211

ванных сталей свойства вдоль и поперек направления прокатки могут отличаться в десятки раз.

7.3 Пермаллои

Пермаллои представляют собой сплавы железа с никелем или железа с никелем и кобальтом, обычно легированные молибденом, хромом, медью, кремнием и другими элементами. Они обладают более высокими магнитными свойствами в слабых полях, чем электротехнические стали.

На рисунке7.4 представлены зависимости физических свойств железоникелевых сплавов от содержания никеля. "Резонансный" характер зависимости всех величин от состава свидетельствует об образовании интерметаллических фаз. Кривые показывают, что наибольшими значениями

mН и mМ

обладает сплав

с

содержанием78,5%

Ni,

получивший

название

классического пермаллоя. Для этого сплава константы кристаллографической

анизотропии К1

(см. подраздел 6.2) и

магнитострикции

насыщенияls

(см.

подраздел 9.2) близки к нулю, что и является причиной особенно легкой

намагничиваемости ¾ уменьшение магнитной кристаллографической ани-

зотропии приводит к тому, что разница в работе, необходимой для

намагничивания

кристаллов

в

направлениях

легкого

или

трудно

намагничивания,

становится

меньше,

а

уменьшение

магнитострикции

обусловливает

снижение

напряжений

вкристаллической

решетке,

возникающих

при

изменении

линейных

размеров

под

действ

намагничивающего

поля,

и,

следовательно,

облегчает

процессы

намагничивания.

При

этом, однако,

магнитные

свойства

материалов

становятся

очень

чувствительными

к

внешним

напряжениям, что

в

большинстве случаев нежелательно.

Из рисунка 7.4 видно, что имеется другой максимум для начальной и

максимальной

проницаемостей,

который

наблюдается

у

сплавов

с

содержанием 40—50% Ni. Эти сплавы обычно называютнизконикелевыми в

отличие

от высоконикелевых

с содержанием70—80% Ni. В

области 30%-

ного содержания никеля получается неферромагнитная фаза¾ индукция

насыщения и все остальные магнитные параметры обращаются в нуль. 23%-

ний состав,

несмотря

на

высокое

значениеBs=m0×Is, обладает

большой

коэрцитивной силой, что автоматически приводит к низким проницаемостям.

Эта фаза, по-видимому, является не интересной с точки зрения практического

применения.

На основании данных таблицы7.2, в которой приведены некоторые

свойства

высоконикелевого (78,5%

Ni) и

низконикелевого (50%

Ni)

нелегированных пермаллоев и рисунка7.4, можно сделать

следующие

выводы. Магнитная проницаемость у высоконикелевых пермаллоев в- не

сколько

раз

больше, чем

у

низконикелевых, и

в

несколько десятков

раз

212

больше,

чем

у

электротехнических

.сталейИндукция

насыщения

высоконикелевых пермаллоев

приблизительно 2в раза

меньше, чем у

электротехнических

сталей,

и

в 1,5

раза

меньше,

чем

у

низконикелевых.

Отсюда

следует,

что

высоконикелевые

пермаллои

нецелесообразно

применять в качестве материала для сердечников силовых трансформаторов и

других устройств, для которых важно создание большого магнитного потока.

Удельное электрическое сопротивление у высоконикелевых пермаллоев 2в

раза

меньше,

чем

у

низконикелевых. Следовательно, в

переменных

магнитных полях, особенно при повышенных частотах, предпочтительнее

использование низконикелевых пермаллоев.

Большой

диапазон

изменения

магнитных

свойств, указанных

в

.табл7.2,

объясняется

плохой

воспроизводимостью характеристик пермаллоев.

Недостатком высоконикелевых пермаллоев перед низконикелевыми

является их дороговизна из-за большого содержания никеля, а также и то что

механические

напряжения,

чистота

и состав

сплава

значительно

сильнее

влияют на их магнитные свойства.
	Для улучшения электромагнитных свойств обе группы пермаллоев
обычно		легируют	различными	элементами. Легирование				молибденом
обусловливает значительное увеличение удельного сопротивления, оказывает
положительное влияние на значение начальной проницаемости и позволяет
двойную термообработку заменить сравнительно простым отжигом. Кроме
того,	наличие молибдена уменьшает				чувствительность			к деформации.
Действие хрома в значительной степени аналогично действию молибдена.
Медь способствует увеличению постоянства магнитной проницаемости при
изменении напряженности поля, улучшает температурную стабильность, а
также повышает электрическое сопротивление. Сплавы с медью хорошо
поддаются механической обработке. Для легирования пермаллоев применяют
и некоторые другие элементы.
Таблица 7.2 - Свойства нелегированных высоконикелевого и низконикелевого
пермаллоев.
Ni, %		mН	mМ	Нс, А/м		Bs,Тл	r, мкОм´м
50		2000 - 3200	50 000 - 60 000	6		1,55	0,5
78,5		7000 - 14000	100000 - 200000	2		1,05	0,25

Более детально, по основным магнитным и электрическим свойствам
пермаллои подразделяют на четыре группы.
Первая	группа включает	сплавы с	наивысшей	магнитной-	про
ницаемостью в слабых полях(mН=20000—200000, mМ=100 000—1 000 000).
Сюда относятся высоконикелевые пермаллои с содержанием Ni от 70 до 85%,
легированных	молибденом (3,8—	4,1%), хромом	(2,6—3,0%),	кремнием

(1,1—1,5%), ванадием (3,8— 4,2%), медью (4,8—5,2%). Все сплавы содержат

213

в небольших количествах марганец(0,3—0,6 %). Эта группа рекомендуется

для	изготовления сердечников малогабаритных трансформаторов(	том
числе	импульсных), реле, магнитных экранов, магнитных усилителей,

тепловых реле. Супермаллой обладает рекордными значениями максимальной магнитной проницаемости (mМ >1 000000). Он имеет следующий состав: около 79% Ni, 5% Мо, 15% Fe и 0,5% Мn. В процессе производства супермаллой тщательно очищают от примесей, плавку ведут в индукционной

печи в вакууме, разливку производят в атмосфере азота или . гелия Термообработка состоит из отжига при 1300°С в атмосфере чистого водорода и охлаждения с определенной скоростью, которая обеспечивает получение наивысших магнитных свойств. При индукции В=0,7—0,8 Тл проницаемость супермаллоя резко понижается и становится меньше, чем проницаемость молибденового пермаллоя или железа. Магнитные свойства супермаллоя

(средние данные): mН=100000; mМ=600000 — 1500000; Нс = 0,3 А/м, Bs = 0,79

Тл.

Рисунок 7.4 - Зависимость свойств железоникелевых сплавов от содержания никеля

Вторая группа пермаллоев включает сплавы с высокой магнитной проницаемостью и повышенным удельным электрическим сопротивлением

(mН = 1500—6000, mМ = 15 000—100000, Bs=1,0——1,4 Тл, r=0,9—1,0

мкОм×м). Сюда относятся низконикелевые пермаллои(Ni 38—51%), легированные хромом (3,8—4,2%) и кремнием (1,1—3,2%). Эта группа рекомендуется для изготовления сердечников импульсных трансформаторов, трансформаторов звуковых и высоких частот, устройств, работающих без

214

подмагничивания или с небольшим подмагничиванием, так как они обладают низкими удельными потерями.

Третья группа пермаллоев включает сплавы с высокой магнитной

проницаемостью и повышенной индукцией насыщенияmН=2000—5000, mМ=
20 000—300000, Bs= 1,3—1,5 Тл. Это			низконикелевые		пермаллои	с
содержанием Ni	35—50%, предназначенные		для работы	в	постоянных	и
переменных полях с широким диапазоном частот без подмагничивания или с
подмагничиванием слабыми постоянными полями.
Четвертая группа пермаллоев включает сплавы с					прямоугольной
петлей гистерезиса, обладающие		кристаллографической		или магнитной
текстурой.
Пермаллои	изготавливают	в виде	холоднокатаных		лент толщиной

0,005—2,5 мм, горячекатаных листов, горячекатаных и кованых прутков. В поковках, прутках и лентах толщиной свыше0,05 мм сплавы практически изотропны. В очень тонких лентах(тоньше 0,05 мм) наблюдается анизотропия свойств. Чем больше рабочая частота, тем целесообразнее применять низконикелевые пермаллои тонкого проката.

Недостатками пермаллоев являются их относительно высокая стоимость, дефицитность отдельных компонентов (прежде всего никеля), необходимость проведения сложного отжига после механической обработки и большая зависимость магнитных свойств от механических воздействий, что требует

специальных	мер защиты. Листы, ленты и прутки из пермаллоя поставляют
в термически необработанном виде. Для получения нормируемых магнитных
свойств	необходимо	применять(после	изготовления		изделий!)
					32
окончательную термическую обработку. Она заключается, как правило , в
выдержке	при температуре1100¾1200 °С		в вакууме	при	давлении
остаточной	атмосферы 10-2—10-4 мм.рт.ст. и		последующим	снижением

температуры со скоростью 100¾200 °С/час (для электротехнических сталей отжиг также желателен, особенно если требуется получить высокие значения проницаемости в слабых и средних полях). Далее производят укладку сердечников в защитные каркасы из пластмассы или алюминия. Для защиты от механических нагрузок, которые могут возникнуть, например, при наложении обмоток, а также от ударов, вибрации и др., пространство между сердечником и стенками каркаса заполняют эластичным компаундом.

Маркировка пермаллоев ¾ буквенно-цифровая. Вначале указывается число, обозначающее содержание никеля в процентах, далее идет буква "Н"(никель), после чего могут следовать буквы, определяющие наличие легирующих добавок ("М"- марганец; "К"- кобальт; "Х"- хром; "Д"- медь;"С"- кремний; "Ф"- ванадий и .др) и качество материала("У" -сплав с

32 Существуют другие, более простые способы отжига, например, в контейнерах с песком