Магнитномягкии сплав
David Wilson
Магнитно-мягкий сплав намагничивается и размагничивается при минимальных затратах энергии. У таких материалов узкая петля гистерезиса и маленькая коэрцитивная сила. Инженеры используют их там, где магнитное поле меняет направление сотни или тысячи раз в секунду. Трансформаторы, генераторы, реле и электромагнитные экраны работают на этих сплавах.
Пермалои содержат от пятидесяти до восьмидесяти процентов никеля остальное железо и добавки молибдена или хрома. Они обладают чудовищной магнитной проницаемостью при слабых полях. Слабый сигнал в кабеле или датчике улавливается пермалоем мгновенно. Из них делают сердечники прецизионных приборов, магнитные головки для старой звукозаписывающей аппаратуры и экраны чувствительной электроники от космических помех.
Электротехнические стали содержат кремний. Кремний повышает электрическое сопротивление сплава, снижая потери на вихревые токи Фуко. Без кремния трансформаторное железо разогрелось бы докрасна от собственных токов уже через минуту работы в сети. Эти стали прокатывают до состояния тончайших листов. Листы лакируют, собирают в пакеты и затягивают в сердечники силовых трансформаторов на подстанциях.
Сплавы с нанокристаллической структурой получают путем сверхбыстрого охлаждения расплава. Лента толщиной в двадцать микрометров застывает со скоростью миллион градусов в секунду. Зерна металла не успевают вырасти, образуя аморфную или нанокристаллическую массу. Потери на перемагничивание у таких материалов падают в разы по сравнению с обычной кремнистой сталью. Импульсные блоки питания в компьютерах и зарядных устройствах современных гаджетов целиком зависят от таких лент.
Производство магнитно-мягких материалов требует ювелирной точности на каждом этапе. Малейшее механическое напряжение портит структуру кристаллических решеток. Сортамент продукции широк. Заводы выпускают сплавы в виде слитков для дальнейшей перековки, горячекатаных и холоднокатаных листов, тонкой полосы, калиброванного прутка, проволоки разного диаметра и готовых лент.
Магнитно-мягкий слиток отправляется на металлургический передел, где из него куют заготовки для крупных деталей электромагнитов. Магнитно-мягкий лист идет на штамповку пластин роторов и статоров электродвигателей. Магнитно-мягкая полоса служит сырьем для навивки тороидальных сердечников. Из магнитно-мягкой проволоки навивают миниатюрные соленоиды и элементы памяти для ранних вычислительных машин. Магнитно-мягкая лента находит применение в датчиках тока, магнитных экранах кабельных трасс и дросселях фильтров питания.
Термическая обработка завершает технологический цикл. Деталь из сплава нагревают в вакуумной печи до высоких температур, а затем медленно охлаждают в присутствии магнитного поля или без него. Отжиг снимает внутренние механические напряжения, возникшие при штамповке или гибке. Без отжима металл теряет свои уникальные свойства и превращается в обычное железо с высоким магнитным сопротивлением. Инженеры рассчитывают состав сплава под каждую конкретную частоту тока, добиваясь максимального КПД электрических машин.