Permalloy

Koncept

Permalloy často označuje slitiny železa a niklu s obsahem niklu v rozmezí 30~90 %. Je to velmi široce používaná měkká magnetická slitina. Pomocí vhodné technologie lze účinně řídit magnetické vlastnosti, jako je počáteční permeabilita přesahující 10⁵, maximální permeabilita přesahující 10⁶ a až 2‰ Austria Permalloy s koercitivem síla blízko 1 nebo blízko 0 a obdélníkový koeficient blízký 1 nebo blízko 0, permalloy s plošně centrovanou kubickou krystalickou strukturou má dobrou plasticitu a lze ji zpracovat na 1μm ultratenké pásky a různé formy použití. Běžně používané slitiny jsou 1J50, 1J79, 1J85 a tak dále.

Saturační magnetická indukce 1J50 je o něco nižší než u křemíkové oceli, ale její magnetická permeabilita je desítkykrát vyšší než u křemíkové oceli a její ztráta železa je také 2 až 3krát nižší než u křemíkové oceli. Vyrábí se z něj transformátor s vyšší frekvencí (400~8000Hz) a proud naprázdno je malý. Je vhodný pro výrobu malých vysokofrekvenčních transformátorů pod 100W. 1J79 má dobrý komplexní výkon a je vhodný pro vysokofrekvenční a nízkonapěťové transformátory, jádra spínačů ochrany proti úniku, jádra indukčnosti se společným režimem a jádra proudových transformátorů. Počáteční propustnost 1J85 může dosáhnout více než sto tisíc (10⁵), což je vhodné pro nízkofrekvenční nebo vysokofrekvenční vstupní a výstupní transformátory, tlumivky se součinným režimem a vysoce přesné proudové transformátory s slabé signály.

Stručná historie

V roce 1913 americký GWElmen objevil, že slitiny Ni-Fe obsahující 30 % až 90 % niklu byly vystaveny slabým a středním magnetickým polím. Má dobré měkké magnetické vlastnosti. Mezi nimi je počáteční propustnost μ_i slitiny niklu a železa se 78 % niklu nejvyšší, proto byla pojmenována permalloy, což znamená magneticky propustná slitina. Objevil také speciální proces tepelného zpracování pro další zvýšení počáteční propustnosti slitiny Ni-Fe o 50 % až 90 %, nazvaný „tepelné zpracování permalloy“. V roce 1921 byla v telefonních relé použita 78% slitina Ni-Fe. V roce 1924 Britové Smith (Smith) a další vynalezli slitinu 76% Ni-Fe s přidanou mědí a chrómem, nazvanou „Mumetal“ (vyráběná společností British Telcon). V roce 1931 vynalezl Američan T.D. Yensen proces vakuového tavení a vodíkového vysokoteplotního žíhání k čištění slitiny a vyvinul super slitinu niklu a železa pod značkou Hipernik. V roce 1934 Američan GA Kelsall objevil, že tepelné zpracování magnetického pole může výrazně zvýšit maximální permeabilitu slitin železa a niklu. Po tepelném zpracování 65% Ni-Fe (65 permalloy) v magnetickém poli se μ_{sub>zvýšil asi 10krát. V roce 1947 vynalezli Američan R.M.Bozorth a další nejvyšší slitinu μi a μm zvanou superpermalloy. Na začátku 60. let vynalezl Čínský institut pro výzkum železa a oceli metodu ošetření příčným magnetickým polem a přidáním příslušného množství kyslíku a získal Br a Hc blízko nule. Velmi stálá 65% slitina Ni-Fe (čínská značka 1J66). Po 70. letech 20. století byly za účelem uspokojení potřeb rozvoje vysokofrekvenčních spínaných zdrojů a technologie magnetického záznamu do slitin niklu a železa přidávány různé prvky jako niob, tantal, vanad, wolfram, titan, křemík a hliník. obsahující vysoký nikl pro získání vysoké tvrdosti a vysoké tvrdosti. Odporová slitina s nízkou ztrátou a vysokou permeabilitou se stala nejreprezentativnější slitinou v měkkých magnetických slitinách s nejvíce typy vlastností, nejširší rozmanitostí a aplikacemi.}

Strukturální magnetismus

Permalloy je slitina železa a niklu s vyšší magnetickou permeabilitou ve slabším magnetickém poli a slitina niklu a železa s obsahem niklu vyšším než 30 %. Oba mají při pokojové teplotě jednofázovou plošně centrovanou krychlovou (γ) strukturu, ale jednofázová struktura blízko 30 % Ni je velmi nestabilní. Proto praktické měkce magnetické slitiny železo-nikl mají obsah niklu vyšší než 36 %. Železo-niklová slitina obsahuje nikl blízko 75 % (atomová frakce), a Ni₃Fe dalekonosná objednávková transformace nastane v této jednofázové slitině. V tomto okamžiku se změní mřížková konstanta a fyzikální vlastnosti slitiny, jako je elektrický odpor, rychlost a magnetismus. Proto je nutné zvážit dopad uspořádaných přechodů na výkon. Do slitiny Ni₃Fe se obvykle přidává malé množství dalších prvků, jako je Mo nebo Cu, aby se potlačila tvorba řádu na dlouhé vzdálenosti.

Vzájemný vztah

Obrázek 1 ukazuje saturační magnetizaci J_s a Curieho teplotu T_c binární slitiny nikl-železo, vztah mezi magnetokrystalická anizotropie K₁ a magnetostrikční konstanta λ a obsah niklu. Obrázek 2 ukazuje vztah mezi K₁ a λ slitiny Ni-(Fe+Cu)-Mo, složení a rychlost ochlazování tepelného zpracování. Obrázek 3 ukazuje konstanty jednoosé anizotropie K_u1, K_{u2 získané procesem válcování a magnetického žíhání} Liší se obsahem niklu. Z obrázku je vidět, že K₁ nezávisí pouze na složení, ale souvisí také s řádem Ni₃Fe na krátké vzdálenosti (řízené chlazením rychlost tepelného zpracování). λ je v zásadě určeno složením. Pouze při složení Ni₃Fe má rychlost chlazení malý vliv na λ₁₁₁ a λ₁₀₀. K_u2 produkované tepelným zpracováním magnetického pole při teplotě pod T_c je o jednu menší než K_u1 produkované deformací skluzu ( při válcování za studena) Řádově. Oba K_u1 a K_u2 jsou jednoosé anizotropie, takže při magnetizaci v preferovaném směru lze získat obdélníkovou hysterezní smyčku a lze získat magnetizaci ve vertikálním směru Plochá smyčka s nízkým B_r. Pro slitiny s obsahem niklu 70 %~80 %, K₁<0, je směr snadné magnetizace <111> a {100}<001>; kubické textury a chaotické orientace je třeba se vyvarovat Náhodné textury. Slitina K₁>0 s 45%~68% niklu má snadný směr magnetizace <100>, takže pro získání vysokých magnetických vlastností by měla být kubická textura získána co nejvíce možný. Konkrétně lze použít válcování za studena s velkým snížením množství a žíhání při nižší teplotě (900 až 1050 ℃). Konečné žíhání permalloy by mělo probíhat v čisté vodíkové atmosféře bez kyslíku a s rosným bodem pod -40 ℃ nebo pod vakuem 10^-2～10^-3Pa V atmosféře.

Klasifikační výkon

Permalloy lze rozdělit na 35%～40% slitinu Ni-Fe, 45%～50% slitinu Ni-Fe, 50%～65%Ni podle složení - slitiny Fe a 70 % až 81 % slitin Ni-Fe ve čtyřech kategoriích. Každý typ může být vyroben z materiálů s kruhovou hysterezní smyčkou, obdélníkovou hysterezní smyčkou nebo plochou hysterezní smyčkou.

35%～40%

V rozsahu 35%～40% niklu se magnetokrystalická anizotropie K₁ snižuje s rostoucím obsahem niklu. Čtverec je menší než B_r/B_s, zobrazující kruhovou hysterezní smyčku. Tato kruhová smyčka je kombinována s vysokým měrným odporem (při obsahu niklu 40 %, ρ=60μΩ·cm; a při 48 %, ρ=45μΩ·cm) a jemnozrnnou izotropní mikrostrukturou, má za následek relativně vysoký měrný odpor. Nízká ztráta jádra. Například pásek ze slitiny 40 % Ni-Fe o tloušťce 0,05 mm má ztrátu 9 wattů na kilogram při 0,1 T a 20 kHz; odpovídající ztráta 48% pásku ze slitiny Ni-Fe je 14 wattů na kilogram. Tento typ slitiny je vhodný pro obdélníkové transformátory, DC měniče atd.

45%～50%

Slitiny v tomto rozsahu složení mají nejvyšší saturační magnetizaci mezi permalloy a K₁>0, Směr snadné magnetizace je <100> ;. Obdélníkovou hysterezní smyčku lze získat vytvořením kubické textury, která se používá v magnetických zesilovačích, tlumivkách a transformátorech. Je také možné vytvořit sekundární rekrystalizovanou texturu {210} nebo vytvořit jemnozrnnou izotropní mikrostrukturu pomocí primární rekrystalizace pro získání kruhové hysterezní smyčky. Tato slitina má vysokou magnetickou permeabilitu a nízkou koercitivitu a lze ji použít v proudových transformátorech, zemních jističích, mikromotorech a relé.

50%～65%

Slitina v tomto rozsahu složení má nejvyšší Curieovu teplotu, saturační magnetizace je také vysoká a je v uspořádaném stavu K_{1 sub>≈0 , takže účinek tepelného zpracování magnetického pole je zvláště zřejmý, což může způsobit silnou indukovanou magnetickou anizotropii. Při nízké teplotě (asi 130 ℃ pod Curieovým bodem) tepelnému zpracování magnetického pole je hysterezní smyčka obdélníková, maximální propustnost DC je vysoká, ale dynamické vlastnosti jsou špatné; když vysoká teplota (asi 60 ° C pod Curieovým bodem) tepelné zpracování magnetického pole, smyčka Poměr čtverce se snížil, maximální stejnosměrná permeabilita není vysoká, ale dynamické vlastnosti jsou dobré. Slitina niklu a železa (s 2 % molybdenu) obsahující asi 55 % niklu se žíhá při vysoké teplotě za vzniku {210}<001>. sub>i} a μ_m. Slitina niklu a železa obsahující 65 % niklu s jemnozrnnou izotropní mikrostrukturou je tepelně zpracována v podélném magnetickém poli pro získání materiálu obdélníkové hysterezní smyčky s dobrými dynamickými charakteristikami, který je vhodný pro magnetické zesilovače. Tato slitina je tepelně zpracována v příčném magnetickém poli, aby se získala nízká B_r plochá smyčka a magnetická permeabilita se mění málo v určitém rozsahu síly magnetického pole. Říká se jí slitina s konstantní magnetickou permeabilitou a je vhodná pro indukční součástky Do.

70%～81%

Permalloy s touto řadou složení má nejvyšší propustnost. Ačkoli je nemožné, aby K₁ a λ byly současně sníženy na nulu v binárních slitinách niklu a železa, přidáním vhodného množství legujících prvků, jako je molybden, chrom, měď atd. Tento rozsah složení a poté řízení tepelného zpracování Rychlost ochlazování může způsobit, že se K₁ a λ přiblíží nule současně, čímž se dosáhne vysoké propustnosti a nízké koercitivity. Obecně, μ_i této slitiny může dosáhnout 40-60 mH/m. V roce 1947 použili Američané jako RMBozorth a další relativně čisté suroviny, roztavili je ve vakuu a nakonec je žíhali v čistém vodíku při vysoké teplotě 1200–1300℃ a získali μ_i a μ Extrémně vysoká slitina Ni₇₉Mo₅ se nazývá superpermalloy. Jeho μ_i může dosáhnout více než 150 mH/m a μ_m může dosáhnout 1130 mH/m. Na konci 60. let Japonsko přidalo niob a tantal do 78% slitin Ni-Fe a později přidalo čtvrtý a pátý prvek jako molybden, chrom, titan, hliník a mangan. Permalloy s vysokou tvrdostí a vysokou propustností, její tvrdost H_v>200, se nazývá tvrdá permalloy. Tento typ slitiny je vhodný pro transformátory, tlumivky, magnetické hlavy, magnetické štíty atd. Navíc vytvořením krychlové textury může být smyčka tohoto typu slitiny také obdélníková; současně je pořadí slitiny řízeno tak, aby bylo K₁ ≥ 0, a vykazuje dobré dynamické vlastnosti. Je velmi vhodný pro výrobu magnetických modulátorů a tak dále. Práškové jádro vyrobené přidáním 2 % 80 % až 82 % prášku slitiny Ni-Fe má vysokou odolnost a dobrou stabilitu a lze jej použít při frekvenci 300 Hz.

Základní funkce

permalloy

Jedná se o měkkou magnetickou slitinu na bázi železa a niklu s extrémně vysokou magnetickou permeabilitou ve slabém magnetickém poli.

Za účelem zvýšení měrného odporu a zlepšení výkonnosti procesu se do binárních slitin Fe-Ni často přidávají Mo, Cr, Cu a další prvky. Kromě slitin Fe-Ni existují také slitiny železa a křemíku hliníku a amorfní slitiny na bázi kobaltu patřící mezi permalloye.

Permalloy má vynikající měkké magnetické vlastnosti, počáteční permeabilita μ_i je 37,5–125 mH/m a maximální propustnost μ_m může dosáhnout 125–375 mH/m , koercivita H_c je 0,8A/m a měrný odpor ρ je 60～85μΩ·cm.

Slitina se taví ve vakuové indukční peci a vyrábí se z ní pásy válcované za studena, dráty tažené za studena nebo plechy a tyče válcované za tepla (kované) pomocí plastické deformace za tepla a za studena.

Používá se k výrobě audio transformátorů, transformátorů, magnetických zesilovačů, magnetických modulátorů, tlumivek, audio hlav atd.

Výrobní proces

Výrobní proces permalloy je složitější. Například proces válcování plechu, teplota žíhání, čas, rychlost ochlazování po žíhání atd., to vše má velký vliv na výsledné magnetické vlastnosti materiálu.

Stupeň Permalloy v mé zemi je 1JXX. Mezi nimi J znamená „přesná slitina“, „1“ znamená měkkou magnetickou a číslo za ním je sériové číslo, které obvykle označuje obsah niklu ve slitině. Například 1J50, 1J851 atd. Permalloy má vysokou magnetickou permeabilitu, proto se často používá v jádru středofrekvenčních a vysokofrekvenčních transformátorů nebo zařízení s přísnými požadavky na citlivost, jako jsou vysokofrekvenční (desítky kHz) spínané napájecí transformátory , přesné transformátory, svodové spínací transformátory, magnetické stínění, jho atd.

Nano efekt

Ta/NiFe/Ta magnetorezistentní filmy byly připraveny magnetronovým naprašováním a CoFe-NOL a Al₂O ₃ představuje Intercalation NiFe film pro studium nanooxidace.

Vliv vrstvy (NOL) na výkon filmu NiFe. Experimentální výsledky ukazují, že když je CoFe-NOL zaveden do NiFe filmu, má CoFe-NOL důležitý vliv na výkon NiFe filmu a pozice CoFe-NOL ve filmu Různé efekty jsou také různé; když je CoFe-NOL na rozhraní Ta/NiFe, struktura filmu NiFe je zničena, což má za následek snížení hodnoty anizotropní magnetorezistence (AMR) filmu NiFe a zvýšení koercivity. Když je NOL na rozhraní NiFe/Ta, nepoškodí texturu filmu NiFe a jeho hodnota AMR a koercivita se v podstatě nezmění. Interkalační vrstva Al₂O₃ je zavedena do filmu NiFe kvůli „zrcadlovému odrazu Al₂O₃ interkalační vrstva "Efekt, vhodná tloušťka Al₂O₃ interkalační vrstvy může zlepšit mikrostrukturu fólie, zvýšit hodnotu magnetického odporu fólie a zlepšit magnetické vlastnosti filmu. Když je tloušťka Al₂O₃ 1,5 nm, má film NiFe nejlepší mikrostrukturu a výkon.