Пермаллой
| 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 | |
Пермалло́й — прецизионный сплав с магнитно-мягкими свойствами, состоящий из железа и никеля (45—82 % Ni)[4]. Может быть дополнительно легирован несколькими другими химическими элементами.
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
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].
Марки и состав
| 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]:
| Fe | C | Si | Mn | Ni | S | P | Mo | Ti | Al | Cu |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 13,73 — 16,8 | до 0,03 | 0,3 — 0,5 | 0,6 — 1,1 | 78,5 — 80 | до 0,02 | до 0,02 | 3,8 — 4,1 | до 0,15 | до 0,15 | до 0,2 |
Применение
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 не значительных деформаций. Поэтому во всех[11] случаях применения пермаллоя, обязательным является термическая обработка (отжиг) детали после её формования[11].
См. также
Примечания
- ↑ ГОСТ 10160-75 «Сплавы прецизионные магнитно-мягкие. Технические условия»
- ↑ 1 2 3 4 5 Ziese, Thornton, 2001, p. 285.
- ↑ 1 2 Mallinson, 1996, p. 33.
- ↑ Пермаллой — статья из Большой советской энциклопедии.
- ↑ Mallinson, 1996, p. 36.
- ↑ Ōsaka, Datta, Shacham-Diamand, 2009, p. 78.
- ↑ 1 2 3 Mallinson, 1996, pp. 33—35.
- ↑ Ziese, Thornton, 2001, p. 286.
- ↑ 1 2 ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки»
- ↑ http://terraelectronica.ru/pdf/HONEY/HMC1002.pdf HMC1002
- ↑ 1 2 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.