Магнитные характеристики позволяют оценить свойства материалов при воздействии на него магнитного поля.
1. Магнитная проницаемость (относительная) – показывает во сколько раз магнитное поле в материале сильнее или слабее чем в вакууме.
| μн |
| μmax |
| Н |
где μа – абсолютная магнитная проницаемость, учитывает влияние
материала на магнитное поле, Гн/м;
μо – абсолютная магнитная проницаемость вакуума, 4П·107 Гн/м.
Магнитная проницаемость в большой степени зависит от напряжённости Н магнитного поля, поэтому для оценки способности материала к намагничиванию учитывают начальную магнитную проницаемость μн и максимальную магнитную проницаемость μmax.
Диамагнетики μ<1 и не зависит от напряжённости внешнего магнитного поля.
Парамагнетики μ>1 и не зависит от напряжённости внешнего магнитного поля.
Ферромагнетики μ>>1 и зависит от напряжённости внешнего магнитного поля.
Чем больше значение μ, тем легче намагничивается материал.
2. Индукция насыщения В s .
Если образец намагничивать, непрерывно повышая напряжённость магнитного поля Н, то магнитная индукция В тоже будет непрерывно возрастать по кривой намагничивания 1, от точки О до Вs.
Чем больше значение Вs тем выше магнитные свойства мате.
3. Остаточная магнитная индукция В r и коэрцитивная сила Нс.
При уменьшении напряжённости Н магнитная индукция В также будет уменьшаться, но начиная с Вм её значения не будут совпадать со значениями начальной кривой намагничивания, и когда напряжённость магнитного поля станет равной нулю, в образце будет обнаруживаться остаточная магнитная индукция Вr.
Для размагничивания надо чтобы напряжённость магнитного поля изменила своё направление на обратное -Н, и напряжённость поля, при которой индукция станет равной нулю, называют коэрцитивной силой Нс.
Если дальше продолжать намагничивать в противоположном направлении, то снова будет наблюдаться индукция насыщения -Вs. При уменьшении напряжённости магнитного поля до равного нулю и снова в первоначальном направлении +Н индукция будет непрерывно увеличиваться до индукции насыщения Вs. В результате образуется замкнутая петля, называемая статической петлёй гистерезиса.
При воздействии на материал переменного тока получают:
- динамическую магнитную проницаемость и кривую намагничивания (при низких частотах и малой толщине материала совпадают со статической);
- динамическую петлю гистерезиса, имеет несколько большую площадь, т.к. кроме потерь на гистерезис возникают потери на вихревые токи.
4. Магнитные потери связаны с потерями части энергии магнитного поля, которые проявляются в нагревании материала.
4.1 Потери на гистерезис связаны с явлением намагничивания и с необратимым перемещением границ внутренних областей (доменов), которые пропорциональны площади петли гистерезиса и частоте переменного магнитного поля.
4.2 Потери на вихревые токи вызываются токами, которые индуцируются в магнитном материале внешним магнитным полем, которые пропорциональны квадрату частоты переменного магнитного поля.
Чем больше частота магнитного поля, тем больше потери, поэтому на высоких частотах применяют материалы с высоким электрическим сопротивлением.
5. Температура Кюри θ – температура, при которой магнитные свойства материала исчезают, и он не может быть намагничен (железо Fe θ=768 0С).
Это обусловлено дезориентацией внутренних областей (доменов) намагничивания из-за интенсивного теплового движения атомов и молекул материала.
6. Коэффициент прямоугольности – характеризует степень прямоугольности петли гистерезиса.
У материалов для запоминающих устройств в электронных вычислительных машинах αп=0,98, а у других материалов значительно меньше.
Чем больше значение αп, тем более прямоугольная петля гистерезиса.
МАГНИТОМЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Свойства (общие):
- зависят от химического состава;
- зависят от степени искажения кристаллической структуры и внутренних напряжений (для сплавов при холодной прокатке кристаллические частицы ориентируются в одном направлении, что приводит к повышению магнитных характеристик в направлении проката);
- большая начальная и максимальная магнитная проницаемость;
- большая индукция насыщения;
- малая коэрцитивная сила (‹4кА/м);
- малые потери на гистерезис, т.е. узкая петля гистерезиса.
1. Кремнистые стали (электротехническая сталь). Низкоуглеродистые стали (0,04% углерод С) 0,8-4,8% кремния Si. Основной материал для сердечников и магнитопроводов.
Свойства: кремний увеличивает удельное электрическое сопротивление (от 0,1 до 0,6 при 5% Si) и магнитную проницаемость (max при 6,8% Si), уменьшает коэрцитивную силу и ухудшает механические свойства (непригоден для штамповки).
Применение: холоднокатаные: сердечники электрических машин, трансформаторов и другие конструкции, где направление магнитного потока совпадает с направление прокатки; горячекатаные: сердечники электрических машин круглой формы.
2. Пермаллои. Пластичные железоникелевые сплавы:
а) низконикелевые пермаллои – 40-50% никеля Ni;
б) высоконикелевые пермаллои – 72-80% никеля Ni;
Свойства: чувствительны к механическим деформациям (резке, штамповке и др.), поэтому детали, подвергают дополнительной тепловой обработке – отжигу.
Применение: низконикелевые: сердечники электрических аппаратов и малогабаритных трансформаторов, работающих в переменных полях; высоконикелевые: сердечники мощных силовых трансформаторов (большие магнитные потоки).
3. Альсиферы. Нековкие хрупкие сплавы 77-85,5% железо Fe, 9-10% кремния Si, 5,5-13% алюминия Al.
Свойства: высокая твёрдость и хрупкость, поэтому изделия получают литьём, магнитные свойства не отличаются от пермаллоев.
Применение: литые сердечники, работающие в постоянных или медленно меняющихся магнитных полях (не более 20кГц, более большие потери на вихревые токи).
4. Ферриты.
Свойства:
- хрупкие, возможность обработки только шлифованием;
- высокое удельное электрическое сопротивление, т.е. малые потери на вихревые токи;
- с ростом температуры их удельное сопротивление уменьшается, т.к. являются полупроводниками;
- высокая коррозийная стойкость;
- в слабых магнитных полях могут заменить кремнистые стали и пермаллои, в средних и сильных имеют более низкую индукцию насыщения и их применение нецелесообразно, а в высокочастотных полях имеют более высокую индукцию;
- простота изготовления деталей.
4.1 Никелево-цинковые ферриты. NinZn1-nFe2O4.
n –доля содержания оксида металла в материале (n=0,4-0,6).
Применение: сердечники электрических машин и аппаратов, работающих в полях с частотами от 500кГц до 200 МГц.
4.2 Марганцево-цинковые ферриты. MnnZn1-nFe2O4.
Применение: сердечники электрических машин и аппаратов, работающих в полях с частотами от звуковых (от 20 Гц до 20 кГц) до нескольких МГц.
МАГНИТОТВЁРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Свойства (общие):
- зависят от химического состава;
- зависят от степени искажения кристаллической структуры и внутренних напряжений (при охлаждении или прессовке в сильном магнитном поле кристаллические частицы ориентируются в одном направлении, что приводит к повышению магнитных характеристик в направлении внешнего магнитного поля);
- малая магнитная проницаемость;
- большая коэрцитивная сила (›4кА/м) и остаточная магнитная индукция;
- большие потери на гистерезис, т.е. широкая петля гистерезиса;
- уменьшение магнитного потока с течением времени – старение, в результате вибраций, ударов, резкого изменения температуры - обратимо, изменение структуры - необратимо.
1. Мартенситные стали. Высокоуглеродистые стали (0,9-1,1% углерод С):
а) хромистые стали – до 3% хрома Cr;
б) вольфрамовые стали – до 8% вольфрама W;
в) кобальтовые стали – до 15% кобальт Со.
Свойства: возможность обработки на металлорежущих станках, низкие магнитные характеристики, особая склонность к старению, сравнительно дешёвые.
Применение: постоянные магниты в наименее ответственных случаях.
2. Железоникельалюминиевые сплавы. Сплав 20-33% никеля Ni, 11-17% алюминия Al, 50-69% железо Fe.
Свойства: большая твёрдость и хрупкость, не поддаются обычным методам механической обработки, можно обрабатывать только шлифованием.
Применение: являются основным материалом для постоянных магнитов.
3. Металлокерамические материалы. Материалы, получаемые прессование с дальнейшим спеканием порошков сплавов Fe – Ni – Al, Fе – Ni – Al – Co, Cu – Ni – Co, Cu – Ni – Fe и др.
Свойства:
- высокие механические свойства;
- небольшая пористость, что несколько снижает магнитные характеристики;
- не требуют дополнительной обработки (изделия заданных размеров и сложных форм).
4. Ферриты.
Свойства:
- хрупкие, возможность обработки только шлифованием;
- высокое удельное электрическое сопротивление, т.е. малые потери на вихревые токи;
- с ростом температуры их удельное сопротивление уменьшается, т.к. являются полупроводниками;
- высокая коррозийная стойкость;
- простота изготовления деталей.
4.1 Бариевые ферриты. BaFe12O19, BaO∙6Fe2O3.
Свойства:
- сильная зависимость магнитных характеристик от температуры (при охлаждении ниже -60 0С и последующего нагревания магнитные свойства теряются);
- низкая остаточная магнитная индукция (в 2-4 раза, чем у металлических материалов);
- дешевые (в 10 раз, чем металлические магнитные материалы).
4.2 Кобальтовые ферриты. CoFe2O4 (вектолит), CoO∙6Fe2O3.
Свойства:
- зависимость магнитных характеристик от температуры (при нагревании выше +80 0С магнитные свойства не теряются);
- высокая стабильность при воздействии магнитных полей, вибрации и ударов;
- высокая стоимость.
Применение: постоянные магниты.
Дата: 2019-03-05, просмотров: 310.
