Materials magnètics utilitzats en la fabricació d'aparells elèctrics
Els següents materials ferromagnètics s'utilitzen per a la producció de nuclis magnètics en aparells i instrumentació: ferro tècnicament pur, acer al carboni d'alta qualitat, ferro colat gris, acer al silici electrotècnic, aliatges de ferro-níquel, aliatges de ferro-cobalt, etc.
Vegem breument algunes de les seves propietats i possibilitats d'aplicació.
Ferro tècnicament pur
Per als circuits magnètics de relés, comptadors elèctrics, connectors electromagnètics, blindatges magnètics, etc., el ferro comercialment pur s'utilitza àmpliament. Aquest material té un contingut de carboni molt baix (menys del 0,1%) i una quantitat mínima de manganès, silici i altres impureses.
Aquests materials solen incloure: ferro armco, ferro suec pur, ferro electrolític i carbonílic, etc. La qualitat del ferro pur depèn de proporcions menors d'impureses.
Els efectes més nocius sobre les propietats magnètiques del ferro són el carboni i l'oxigen.L'obtenció de ferro químicament pur està associada a grans dificultats tecnològiques i és un procés complex i costós. La tecnologia, desenvolupada especialment en condicions de laboratori amb doble recuit a alta temperatura en hidrogen, va permetre obtenir un monocristall de ferro pur amb propietats magnètiques extremadament elevades.
S'ha trobat el braç d'acer més estès obtingut per mètode obert. Aquest material té un contingut bastant alt permeabilitat magnètica, inducció de saturació important, cost relativament baix i alhora té bones propietats mecàniques i tecnològiques.
La baixa resistència elèctrica de l'acer armco al pas dels corrents de Foucault, que augmenta la resposta i el temps d'alliberament dels relés i connectors electromagnètics, es considera un desavantatge important. Al mateix temps, quan aquest material s'utilitza per a relés de temps electromagnètics, aquesta propietat, per contra, és un factor positiu, ja que permet obtenir retards relativament grans en el funcionament del relé per mitjans extremadament senzills.
La indústria produeix tres tipus de xapa d'acer de tipus armco comercialment pura: E, EA i EAA. Es diferencien en els valors de màxima permeabilitat magnètica i força coercitiva.
Acers al carboni
Els acers al carboni es produeixen en forma de seccions rectangulars, rodones i altres, a partir de les quals també es fan peces de diferents perfils.
Ferro colat gris
Com a regla general, el ferro colat gris no s'utilitza per als sistemes magnètics a causa de les seves pobres propietats magnètiques. El seu ús per a electroimants potents es pot justificar per raons econòmiques. També s'aplica a fonaments, taulers, pals i altres parts.
El ferro colat està ben fos i és fàcil de treballar.El ferro colat mal·leable, especialment recoit, així com alguns graus de ferro colat d'aliatge gris, tenen propietats magnètiques bastant satisfactòries.
Acers electrotècnics al silici
L'acer elèctric de xapa fina s'utilitza àmpliament en enginyeria elèctrica i de maquinari i s'utilitza per a tot tipus d'instruments de mesura elèctrica, mecanismes, relés, bobines, estabilitzadors ferroressonants i altres dispositius que funcionen amb corrent altern de freqüència normal i augmentada. Depenent dels requisits tècnics de l'acer pèrdues, característiques magnètiques i la freqüència aplicada del corrent altern, es produeixen 28 tipus de làmina fina amb un gruix de 0,1 a 1 mm.
Per augmentar la resistència elèctrica dels corrents de Foucault, s'afegeix una quantitat diferent de silici a la composició de l'acer i, depenent del seu contingut, s'obtenen acers de baix aliatge, mitjà d'aliatge, d'alt aliatge i d'alt aliatge.
Amb la introducció del silici, les pèrdues en l'acer disminueixen, la permeabilitat magnètica en camps febles i mitjans augmenta i la força coercitiva disminueix. Les impureses (especialment el carboni) en aquest cas tenen un efecte més feble, l'envelliment de l'acer es redueix (les pèrdues d'acer canvien poc amb el temps).
L'ús d'acer al silici millora l'estabilitat del funcionament dels mecanismes electromagnètics, augmenta el temps de resposta d'accionament i alliberament i redueix la possibilitat d'enganxar l'armadura. Al mateix temps, amb la introducció del silici, les propietats mecàniques de l'acer es deterioren.
Amb un contingut de silici important (més del 4,5%), l'acer es torna fràgil, dur i difícil de mecanitzar. L'estampació petita produeix rebuigs significatius i un ràpid desgast de la matriu.L'augment del contingut de silici també disminueix la inducció de saturació. Els acers al silici es produeixen en dos tipus: laminats en calent i laminats en fred.
Els acers laminats en fred tenen propietats magnètiques diferents segons les direccions cristal·logràfiques. Es divideixen en texturats i de baixa textura. Els acers amb textura tenen propietats magnètiques lleugerament millors. En comparació amb l'acer laminat en calent, l'acer laminat en fred té una major permeabilitat magnètica i pèrdues baixes, però sempre que el flux magnètic coincideixi amb la direcció de laminació de l'acer. En cas contrari, les propietats magnètiques de l'acer es redueixen significativament.
L'ús d'acer laminat en fred per a electroimants de tracció i altres dispositius electromagnètics que funcionen a inductàncies relativament altes ofereix un estalvi considerable en n. pp i pèrdues en acer, que permet reduir les dimensions globals i el pes del circuit magnètic.
Segons GOST, les lletres i els números de les marques individuals d'acer signifiquen: 3 - acer elèctric, el primer nombre 1, 2, 3 i 4 després de la lletra indica el grau d'aliatge de l'acer amb silici, és a dir: (1 - baix aliatge). , 2 — aliatge mitjà, 3 — altament aliat i 4 — molt aliat.
El segon nombre 1, 2 i 3 després de la lletra indica el valor de les pèrdues d'acer per 1 kg de pes a una freqüència de 50 Hz i inducció magnètica B en camps forts, i el número 1 caracteritza les pèrdues específiques normals, el número 2 - baixes i 3 - baix.El segon nombre 4, 5, 6, 7 i 8 després de la lletra E indica: 4 — acer amb pèrdues específiques a una freqüència de 400 Hz i inducció magnètica en camps mitjans, 5 i 6 — acer amb permeabilitat magnètica en camps febles a partir de 0,002 a 0,008 a / cm (5 — amb permeabilitat magnètica normal, 6 — amb augmentat), 7 i 8 — acer amb permeabilitat magnètica en el medi (camps de 0,03 a 10 a / cm (7 — amb permeabilitat magnètica normal, 8 — amb augmentat).
El tercer dígit 0 després de la lletra E indica que l'acer està laminat en fred, el tercer i quart dígit 00 indiquen que l'acer està laminat en fred amb textura baixa.
Per exemple, l'acer E3100 és un acer de baixa textura laminat en fred d'alt aliatge amb pèrdues específiques normals a una freqüència de 50 Hz.
La lletra A situada després de tots aquests números indica pèrdues específiques especialment baixes en l'acer.
Per a transformadors de corrent i alguns tipus de dispositius de comunicació els circuits magnètics dels quals funcionen amb inductàncies molt baixes.
Aliatges ferro-níquel
Aquests aliatges, també coneguts com permaloides, s'utilitzen principalment per a la producció de dispositius de comunicació i automatització. Les propietats característiques del permalloy són: alta permeabilitat magnètica, baixa força coercitiva, baixes pèrdues en l'acer i, per a diverses marques, la presència, a més, d'una forma rectangular bucles d'histèresi.
Depenent de la proporció de ferro i níquel, així com del contingut d'altres components, els aliatges de ferro-níquel es produeixen en diversos graus i tenen diferents característiques.
Els aliatges de ferro-níquel es produeixen en forma de tires laminats en fred i sense tractament tèrmic amb un gruix de 0,02-2,5 mm en diferents amplades i longituds.També es produeixen tires, varetes i filferros laminats en calent, però no estan estandarditzats.
De tots els graus permaloides, els aliatges amb un contingut de níquel del 45-50% tenen la inducció de saturació més alta i una resistivitat elèctrica relativament alta. Per tant, aquests aliatges permeten amb petits espais d'aire obtenir la força de tracció necessària d'un electroimant o relé amb pèrdues baixes. pp sobre acer i al mateix temps proporcionen un rendiment suficient.
Per als mecanismes electromagnètics, la força de tracció residual obtinguda a causa de la força coercitiva del material magnètic és molt important. L'ús de permaloide redueix aquesta força.
Els aliatges de graus 79НМ, 80НХС i 79НМА, amb força coercitiva molt baixa, permeabilitat magnètica i resistència elèctrica molt alta, es poden utilitzar per a circuits magnètics de relés electromagnètics, polaritzats i altres molt sensibles.
L'ús d'aliatges permaloides 80HX i 79HMA per a bobines de potència petites amb un petit espai d'aire permet obtenir inductàncies molt grans amb circuits magnètics de petit volum i pes.
Per a electroimants, relés i altres dispositius electromagnètics més potents que funcionen a un N. c relativament alt, el permaloide no té avantatges particulars sobre els acers al carboni i al silici, ja que la inducció de saturació és molt menor i el cost del material és més elevat.
Aliatges de ferro-cobalt
Un aliatge format per un 50% de cobalt, un 48,2% de ferro i un 1,8% de vanadi (conegut com permendur) ha rebut aplicació industrial. Amb un n relativament petit. c) dóna la inducció més alta de tots els materials magnètics coneguts.
En camps febles (fins a 1 A/cm) la inducció de permendur és inferior a la inducció d'acers elèctrics laminats en calent E41, E48 i especialment acers elèctrics laminats en fred, ferro electrolític i permaloide. La histèresi i els corrents de Foucault del permendure són relativament grans i la resistència elèctrica és relativament petita. Per tant, aquest aliatge és d'interès per a la producció d'equips elèctrics que funcionen amb alta inducció magnètica (electroimants, altaveus dinàmics, membranes telefòniques, etc.).
Per exemple, per a electroimants de tracció i relés electromagnètics, utilitzar-lo amb petits espais d'aire dóna un cert efecte. Una força de tracció determinada es pot aconseguir amb un circuit magnètic més petit.
Aquest material es produeix en forma de làmines laminats en fred amb un gruix de 0,2 a 2 mm i varetes amb un diàmetre de 8 a 30 mm. Un desavantatge important dels aliatges ferro-cobalt és el seu alt cost, a causa de la complexitat del procés tecnològic i el cost important del cobalt. A més dels materials enumerats, s'utilitzen altres materials en dispositius elèctrics, per exemple aliatges de ferro-níquel-cobalt, que tenen una permeabilitat magnètica constant i pèrdues d'histèresi molt baixes en camps febles.