Пермаллой

Пермалло́й — прецизионный сплав с магнитно-мягкими свойствами, состоящий из железа и никеля (45—82 % Ni)[4]. Может быть дополнительно легирован несколькими другими химическими элементами.

Пермаллой
Тип сплава
Прецизионный магнитно-мягкий сплав
Физические свойства
Твердость по Бринеллю 10−1 = 120÷210 МПа[1]
Точка Кюри 300÷900 K[2]
Удельное электрическое сопротивление 2⋅10−5 Ом·см для сплава 81Н[3]
Коэффициент линейного расширения (−40÷+15)⋅10−6 (λ100)
(−15÷+30)⋅10−6 (λ111)[2]
Индукция насыщения до 2 Тл
 Медиафайлы на Викискладе

Сплав обладает высокой магнитной проницаемостью (максимальная относительная магнитная проницаемость μ ~ 100 000), малой коэрцитивной силой, почти нулевой магнитострикцией и значительным магниторезистивным эффектом.

Благодаря низкой магнитострикции сплав применяется в прецизионных магнито-механических устройствах и других устройствах, где требуется стабильность размеров в меняющемся магнитном поле. Электрическое сопротивление пермаллоя меняется обычно в пределе 5 % в зависимости от силы и направления действующего магнитного поля[3].

Механические свойства
Толщина скин-слоя различных материалов от частоты электромагнитного поля

Пермаллой является механически мягким[5] и устойчивым к коррозии материалом[6].

Электрические и магнитные свойства

Для типичного соотношения никеля и железа в сплаве 81 % и 19 % соответственно, пермаллой обладает гранецентрированной кубической решёткой (ГЦК) кубической магнитной анизотропией, коэффициенты которой близки к нулю. В тонких плёнках поле анизотропии, определяемое как поле, необходимое для поворота намагниченности в направлении тяжелой оси не превышает 10 Э[7]. В некоторых случаях одноосную анизотропию создают легированием пермалоя кобальтом (например, Ni65Fe15Co20). Одноосную анизотропию в плёнках можно также получить электроосаждением в магнитном поле 0,5 кЭ (40 кА/м)[2]. Отдельное подавление магнитной анизотропии (но не магнитострикции) возможно в аморфных формах пермаллоев с использованием бора (например, Ni40Fe40B20)[8].

Отличительной особенностью Ni81Fe19 является также близкий к нулю коэффициент магнитострикции[7]. Намагниченность насыщения пермаллоя составляет величину порядка 104 Гс (1 Тл)[2].

Удельное электрическое сопротивление пермаллоя составляет 2⋅10−5 Ом·см, а магнеторезистивный коэффициент лежит в пределах от 2 % до 4 % (2 % для полей порядка 3,75 Э, или 300 А/м). В частности, проводимость электронов с основным направлением спинов превышает проводимость для неосновного направления в шесть раз[7][2].

Зависимость точки Кюри и намагниченности насыщения от доли никеля в пермаллое

Марки и состав
Основные марки магнитомягких сплавов
64Н (65Н) 81НМА 68НМ, 68НМП
76НХД, 76НХДП 40НКМ, 40НКМП 79НМ, 79НМП
45Н 79Н3М 47НК
80НХС 50Н, 50НП 50НХС

Состав прецизионных магнитно-мягких сплавов определяется ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки», технические условия определяются ГОСТ 10160-75 «Сплавы прецизионные магнитно-мягкие. Технические условия». Согласно ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки» маркировка сплавов (кроме термобиметаллов) состоит из двузначного числа, обозначающего среднюю массовую долю элемента и буквенного обозначения элемента после цифры. Железо в маркировке сплава не указывается.

Марки некоторых сплавов, обладающих высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой в слабых полях приведены в таблице[9].

Основной сплав из группы пермаллоев — 79НМ[9]:

Химический состав сплава 79НМ
FeCSiMnNiSPMoTiAlCu
13,73—16,8до 0,030,3—0,50,6—1,178,5—80до 0,02до 0,023,8—4,1до 0,15до 0,15до 0,2

Применение
Схема экранирования кабеля пермаллоем

Пермаллой используется для изготовления трансформаторных пластинок, для элементов магнитных записывающих головок. Первоначально пермаллой использовался для уменьшения искажения сигнала в телекоммуникационных кабелях как компенсатор их распределённой ёмкости.

Магниторезистивные свойства пермаллоя используют в датчиках магнитного поля, в частности в микросхемах-магнитометрах, как, например в двухосном магнитометре HMC1002[10].

Прокат пермаллоя применяется для экранирования от магнитного поля — помещений для МРТ, электронных микроскопов и некоторых других особо чувствительных приборов. Из пермаллоя изготавливают защитные кожухи для микросхем и катушек, особо чувствительных к магнитному полю.

Технологическим недостатком применения пермаллоя является изменение его магнитных характеристик после даже незначительных деформаций. Поэтому во всех[11] случаях применения пермаллоя обязательным является термическая обработка (отжиг) детали после её формования[11].

См. также

Примечания
  1. ГОСТ 10160-75 «Сплавы прецизионные магнитно-мягкие. Технические условия»
  2. Ziese, Thornton, 2001, p. 285.
  3. Mallinson, 1996, p. 33.
  4. Пермаллой — статья из Большой советской энциклопедии. 
  5. Mallinson, 1996, p. 36.
  6. Ōsaka, Datta, Shacham-Diamand, 2009, p. 78.
  7. Mallinson, 1996, pp. 33—35.
  8. Ziese, Thornton, 2001, p. 286.
  9. ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки».
  10. HMC1002.
  11. Преображенский А. А. Магнитные материалы // М.: Высшая школа, 1965. — 235 с. С. 74—79 «Некоторые технологические вопросы, связанные с применением электротехнических сталей и пермаллоев».

Литература
  • Mallinson John C. Magneto-resistive heads: fundamentals and applications. — Academic Press, 1996. — Vol. 1. — 133 p. — (Electromagnetism Series). — ISBN 9780124666306.
  • Ziese Michael, Thornton Martin J. Spin electronics. — Springer, 2001. — Vol. 569. — 493 p. — (Lecture notes in physics). — ISBN 9783540418047.
  • Tetsuya Ōsaka, Madhav Datta, Yosi Shacham-Diamand. Electrochemical Nanotechnologies. — Springer, 2009. — P. 479. — ISBN 9781441914231.
  • Wijn H. P. J. Magnetic properties of metals: d-elements, alloys, and compounds. — Springer, 1991. — 190 p. — (Data in science and technology). — ISBN 9783540534853.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.