Пермалой

Концепция

Пермалой често се отнася до желязо-никелови сплави със съдържание на никел в диапазона от 30~90%. Това е много широко използвана мека магнитна сплав. Чрез подходяща технология, магнитните свойства могат да бъдат ефективно контролирани, като първоначална пропускливост, надвишаваща 10⁵, максимална пропускливост, надвишаваща 10⁶, и толкова ниска, колкото 2‰ Austria Permalloy с коерцитив сила близка до 1 или близо до 0 и правоъгълен коефициент близо до 1 или близо до 0, пермалойът с лицево-центрирана кубична кристална структура има добра пластичност и може да бъде обработен в ултратънки ленти от 1 μm и различни форми за употреба. Често използваните сплави са 1J50, 1J79, 1J85 и така нататък.

Магнитната индукция на насищане на 1J50 е малко по-ниска от тази на силициевата стомана, но нейната магнитна пропускливост е десетки пъти по-висока от тази на силициевата стомана, а загубата на желязо също е 2 до 3 пъти по-ниска от тази на силициевата стомана. Той е направен в трансформатор с по-висока честота (400 ~ 8000Hz), а токът на празен ход е малък. Подходящ е за изработка на малки високочестотни трансформатори под 100W. 1J79 има добра цялостна производителност и е подходящ за високочестотни и нисковолтови трансформатори, сърцевини на превключватели за защита от течове, сърцевини на индуктивност в общ режим и сърцевини на токови трансформатори. Първоначалната пропускливост на 1J85 може да достигне повече от сто хиляди (10⁵), което е подходящо за нискочестотни или високочестотни входни и изходни трансформатори, индуктори с общ режим и високопрецизни токови трансформатори с слаби сигнали.

Кратка история

През 1913 г. американският GWElmen открива, че Ni-Fe сплави, съдържащи 30% до 90% никел, са изложени на слаби и средни магнитни полета. Има добри меки магнитни свойства. Сред тях първоначалната проницаемост μ_i на никел-желязната сплав със 78% никел е най-висока, затова е наречена пермалой, което означава магнитно пропусклива сплав. Той също така откри специален процес на топлинна обработка за допълнително увеличаване на първоначалната пропускливост на Ni-Fe сплавта с 50% до 90%, наречен "топлинна обработка с пермалой". През 1921 г. 78% Ni-Fe сплав е използвана в телефонните релета. През 1924 г. британецът Смит (Смит) и други изобретяват 76% Ni-Fe сплав с добавени мед и хром, наречена "Mumetal" (произведена от британската компания Telcon). През 1931 г. американецът T.D.Yensen изобретява процеса на вакуумно топене и високотемпературно отгряване с водород за пречистване на сплавта и разработва супер никел-желязна сплав под марката Hipernik. През 1934 г. американецът GA Kelsall открива, че топлинната обработка с магнитно поле може значително да увеличи максималната пропускливост на желязо-никелови сплави. След 65% Ni-Fe (65 пермалой) топлинна обработка в магнитно поле, μ_{max sub>се увеличава с около 10 пъти. През 1947 г. американецът R.M.Bozorth и други изобретяват най-високата сплав от μi и μm, наречена суперпермалой. В началото на 60-те години Китайският изследователски институт за желязо и стомана изобретява метод за обработка с напречно магнитно поле и добавяне на подходящо количество кислород и получава Br и Hc близо до нула. Много постоянна 65% Ni-Fe сплав (китайска марка 1J66). След 70-те години на миналия век, за да се отговори на нуждите от разработването на високочестотни импулсни захранващи устройства и технология за магнитен запис, различни елементи като ниобий, тантал, ванадий, волфрам, титан, силиций и алуминий бяха добавени към сплавите на никел и желязо съдържащ високо съдържание на никел за получаване на висока твърдост и висока твърдост. Сплавта със съпротивление, ниска загуба и висока пропускливост се превърна в най-представителната сплав в меките магнитни сплави с най-много видове свойства, най-голямо разнообразие и приложения.}

Структурен магнетизъм

Пермалой е желязо-никелова сплав с по-висока магнитна пропускливост в по-слабо магнитно поле и никел-желязна сплав със съдържание на никел над 30%. И двете имат еднофазна лицево-центрирана кубична (γ) структура при стайна температура, но еднофазната структура близо до 30% Ni е много нестабилна. Следователно практичните желязо-никелови меки магнитни сплави имат съдържание на никел над 36%. Сплавта желязо-никел съдържа никел близо 75% (атомна фракция) и Ni₃Fe трансформация на далечния ред се случва в тази еднофазна сплав. По това време константата на решетката и физичните свойства на сплавта, като електрическо съпротивление Скоростта и магнетизмът ще се променят. Следователно е необходимо да се вземе предвид въздействието на подредените преходи върху производителността. Малко количество допълнителни елементи като Mo или Cu обикновено се добавят към Ni₃Fe сплавта, за да се потисне образуването на ред на далечни разстояния.

Взаимна връзка

Фигура 1 показва намагнитването на насищане J_s и температурата на Кюри T_c на бинарната никел-желязна сплав, връзката между магнитокристална анизотропия K₁ и константа на магнитострикция λ и съдържание на никел. Фигура 2 показва връзката между K₁ и λ на Ni-(Fe+Cu)-Mo сплав, състав и скорост на охлаждане при топлинна обработка. Фигура 3 показва константите на едноосна анизотропия K_u1, K_{u2, получени чрез процеса на валцуване и магнитно отгряване} Варира в зависимост от съдържанието на никел. Може да се види от фигурата, че K₁ не само зависи от състава, но също така е свързан с късия ред на Ni₃Fe (контролиран от охлаждането скорост на термична обработка). λ основно се определя от състава. Само при състава на Ni₃Fe скоростта на охлаждане има малък ефект върху λ₁₁₁ и λ₁₀₀. K_u2, произведено от термичната обработка с магнитно поле при температура под T_c, е едно по-малко от K_u1, произведено от деформацията на приплъзване ( по време на студено валцуване) Поредици на големина. Както K_u1, така и K_u2 са едноосна анизотропия, така че когато се намагнитват в предпочитаната посока, може да се получи правоъгълна хистерезисна верига и може да се получи намагнитване във вертикална посока. цикъл с ниско B_r. За сплави със съдържание на никел от 70%~80%, K₁≤0, посоката на лесно намагнитване е <111>, и {100}<001> трябва да се избягват кубична текстура и хаотична ориентация Случайна текстура. Сплавта K₁>0 с 45%~68% никел има лесна посока на намагнитване <100>, така че за да се получат високи магнитни свойства, кубичната текстура трябва да се получи толкова, колкото възможен. По-конкретно, може да се използва студено валцуване с голямо количество намаление и отгряване при по-ниска температура (900 ~ 1050 ℃). Окончателното отгряване на пермалой трябва да бъде в атмосфера на чист водород без кислород и точка на оросяване под -40 ℃ или степен на вакуум от 10^-2～10^-3Pa В атмосферата.

Класификация

Пермалой може да бъде разделен на 35%～40%Ni-Fe сплав, 45%～50%Ni-Fe сплав, 50%～65%Ni според състава -Fe сплави и 70%～81% Ni-Fe сплави в четири категории. Всеки тип може да бъде направен в материали с кръгъл хистерезисен контур, правоъгълен хистерезисен контур или плосък хистерезисен контур.

35%～40%

В диапазона от 35%～40% никел, магнитокристалната анизотропия K₁ намалява с увеличаването на съдържанието на никел Квадратът е по-малък от B_r/B_s, показващи кръгова хистерезисна верига. Тази кръгла верига се комбинира с високо съпротивление (когато съдържанието на никел е 40%, ρ=60μΩ·cm; и при 48%, ρ=45μΩ·cm) и финозърнеста изотропна микроструктура, това води до относително високо съпротивление. Ниска загуба на сърцевина. Например лента от 40% Ni-Fe сплав с дебелина 0,05 mm има загуба от 9 вата на килограм при 0,1T и 20 kHz; съответната загуба на лента от 48% Ni-Fe сплав е 14 вата на килограм. Този тип сплав е подходящ за правоъгълни трансформатори, DC преобразуватели и др.

45%～50%

Сплавите в този диапазон на състава имат най-високото намагнитване на насищане сред пермалоите и K₁>0, посоката на лесно намагнитване е <100> ;. Правоъгълна хистерезисна верига може да се получи чрез формиране на кубична текстура, която се използва в магнитни усилватели, дросели и трансформатори. Възможно е също така да се образува вторично рекристализирана {210} текстура или да се образува финозърнеста изотропна микроструктура с помощта на първична рекристализация, за да се получи кръгова хистерезисна верига. Тази сплав има висока магнитна пропускливост и ниска коерцитивност и може да се използва в токови трансформатори, прекъсвачи за заземяване, микромотори и релета.

50%～65%

Сплавта в този диапазон на състав има най-високата температура на Кюри, намагнитването на насищане също е високо и е в подредено състояние K_{1 sub>≈0 , така че ефектът от термичната обработка с магнитно поле е особено очевиден, което може да доведе до силна индуцирана магнитна анизотропия. При топлинна обработка с магнитно поле при ниска температура (около 130 ℃ под точката на Кюри), хистерезисната верига е правоъгълна, максималната пропускливост на постоянен ток е висока, но динамичните характеристики са лоши; при висока температура (около 60 ℃ под точката на Кюри) топлинна обработка с магнитно поле, квадратното съотношение на контура е намаляло, максималната DC пропускливост не е висока, но динамичните характеристики са добри. Сплавта никел-желязо (с 2% молибден), съдържаща около 55% никел, се отгрява при висока температура, за да се образува {210}<001> sub>i} и μ_m. 65% никел-съдържаща никел-желязна сплав с финозърнеста изотропна микроструктура се обработва топлинно в надлъжно магнитно поле, за да се получи правоъгълен хистерезисен контурен материал с добри динамични характеристики, който е подходящ за магнитни усилватели. Тази сплав е термично обработена в напречно магнитно поле, за да се получи нисък B_r плосък контур и магнитната пропускливост се променя малко в определен диапазон на силата на магнитното поле. Нарича се сплав с постоянна магнитна проницаемост и е подходяща за индуктивни компоненти Do.

70%～81%

Пермалой с този състав има най-висока пропускливост. Въпреки че е невъзможно K₁ и λ да бъдат редуцирани до нула едновременно в бинарни никел-желязо сплави, добавянето на подходящо количество легиращи елементи като молибден, хром, мед и др. този диапазон на състава и след това контролиране на топлинната обработка Скоростта на охлаждане може да накара K₁ и λ да се доближат до нула едновременно, като по този начин се получава висока пропускливост и ниска коерцитивност. Обикновено μ_i на тази сплав може да достигне 40-60mH/m. През 1947 г. американците като RMBozorth и други използват относително чисти суровини, стопяват ги във вакуум и накрая ги отгряват в чист водород при висока температура от 1200～1300℃ и получават μ_i и μ Сплавта с изключително високо съдържание на Ni₇₉Mo₅ се нарича суперпермалой. Неговият μ_i може да достигне повече от 150mH/m, а μ_m може да достигне 1130mH/m. В края на 60-те години Япония добави ниобий и тантал към 78% Ni-Fe сплави, а по-късно добави четвъртия и петия елемент като молибден, хром, титан, алуминий и манган. Пермалой с висока твърдост и висока пропускливост, неговата твърдост H_v>200, се нарича твърд пермалой. Този тип сплав е подходящ за трансформатори, дросели, магнитни глави, магнитни екрани и др. Освен това, чрез образуване на кубична текстура, контурът на този тип сплав може да бъде и правоъгълен; в същото време редът на сплавта се контролира, за да направи K₁ ≥ 0, и показва добри динамични характеристики. Много е подходящ за изработка на магнитни модулатори и т.н. Прахообразното ядро, направено чрез добавяне на 2% от 80% до 82% Ni-Fe сплав на прах, има висока устойчивост и добра стабилност и може да се използва при честота от 300 Hz.

Основни характеристики

пермалой

Това е мека магнитна сплав на основата на желязо-никел с изключително висока магнитна пропускливост в слабо магнитно поле.

За да се увеличи съпротивлението и да се подобри производителността на процеса, Mo, Cr, Cu и други елементи често се добавят към бинарните сплави Fe-Ni. В допълнение към Fe-Ni сплавите, има и желязо-силициеви алуминиеви сплави и аморфни сплави на основата на кобалт, принадлежащи към пермалой.

Пермалой има отлични меки магнитни свойства, първоначалната пропускливост μ_i е 37,5～125mH/m, а максималната пропускливост μ_m може да достигне 125～375mH/m , коерцитивността H_c е 0,8A/m, а съпротивлението ρ е 60～85μΩ·cm.

Сплавта се топи във вакуумна индукционна пещ и се прави на студено валцувани ленти, студено изтеглени телове или горещо валцувани (ковани) плочи и пръти чрез гореща и студена пластична деформация.

Използва се за производство на аудио трансформатори, трансформатори, магнитни усилватели, магнитни модулатори, дросели, аудио глави и др.

Производствен процес

Производственият процес на пермалой е по-сложен. Например, процесът на валцуване на плочата, температурата на отгряване, времето, скоростта на охлаждане след отгряване и т.н., всички те имат голямо влияние върху крайните магнитни свойства на материала.

Степента на пермалой в моята страна е 1JXX. Сред тях J означава "прецизна сплав", "1" означава мека магнитна, а числото след него е серийният номер, който обикновено показва съдържанието на никел в сплавта. Например 1J50, 1J851 и т.н. Permalloy има висока магнитна проницаемост, така че често се използва в сърцевината на средно- и високочестотни трансформатори или устройства със строги изисквания за чувствителност, като високочестотни (десетки kHz) превключващи захранващи трансформатори , прецизни трансформатори, превключващи трансформатори за утечка, магнитно екраниране, ярем и др.

Нано ефект

Ta/NiFe/Ta магниторезистивни филми са получени чрез магнетронно разпръскване и интеркалирането на CoFe-NOL и Al₂O ₃ NiFe филм за изследване на наноокисление.

Ефектът на слоя (NOL) върху производителността на NiFe филма. Експерименталните резултати показват, че когато CoFe-NOL се въведе в NiFe филм, CoFe-NOL има важно влияние върху работата на NiFe филма и позицията на CoFe-NOL във филма. Различните ефекти също са различни; когато CoFe-NOL е на интерфейса Ta/NiFe, текстурата на NiFe филма се разрушава, което води до намаляване на стойността на анизотропното магнитосъпротивление (AMR) на NiFe филма и увеличаване на коерцитивността. Когато NOL е на интерфейса NiFe/Ta, той няма да повреди текстурата на NiFe филма и неговата AMR стойност и коерцитивност няма да се променят основно. Интеркалационният слой Al₂O₃ се въвежда в NiFe филма, поради "огледалното отражение на Al₂O₃ интеркалационен слой "Ефектът, подходящата дебелина на интеркалационния слой Al₂O₃ може да подобри микроструктурата на филма, да увеличи стойността на магнитното съпротивление на филма и подобряват магнитните свойства на филма. Когато дебелината на Al₂O₃ е 1,5 nm, NiFe филмът има най-добра микроструктура и производителност.