑ и (de) Аллен Грин, , История компании Atlantic Cable and Undersea Communications, FTL Design,2004 г.(по состоянию на 14 декабря 2008 г. )
5. Брэгг, Л. Электричество (Лондон: G. Bell & Sons, 1943), стр. 212–213.
6. (de) GW Elmen, «  Магнитные сплавы железа, никеля и кобальта  », American Tel. & Телефон. , США, т.  15, п о  1,Январь 1936 г., стр.  113–135
7. Термическая обработка часто проводится в контролируемых магнитных полях, атмосферных условиях и при изменении температуры.
8. CW Chem (ред.), Магнетизм и металлургия мягких магнитных материалов, цитируемый опус, в частности, прочтите § 1.3 Сплавы Ni-Fe главы 6 о «применении магнитных материалов» мягких материалов, с.  385-390 .
9. Многие коммерческие сплавы, содержащие около 36% железа, использовались при производстве индукторов и телефонных переводчиков.
10. Коммерческие сплавы, содержащие около 50% железа, в действительности имеют очень разные качества из-за прокатки и соответствующей термической обработки, которой они подверглись. Это, очевидно, оправдывает изменение названия. Филипп Робер, Материалы электротехники, Договор об электричестве под руководством Жака Нейринка, Том II, Dunod / Presses polytechniques romandes 1979, 361 страница. ( ISBN  2-04-016933-4 ) (Бордас). В частности, стр. 207-208.

Свойства аустенитных сталей

Сталь аустенитного класса образует 1-фазную структуру во время процесса кристаллизации. Ее кристаллическая решетка не изменяется даже при резком охлаждении до отрицательных температур (–200 °C). Основными компонентами аустенитных железных сплавов являются хром и никель. От доли их содержания зависят технологичность, пластичность, прочность и жаростойкость материала. Для легирования применяют следующие материалы:

1. Ферритизаторы: титан, кремний, молибден, ниобий. Они стабилизируют структуру аустенитов и формируют объемноцентрированную кубическую решетку.
2. Аустенизаторы: азот, марганец и углерод. Они присутствуют в избыточных фазах, формирующихся во время термообработки железных сплавов.

По свойствам материалов аустенитные модификации железа делятся на следующие типы:

1. Коррозионностойкие (нержавеющие). В их состав входит хром (18%), никель (30%) и углерод (0,25%). Эти высоколегированные стали применяются в промышленном производстве с 1910 г. Их главным преимуществом является устойчивость к коррозии. Материал сохраняет это свойство даже при сильном нагревании, что обусловлено низким содержанием углерода. Коррозионностойкие железные сплавы производятся, согласно ГОСТ 5632-2014. В них могут присутствовать добавки из кремния, марганца, и молибдена.
2. Жаростойкие. Они обладают ГЦК-решеткой и устойчивы к воздействию высоких температур. Этот материал можно нагревать до 1100 °C. Жаропрочные аустенитные стали применяются при изготовлении печных устройств, турбин роторов электростанций и иных приборов, работающих при помощи дизельного топлива. При производстве данной модификации железа используются дополнительные добавки из бора, ниобия, ванадия, молибдена и вольфрам. Эти химические элементы повышают жаропрочность материала.
3. Хладостойкие. В составе этих высоколегированных сталей присутствуют хром (19%) и никель (25%). Главным достоинством материала является высокая вязкость и пластичность. Также эта модификация железа располагает высокой стойкостью к коррозии. Хладостойкие металлы сохраняют данные свойства даже при резком понижении температуры. Их главным недостатком является низкая прочность во время работы при комнатной температуре.

Аустенитная высоколегированная сталь является одной из самых дорогих модификаций железа, потому что в них содержится большое количество дорогостоящих материалов: хрома и никеля. Также на ее стоимость влияет количество дополнительных легирующих компонентов, позволяющих создавать железные сплавы с особыми свойствами. Дополнительные элементы легирования подбираются в зависимости от сложности работ, где применяются аустенит.

В аустенитных сталях могут осуществляться следующие разновидности превращений:

1. Образование феррита при нагреве железного сплава до высоких температур.
2. При нагреве до температуры 900 °C из аустенита начинают выделяться избыточные карбидные фазы. Во время этого процесса на аустенитной поверхности образуется межкристаллическая коррозия, постепенно разрушающая материал.
3. Во время охлаждения аустенита до температуры 730 °C происходит эвтектоидный распад. В результате образуется перлит – модификация железных сплавов. Его микроструктура представлена в виде небольших пластин или округлых зерен.
4. При резком понижении температуры металлического изделия формируется мартенсит – микроструктура, состоящая из пластин игольчатого или реечного вида.

Время, требуемое для превращения аустенитной стали в иные модификации железа, определяется содержанием углерода в твердом растворе и количеством дополнительных легирующих компонентов. Чем ниже эти показатели, тем быстрее охлаждается металлическое изделие.

Производство пермаллоя

Процесс производства пермаллоя технически сложен, Чаще всего он поставляется в виде ленты малой толщины. Также выпускаются пруты, листы и порошок из пермаллоя. Сам процесс является сложной процедурой, требующей сложного промышленного оборудования и высокой точности изготовления.

Во время производства пермаллой обязательно проходит термическую обработку, в противном случае магнитная проницаемость будет крайне низкой. Во время термического процесса металл нагревается до температуры 1300 ºC, после чего идет постепенное остывание на 400 ºC.

Прокатка выполняется на мощных прокатных станах, где сырье принимает форму готовой продукции. После этого полученная продукция обжигается и проходит испытания и контроль качества. Данный металл используется в современном высокоточном оборудовании, поэтому брак и различные отклонения от государственных стандартов не допустимы.

Гипотеза Ампера

С её помощью можно объяснить, почему одни вещества проявляют парамагнитные или диамагнитные свойства, а другие усиливают МП. Ампер провёл ряд экспериментов, сравнивая конфигурацию поля, создаваемого полосовым магнитом и катушкой с током. Было определено, что для полосового магнита характерна ситуация, когда линии потока выходят из северного полюса и входят в южный. Катушка же создаёт поле, похожее на конфигурацию МП постоянного полосового магнита.

Это сходство позволило Амперу предположить, что магнитные свойства веществ обусловлены тем, что внутри их существует своя проводимость, которая может убывать или возрастать в зависимости от внешних воздействующих факторов. Так, Ампер утверждал, что магнитные свойства материала объясняются существованием в его объёме микроскопических замкнутых электрических токов. Впоследствии его догадка была подтверждена. Такие токи названы молекулярными.

Другими словами, это электроны, движущиеся вокруг ядра в атоме. Для примера стоит рассмотреть гелий. В нём два электрона движутся по практически одинаковым орбитам, но только в противоположные стороны. Каждый из электронов несёт электрический заряд, создающий ток, следовательно, и поле. Если нарисовать их магнитные поля, то можно увидеть, что их направление будет противоположным: B1 + B2 = 0. Значит, атом гелия не создаёт вокруг себя МП. При помещении его во внешнее МП B0 к силе притяжения электрона прибавится сила Лоренца, направленная по радиусу от ядра.

Таким образом, сила притяжения к ядру ослабеет. Чтобы двигаться по той же самой орбите, электрону нужна меньшая скорость. Применительно ко второму электрону ситуация будет противоположной. Скорость электрона станет больше. В результате поле, создаваемое первым электроном, станет меньше, а вторым — больше. Следовательно, B1 + B2 ≠ 0. При этом гелий будет намагничиваться против внешнего поля, то есть является диамагнетиком.

Для парамагнетиков характерно то, что каждый атом обладает своим орбитальным полем. То есть атомы можно представить как витки с током. Если поля нет, направление электронов хаотичное. Причём их сумма будет равняться нулю. При помещении его во внешнее МП каждый свободный атом будет стремиться развернуться так, чтобы его нормаль была направлена по полю. Но при этом процессу мешает тепловое движение.

https://youtube.com/watch?v=4yLslpJ6pcA

Механические, электромагнитные свойства

Пермаллой устойчив к коррозии, благодаря наличию в составе никеля, сплав окисляется меньше железа, ведь для прохождения реакции между никелем и кислородом нужна температура от 500 °C. Вдобавок материал обладает неплохой ковкостью, что позволяет изготавливать достаточно тонкие листы из этого металла, он легко поддаётся механической обработке.

Магнитные свойства пермаллоя существенно варьируются, в значительной степени определяясь химическим составом соединения. В этой категории выделяют два основных вида сплавов: низконикелевые и высоконикелевые.

Типичным представителем второй группы будет 79НМ с пропорциональным содержанием никеля 78,5–80%. Для него характерными являются малая коэрцитивная сила, сильный магнитозащитный эффект и практически отсутствующая магнитострикция. 79НМ пермаллой имеет низкую электропроводимость. Дополнительными преимуществами являются мягкость и коррозийная устойчивость. Для повышения характеристик в 79НМ добавляют фосфор, получая сплав 79НМП, отличающийся более низким коэффициентом перемагничивания и повышенной прямоугольностью гистерезисной петли.

Похожий сплав, но с немного большей долей молибдена, 5% вместо 4%, носит название суперпермаллой. При соблюдении технологии изготовления и контроле качества в нём достигается показатели относительной магнитной проницаемости µ начальное равный 100000, и µ максимальное – 1000000.

В низконикелевых пермаллоях содержание этого металла колеблется в пределах 40–50%, типичным представителем является перменорм. Коэффициент относительной магнитной проницаемости перменорма находится в диапазоне 3500–35000. Его можно повысить путём дополнительной температурной обработки и созданием текстуры на поверхности пластин. Низконикелевые пермаллои 45Н и 50Н соединяют высокую магнитную проницаемость и индукцию насыщения. По второму показателю они превосходят высоконикелевые пермаллои примерно в 1,5 раза. Сплавы 45Н и 50Н имеют высокую электропроводность и легко намагничиваются, что находит применение в высокоточных электротехнических устройствах.

Применение

Пермаллой https://francosteel.com/assortiment/pretsizionnyye-splavy/permalloy/79hm/— сложный и дорогой металл в производстве. Поэтому его стараются использовать там, где без него не обойтись. Но тем не менее он широко применяется в электротехнике и других отраслях промышленности.

Первоначально использовался для уменьшения искажений линий связи. В настоящее время невозможно представить изготовление сердечников и катушек индуктивности трансформаторов без использования пермаллоя. Здесь нужен материал, способный накапливать энергию в магнитном поле, но сложно найти другой металл, способный делать это эффективно.

Пермаллой может получить максимальную индукцию даже в слабом магнитном поле. Это позволяет изготавливать датчики и компоненты различных измерительных приборов для измерения магнитных полей.

В последних импульсных трансформаторах используется пермаллой с максимальным удельным сопротивлением. Это позволяет таким небольшим устройствам преобразовывать различные характеристики напряжения.

Пермаллой также широко используется в производстве акустического и высокочастотного оборудования. Этот сплав используется во всех усилителях, динамиках и записывающем оборудовании. Также это материал для изготовления защитных корпусов магниточувствительных элементов.

В медицине пермаллой используется для защиты кабинета МРТ и других магнитохирургических операций. Он также незаменим для мощного электронного микроскопа.

Порошок пермаллоя используется для покрытия различных поверхностей с целью придания им требуемых свойств. Часто используется для напыления толстым слоем на металлическую основу. Это позволяет получать детали с характеристиками, аналогичными изготовленным из пермаллоя, по низкой цене.Область примененияПермаллой используется для создания сердечника электромагнитной катушки. Этот элемент электрических цепей используется в трансформаторах и приборах для изменения характеристик тока. Кольцевые пластины из этого материала чаще используются в сердечниках из пермаллоя.

Этот сплав используется в аудиотехнике. Там материал содержится в элементах записывающей головки

Важной рабочей характеристикой здесь является изменение вектора намагниченности

Пермаллой применяется для различных датчиков. Например, этот материал используется в двухосном магнитометре HMC1002.

Разделение веществ

В пятидесятые годы девятнадцатого столетия Фарадей исследовал влияние веществ на МП. В итоге он пришёл к выводу, что все материалы без исключения влияют на поле. Отсюда следует, что любое вещество является источником своего МП, но при условии его помещения во внешнее поле. Это явление было названо намагниченностью.

По результатам своего исследования Фарадей разделил все физические элементы на три класса, дав определение каждому из них:

1. Диамагнетики. Вещества, у которых проницаемость чуть меньше единицы: μ < 1. К ним относятся все газы, кроме кислорода, золота, серебра, углерода в любой кристаллической модификации, висмута. При помещении этих веществ в МП собственный вектор магнитной индукции направлен в сторону противоположную вектору, создаваемому током: B1↑↓B0. C другой стороны, так как значение B1 близко к единице, то модуль вектора B1 гораздо меньше модуля B0. Получается, что такое вещество намагничивается очень слабо и против внешнего поля. Интересным фактом является то, что диамагнетики при помещении в катушку с МП выталкиваются из неё.
2. Парамагнетики. К ним относят материалы, у которых магнитная проницаемость немного больше единицы. Например, щелочные металлы, алюминий вольфрам, магний, платина. Для этих веществ характерно то, что модуль B1 параллелен вектору B0, но при этом модуль B1 меньше, чем модуль вектора B0.
3. Ферромагнетики. К этому классу относят материалы, у которых μ намного больше единицы. Классическими представителями таких веществ являются: железо, никель, кобальт и их сплавы. Эти вещества намагничиваются вдоль поля. При этом B1 по модулю гораздо больше B0. Такие материалы сильно увеличивают магнитное поле.

В однородном МП на тело, обладающее магнитным моментом, действует только момент сил, который стремится развернуть диполь вдоль направления силовых линий. В неоднородном поле на диполь будет дополнительно действовать сила, пропорциональная величине дипольного момента и градиента поля: F = P (dB/dn) * cosj.

4.6. Ферриты

Это соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов: ZnO, NiO. Ферриты изготавливают из порошкообразной смеси оксидов этих металлов.

Название ферритов определяется названием одно-, двухвалентного металла, оксид которого входит в состав феррита:

Если ZnO – феррит цинка

NiO – феррит никеля.

Ферриты имеют кубическую кристаллическую решетку, подобную решетке шпинели, встречающейся в природе: MgO·Al2O3. Большинство соединений указанного типа, как и природный магнитный железняк FeO·Fe2O3, обладает магнитными свойствами. Однако феррит цинка и феррит кадмия являются немагнитными. Исследования показали, что наличие или отсутствие магнитных свойств определяется кристаллической структурой этих материалов, и в частности расположением ионов двухвалентных металлов и железа между ионами кислорода. В случае структуры обычной шпинели, когда в центре кислородных тетраэдров расположены ионы Zn++ или Cd++, магнитные свойства отсутствуют. При структуре так называемой обращенной шпинели, когда в центре кислородных тетраэдров расположены ионы Fe+++, материал обладает магнитными свойствами. Ферриты, в состав которых кроме оксида железа входит только один оксид, называется простым. Химическая формула простого феррита:

MeOxFe2O3 или MeFe2O4

Феррит цинка – ZnFe2O4, феррит никеля – NiFe2O4.

Не все простые ферриты обладают магнитными свойствами. Так CdFe2O4 является немагнитным веществом.

Наилучшими магнитными характеристиками обладают сложные или смешанные ферриты, представляющие твердые растворы одного в другом. В этом случае используются и немагнитные ферриты в сочетании с простыми магнитными ферритами. Общая формула широко распространенных никель-цинковых ферритов имеет следующий вид:

mNiO·Fe2O3 + nZnO·Fe2O3 + pFeO·Fe2O3, (4.8)

где коэффициенты m, n и p определяют количественные соотношения между компонентами. Процентный состав компонентов играет существенную роль в получении тех или иных магнитных свойств материала.

Наиболее широко в РЭА применяют смешанные магнитно-мягкие ферриты: никель-цинковые, марганец-цинковые и литий-цинковые.

Достоинства ферритов – стабильность магнитных характеристик в широком диапазоне частот, малые потери на вихревые токи, малый коэффициент затухания магнитной волны, а также простота изготовления ферритовых деталей.

Недостатки всех ферритов – хрупкость и резко выраженная зависимость магнитных свойств от температуры и механических воздействий.

Характеристики

Содержание никеля в составе делает его стойким к коррозии и воздействию агрессивных химических веществ. Благодаря этому продукция, изготовленная из железоникелевых сплавов, может применяться в любых условиях.

Кроме того, материал прекрасно поддается обработке всеми известными способами без применения сложного и дорогостоящего оборудования. Простую обработку можно выполнить даже ручным инструментом. Благодаря чему, пермаллой может использоваться в качестве сырья для производства любых деталей.

Сплав обладает высокой прочностью и пластичностью. Однако основными качествами данного металла являются высокие показатели удельного сопротивления и магнитной проницаемости.

Маркируются циферно-буквенным обозначением, где первое число означает процентное содержание никеля, затем идет буква «Н» и обозначения дополнительных компонентов содержащихся в пермаллое. К примеру, обозначение 79HM, расшифровывается как пермаллой с 79 % содержанием никеля, легированный молибденом.

Эксплуатационные характеристики пермаллоя зависят не только от его состава, но и от метода обработки. Чаще всего применяют закаленный состав, превосходящий обычный по магнитной проницаемости и электросопротивлению. Стоит отметить, что свойства зависят также от скорости нагрева и охлаждения во время термообработки.

Характеристика сплава 79НМ (пермаллой)

Марка стали:	79НМ (часто используют альтернативное название 79НМП)
Классификация:	Сплав прецизионный (никелевый) магнитно-мягкий
Сортамент:	Лента, фольга, проволока, пруток, лист, полоса, порошок, труба, поковка. Изготовим под заказ по Вашим чертежам любой размер согласно ГОСТУ или ТУ.
Дополнение:	В СССР и после этого в современной России сплав записан под наименованием расположенным выше. Пермаллои – зарегистрированный товарный знак во всем мире.
Электрические свойства:	Удельное электрическое сопротивление пермаллоя составляет2⋅10–5Ом·см,амагнеторезистивныйкоэффициент лежит в пределах от2 %до4 %(2 %для полей порядка3,75 Э,или300 А/м).В частности, проводимость электронов с основным направлением спинов превышает проводимость для неосновного направления в шесть раз.

Химический состав сплава 79НМ в процентном соотношении ГОСТ 10994 – 74

Химический состав, % (сплав 79НМ, 79НМП)
Fe (железо)	C (углерод)	Si (кремний)	Mn (марганец)	Ni (никель)	S (сера)	P (фосфор)	Mo (молибден)	Ti (титан)	Al (алюминий)	Cu (медь)
13.73-16.8	До 0.03	0.0-0.5	0.06-1.1	78.5-80	До 0.02	До 0.02	3.8-4.1	До 0.15	До 0.15	До 0.2

79НМ, 79НМП расшифровка основных обозначений, сокращений, свойств и параметров сплава

Физические свойства:

T– Температура при которой стало возможным получить свойства сплава (градусы)

E– Модуль упругости первого рода (МПа)

a– Коэффициент температурного (линейного в большинстве случаев) расширения (диапазон в районе 20°-T), 1/Град

l– Коэффициент теплопроводности (еще ее называют теплоемкость металла), (Вт/(м-град))

r– Плотность металла, (кг/м3)

C– Удельная теплоемкость металла (диапазон 20°-T), (Дж/(кг⋅град))

R– Удельное электросопротивление материала, (Ом⋅м)

Механические свойства:

SB– Предел краткосрочной прочности сплава, (Мпа)

ST– Предел пропорциональности (предел текучести металла для остаточной деформации), (МПа)

d5 – Относительное удлинение при разрыве, в процентах (%)

y– Относительное сужение в процентах (%)

KCU– Ударная вязкость, (кДж/м2)

HB– Твердость по Бринеллю, (МПа)

Применение прецизионного сплава 79НМ (79НМП)

Сплав 79НМ применяют в различных отраслях народного хозяйства по всей нашей стране. Специалисты крупных металлургических предприятий (особенно Латинской Америки) провели достаточное количество контролируемых экспериментов, где смогли подтвердить разработанную и внедренную много лет назад диаграмму состояния железо-никель. Составлена подробная технологическая карта всех химических составляющих следующего сортамента: ленты, листы, полосы, прутки. Из данного перечня готовых изделий возможно изготовить в дальнейшем железоникелевые сплавы с заданными магнитными параметрами. Основная потребляющая отрасль – электротехническая. Малогабаритные импульсные трансформаторы, которым необходим сердечник высокого качества, системы разработанные для альтернативных источников питания (энергии). Сплав 79НМ идеально подходит на этапе разработки и конструирования, а также возведения ветровых энергетических установок. Получение электрической энергии в региональных масштабах, магнитные свойства и уникальность материала делает его незаменимым атрибутом. Хотя его доля в общей системе значительно ниже, чем у других сплавов, популярность пермаллоя с каждым годом будет только увеличиваться. Готовое изделие используют уже более в 30 установках ветровых генераторов. Общая мощность более 4000,0 МВт. В нашей стране распространена альтернативная энергетика в виде ГЭС, которые установлены на крупных реках. Доля рынка гидроэлектроэнергии в нашей стране превышает 25% от общей совокупности всех задействованных мощностей. В начале 21 века и прихода нанотехнологий пермаллой стали применять и в бытовых условиях. Отопление частных домов, гаражных боксов и других частных сооружений невозможно представить без альтернативного электроснабжения. Для домашних условий производят ручные инструменты, установки и контроллеры и конвекторы. Изготовим любой сортамент по вашему ГОСТ или ТУ.

Виды поставки металла 79НМ (79НМП)

Сплав 79НМ (холоднокатаные ленты, листы, проволока), горячекатаные листы, прутки

ГОСТ 10160-75 – Наивысшая магнитная проницаемость в слабых полях.

Механические свойства при T=20 o С сплава 79НМ

Сортамент	Размер	Напр.	SB	Sr	d5	y	KCU	Термообр.
–	мм	–	МПа	МПа	%	%	кДж/м2	–
Лента, ГОСТ 10160-75	490	145	50
Лента нагартован., ГОСТ 10160-75	1030	980	3

Купить сплав 79НМ (79НМП) по выгодной цене в Екатеринбурге можно на нашем сайте. Всегда в наличии следующий сортамент: лента, труба, проволока, пруток, круг, порошок, лист.