Permalloy

Käsite

Permalloy tarkoittaa usein rauta-nikkeliseoksia, joiden nikkelipitoisuus on välillä 30–90 %. Se on erittäin laajalti käytetty pehmeä magneettiseos. Sopivan tekniikan avulla magneettisia ominaisuuksia voidaan hallita tehokkaasti, kuten alkupermeabiliteetti yli 10⁵, maksimiläpäisevyys yli 10⁶ ja niinkin alhainen kuin 2‰ Austria Permalloy koersitiivilla voima, joka on lähellä 1 tai lähellä 0 ja suorakulmainen kerroin lähellä 1 tai lähellä 0, pintakeskittyneellä kuutiokiderakenteella varustetulla permalloylla on hyvä plastisuus ja se voidaan prosessoida 1 μm ultraohuiksi nauhoiksi ja erilaisiksi käyttömuodoiksi. Yleisesti käytetyt seokset ovat 1J50, 1J79, 1J85 ja niin edelleen.

1J50:n kyllästysmagneettinen induktio on hieman pienempi kuin piiteräksellä, mutta sen magneettinen permeabiliteetti on kymmeniä kertoja suurempi kuin piiteräksellä, ja sen rautahäviö on myös 2-3 kertaa pienempi kuin piiteräksellä. Siitä tehdään muuntaja, jolla on korkeampi taajuus (400 ~ 8000 Hz), ja tyhjävirta on pieni. Se soveltuu pienten, alle 100 W:n suurtaajuusmuuntajien valmistukseen. 1J79:llä on hyvä kokonaisvaltainen suorituskyky ja se sopii suurtaajuus- ja pienjännitemuuntajiin, vuotosuojakytkimien ytimiin, yhteismuotoiseen induktanssisydämiin ja virtamuuntajien ytimiin. 1J85:n alkuperäinen läpäisevyys voi olla yli satatuhatta (10⁵), mikä soveltuu matalataajuisille tai suurtaajuisille tulo- ja lähtömuuntajille, yhteismuotoisille keloille ja korkean tarkkuuden virtamuuntajille, joissa on heikkoja signaaleja.

Lyhyt historia

Vuonna 1913 amerikkalainen GWElmen havaitsi, että 30–90 % nikkeliä sisältävät Ni-Fe-seokset altistettiin heikoille ja keskisuurille magneettikentille. Sillä on hyvät pehmeät magneettiset ominaisuudet. Niistä nikkeli-rauta-seoksen, jossa on 78 % nikkeliä, alkuperäinen läpäisevyys μ_i on korkein, joten se nimettiin permalloyksi, joka tarkoittaa magneettisesti läpäisevää metalliseosta. Hän löysi myös erityisen lämpökäsittelyprosessin, joka lisää entisestään Ni-Fe-lejeeringin alkuperäistä läpäisevyyttä 50–90 %, nimeltään "permalloy-lämpökäsittely". Vuonna 1921 puhelinreleissä käytettiin 78-prosenttista Ni-Fe-seosta. Vuonna 1924 brittiläinen Smith (Smith) ja muut keksivät 76-prosenttisen Ni-Fe-seoksen, johon oli lisätty kuparia ja kromia, nimeltään "Mumetal" (tuottaja brittiläinen Telcon-yhtiö). Vuonna 1931 amerikkalainen T.D. Yensen keksi tyhjiösulatuksen ja vedyn korkean lämpötilan hehkutuksen lejeeringin puhdistamiseksi ja kehitti supernikkeli-rauta-seoksen tuotenimellä Hipernik. Vuonna 1934 amerikkalainen GA Kelsall havaitsi, että magneettikentän lämpökäsittely voi merkittävästi lisätä rauta-nikkeliseosten maksimiläpäisevyyttä. 65 % Ni-Fe (65 permalloy) -lämpökäsittelyn jälkeen magneettikentässä μ_{max sub>nousi noin 10 kertaa. Vuonna 1947 amerikkalaiset R.M.Bozorth ja muut keksivät korkeimman μi- ja μm-seoksen, nimeltään superpermalloy. 1960-luvun alussa Kiinan rauta- ja terästutkimuslaitos keksi menetelmän käsitellä poikittaisella magneettikentällä ja lisäämällä sopiva määrä happea, ja saatiin Br ja Hc lähellä nollaa. Erittäin tasainen 65 % Ni-Fe-seos (kiinalainen merkki 1J66). 1970-luvun jälkeen nikkeli-rauta-seoksiin lisättiin erilaisia ​​alkuaineita, kuten niobiumia, tantaalia, vanadiinia, volframia, titaania, piitä ja alumiinia, korkeataajuisten hakkuriteholähteiden ja magneettisen tallennustekniikan kehittämistarpeiden täyttämiseksi. sisältää runsaasti nikkeliä korkean kovuuden ja korkean kovuuden saavuttamiseksi. Resistiivisestä, vähähäviöisestä ja korkean läpäisevyyden seoksesta on tullut edustavin seos pehmeissä magneettisissa metalliseoksissa, jolla on useimmat ominaisuudet, laajin valikoima ja sovellukset.}

Rakennemagnetismi

Permalloy on rauta-nikkeliseos, jolla on suurempi magneettinen permeabiliteetti heikossa magneettikentässä, ja nikkeli-rautaseos, jonka nikkelipitoisuus on yli 30 %. Molemmilla on yksivaiheinen kasvokeskeinen kuutiorakenne (γ) huoneenlämpötilassa, mutta yksivaiheinen rakenne lähellä 30 % Ni on erittäin epävakaa. Siksi käytännöllisissä rauta-nikkelipehmeissä magneettiseoksissa nikkelipitoisuus on yli 36 %. Rauta-nikkeliseos sisältää nikkeliä lähes 75 % (atomifraktio), ja Ni₃Fe:n pitkän kantaman järjestyksen muutos tapahtuu tässä yksifaasiseoksessa. Tällä hetkellä lejeeringin hilavakio ja fysikaaliset ominaisuudet, kuten sähkövastus Nopeus ja magnetismi muuttuvat. Siksi on tarpeen ottaa huomioon hallittujen siirtymien vaikutus suorituskykyyn. Ni₃Fe-seokseen lisätään yleensä pieni määrä lisäelementtejä, kuten Mo tai Cu, estämään pitkän kantaman järjestyksen muodostumista.

Keskinäinen suhde

Kuvassa 1 näkyy binäärisen nikkeli-rautaseoksen kyllästysmagnetisaatio J_s ja Curie-lämpötila T_c. magnetokiteinen anisotropia K₁ ja magnetostriktiovakio λ ja nikkelipitoisuus. Kuvassa 2 on esitetty Ni-(Fe+Cu)-Mo-lejeeringin K₁:n ja λ:n välinen suhde, lämpökäsittelyn koostumus ja jäähdytysnopeus. Kuvassa 3 on esitetty valssaus- ja magneettihehkutusprosessilla saadut yksiaksiaaliset anisotropiavakiot K_u1, K_{u2 Vaihtelee nikkelipitoisuuden mukaan. Kuvasta voidaan nähdä, että K1 ei ole riippuvainen vain koostumuksesta, vaan liittyy myös Ni3Fe:n lyhyen kantaman järjestykseen (joka ohjaa jäähdytystä). lämpökäsittelyn nopeus). λ määräytyy pohjimmiltaan koostumuksen mukaan. Vain Ni3Fe:n koostumuksella jäähdytysnopeudella on vähän vaikutusta arvoihin λ111 ja λ100. Magneettikentän lämpökäsittelyn tuottama Ku2 lämpötilassa alle Tc on yhden pienempi kuin liukumuodonmuutoksen aiheuttama Ku1 ( kylmävalssauksen aikana) Suuruusluokkaa. Sekä Ku1 että Ku2 ovat yksiaksiaalista anisotropiaa, joten kun magnetoidaan haluttuun suuntaan, voidaan saada suorakaiteen muotoinen hystereesisilmukka ja pystysuuntainen magnetointi tasainen silmukka matalalla Br:lla. Seoksille, joiden nikkelipitoisuus on 70–80 %, K1≤0, helppo magnetointisuunta on <111> ja {100}<001> kuutiomainen rakenne ja kaoottinen suunta tulisi välttää satunnaista rakennetta. Seoksella K1>0, jossa on 45 % ~ 68 % nikkeliä, on helppo magnetointisuunta <100>, joten korkeiden magneettisten ominaisuuksien saavuttamiseksi kuutiomainen rakenne tulisi saada niin paljon mahdollista. Erityisesti voidaan käyttää suuren vähennysmäärän kylmävalssausta ja alhaisemman lämpötilan (900–1050 ℃) hehkutusta. Permalloyn lopullisen hehkutuksen tulee tapahtua puhtaassa vetyatmosfäärissä, jossa ei ole happea ja kastepiste alle -40 ℃ tai tyhjiöaste 10^-2～10^-3Pa Ilmapiirissä.}

Luokittelukyky

Permalloy voidaan jakaa 35 %～40 % Ni-Fe-seokseen, 45 %～50 % Ni-Fe-seokseen, 50 %～65 % Ni:iin koostumuksen mukaan - Fe-seokset ja 70 %～81 % Ni-Fe-seoksia neljässä kategoriassa. Jokaisesta tyypistä voidaan valmistaa materiaaleja, joissa on pyöreä hystereesisilmukka, suorakulmainen hystereesisilmukka tai litteä hystereesisilmukka.

35 %～40 %

Nikkelin 35 %～40 % välillä magnetkiteinen anisotropia K₁ laskee nikkelipitoisuuden kasvaessa Neliö on pienempi kuin B_r/B_s, joka näyttää pyöreän hystereesisilmukan. Tämä pyöreä silmukka yhdistettynä korkeaan resistiivisyyteen (kun nikkelipitoisuus on 40 %, ρ = 60 μΩ·cm; ja 48 %, ρ = 45 μΩ·cm) ja hienorakeiseen isotrooppiseen mikrorakenteeseen, se johtaa suhteellisen korkeaan resistiivisyyteen. Matala ydinhäviö. Esimerkiksi 40-prosenttisella Ni-Fe-seosnauhalla, jonka paksuus on 0,05 mm, häviö on 9 wattia kilogrammaa kohden 0,1 T:n ja 20 kHz:n taajuudella; 48-prosenttisen Ni-Fe-seosnauhan vastaava häviö on 14 wattia kilogrammaa kohti. Tämän tyyppinen seos soveltuu neliöaaltomuuntajiin, DC-muuntimiin jne.

45 %～50 %

Tällä koostumusalueella olevilla metalliseoksilla on korkein kyllästysmagnetoituminen permalloeista, ja K₁>0, helppo magnetointisuunta on <100> ;. Suorakaiteen muotoinen hystereesisilmukka voidaan saada muodostamalla kuutiotekstuuri, jota käytetään magneettivahvistimissa, kuristimissa ja muuntajissa. On myös mahdollista muodostaa toissijainen uudelleenkiteytetty {210}-rakenne tai muodostaa hienorakeinen isotrooppinen mikrorakenne primaarisen uudelleenkiteytyksen avulla pyöreän hystereesisilmukan saamiseksi. Tällä metalliseoksella on korkea magneettinen permeabiliteetti ja alhainen koersiivisuus, ja sitä voidaan käyttää virtamuuntajissa, maasulkukytkimissä, mikromoottoreissa ja releissä.

50 %～65 %

Tämän koostumusalueen lejeeringillä on korkein Curie-lämpötila, myös kyllästysmagnetointi on korkea ja se on järjestyksessä K_{1 sub>≈0 , joten magneettikentän lämpökäsittelyn vaikutus on erityisen ilmeinen, mikä voi tuottaa voimakkaan indusoidun magneettisen anisotropian. Kun alhaisen lämpötilan (noin 130 ℃ Curie-pisteen alapuolella) magneettikentän lämpökäsittely, hystereesisilmukka on suorakaiteen muotoinen, DC:n maksimiläpäisevyys on korkea, mutta dynaamiset ominaisuudet ovat huonot; kun korkean lämpötilan (noin 60 ℃ Curie-pisteen alapuolella) magneettikentän lämpökäsittely, silmukka Neliösuhde on pienentynyt, maksimi DC-läpäisevyys ei ole korkea, mutta dynaamiset ominaisuudet ovat hyvät. Nikkeli-rautaseos (jossa on 2 % molybdeeniä), joka sisältää noin 55 % nikkeliä, hehkutetaan korkeassa lämpötilassa, jolloin muodostuu {210}<001> sub>i} ja μ_m. 65 % nikkeliä sisältävä nikkeli-rauta-seos, jolla on hienorakeinen isotrooppinen mikrorakenne, lämpökäsitellään pitkittäismagneettikentässä, jolloin saadaan suorakaiteen muotoinen hystereesisilmukkamateriaali, jolla on hyvät dynaamiset ominaisuudet ja joka soveltuu magneettivahvistimiin. Tämä metalliseos lämpökäsitellään poikittaisessa magneettikentässä matalan B_r -tasaisen silmukan saamiseksi, ja magneettinen permeabiliteetti muuttuu vain vähän tietyllä magneettikentän voimakkuuden alueella. Sitä kutsutaan vakiomagneettisen läpäisevyyden seokseksi ja se soveltuu Do-induktiivisille komponenteille.

70 %～81 %

Tämän koostumussarjan permalloylla on paras läpäisevyys. Vaikka on mahdotonta, että K₁ ja λ pienenevät nollaan samanaikaisesti binäärisissä nikkeli-rauta-seoksissa lisäämällä sopiva määrä seosaineita, kuten molybdeenia, kromia, kuparia jne. Tämä koostumusalue ja sitten lämpökäsittelyn säätäminen Jäähdytysnopeus voi saada K₁ ja λ lähestymään nollaa samanaikaisesti, jolloin saavutetaan korkea läpäisevyys ja alhainen koersitiivisuus. Yleensä tämän lejeeringin μ_i voi olla 40–60 mH/m. Vuonna 1947 amerikkalaiset, kuten RMBozorth ja muut käyttivät suhteellisen puhtaita raaka-aineita, sulattivat ne tyhjiössä ja hehkuttivat lopuksi puhtaassa vedyssä korkeassa lämpötilassa 1200–1300 ℃ ja saivat μ_i ja μ Erittäin korkeaa Ni₇₉Mo₅-seosta kutsutaan superpermalloyksi. Sen μ_i voi nousta yli 150 mH/m:iin ja μ_m 1 130 mH/m. 1960-luvun lopulla Japani lisäsi niobiumia ja tantaalia 78 % Ni-Fe-seoksiin ja myöhemmin neljännen ja viidennen alkuaineen, kuten molybdeenin, kromin, titaanin, alumiinin ja mangaanin. Permalloyä, jolla on korkea kovuus ja korkea läpäisevyys, sen kovuus H_v>200, kutsutaan kovaksi permalloiksi. Tämän tyyppinen metalliseos soveltuu muuntajiin, kuristimiin, magneettipäihin, magneettisuojiin jne. Lisäksi tämän tyyppisen metalliseoksen silmukka voi olla myös suorakaiteen muotoinen muodostamalla kuutiomainen rakenne; samalla seoksen järjestystä ohjataan niin, että K₁ ≥ 0, ja sillä on hyvät dynaamiset ominaisuudet. Se sopii erittäin hyvin magneettimodulaattoreiden ja niin edelleen valmistamiseen. Jauheytimen, joka on valmistettu lisäämällä 2 % 80 % - 82 % Ni-Fe-seosjauhetta, on korkea kestävyys ja hyvä stabiilisuus, ja sitä voidaan käyttää 300 Hz:n taajuudella.

Perusominaisuudet

permalloy

Se on rauta-nikkelipohjainen pehmeä magneettiseos, jolla on erittäin korkea magneettinen permeabiliteetti heikossa magneettikentässä.

Resistiivisyyden lisäämiseksi ja prosessin suorituskyvyn parantamiseksi Fe-Ni-binääriseoksiin lisätään usein Mo, Cr, Cu ja muita alkuaineita. Fe-Ni-seosten lisäksi on olemassa myös rauta-pii-alumiiniseoksia ja permalloeihin kuuluvia amorfisia kobolttipohjaisia ​​seoksia.

Permalloylla on erinomaiset pehmeät magneettiset ominaisuudet, alkuperäinen permeabiliteetti μ_i on 37,5～125mH/m ja suurin läpäisevyys μ_m Se voi saavuttaa 125～375mH/m , koersitiivisuus H_c on 0,8A/m ja ominaisvastus ρ on 60～85μΩ·cm.

Seos sulatetaan tyhjiöinduktiouunissa ja siitä valmistetaan kylmävalssattuja nauhoja, kylmävedettyjä lankoja tai kuumavalssattuja (taottuja) levyjä ja tankoja kuuman ja kylmän plastisen muodonmuutoksen avulla.

Käytetään äänimuuntajien, muuntajien, magneettivahvistimien, magneettimodulaattoreiden, kuristimien, äänipäiden jne. valmistukseen.

Tuotantoprosessi

Permalloyn tuotantoprosessi on monimutkaisempi. Esimerkiksi levyn valssausprosessi, hehkutuslämpötila, aika, jäähdytysnopeus hehkutuksen jälkeen jne. vaikuttavat suuresti materiaalin lopullisiin magneettisiin ominaisuuksiin.

Permalloyn arvosana maassani on 1JXX. Niistä J tarkoittaa "tarkkuusseosta", "1" tarkoittaa pehmeää magneettista ja sen jälkeinen numero on sarjanumero, joka yleensä ilmaisee lejeeringin nikkelipitoisuuden. Esimerkiksi 1J50, 1J851 jne. Permalloylla on korkea magneettinen läpäisevyys, joten sitä käytetään usein keski- ja suurtaajuisten muuntajien ytimessä tai laitteissa, joilla on tiukat herkkyysvaatimukset, kuten suurtaajuiset (kymmeniä kHz) kytkentävirtalähdemuuntajat , tarkkuusmuuntajat, vuotokytkentämuuntajat, magneettisuojaus, ike jne.

Nanoefekti

Ta/NiFe/Ta magnetoresistiiviset kalvot valmistettiin magnetronisputteroinnilla, ja CoFe-NOL ja Al₂O ₃ interkalaatio esittelee NiFe-kalvo nanohapetuksen tutkimiseen.

Keroksen (NOL) vaikutus NiFe-kalvon suorituskykyyn. Kokeelliset tulokset osoittavat, että kun CoFe-NOL lisätään NiFe-kalvoon, CoFe-NOL:lla on tärkeä vaikutus NiFe-kalvon suorituskykyyn ja CoFe-NOL:n asema elokuvassa. Myös erilaiset tehosteet ovat erilaisia; kun CoFe-NOL on Ta/NiFe-rajapinnassa, NiFe-kalvon rakenne tuhoutuu, mikä johtaa NiFe-kalvon anisotrooppisen magnetoresistenssin (AMR) arvon laskuun ja koersitiivisen kasvuun. Kun NOL on NiFe/Ta-rajapinnassa, se ei vahingoita NiFe-kalvon tekstuuria, ja sen AMR-arvo ja koersitiivisuus eivät periaatteessa muutu. Al₂O₃-interkalaatiokerros on lisätty NiFe-kalvoon, koska "Al₂O_{3:n peiliheijastus"} interkalaatiokerros "Vaikutus, sopiva paksuus Al₂O₃ interkalaatiokerros voi parantaa kalvon mikrorakennetta, lisätä kalvon magneettiresistanssia ja parantaa kalvon magneettisia ominaisuuksia. Kun Al₂O₃:n paksuus on 1,5 nm, NiFe-kalvolla on paras mikrorakenne ja suorituskyky.