Způsobit
Magnetismus látky souvisí s její vnitřní elektronovou strukturou. Elektrony v atomech diamagnetických kovů jsou všechny spárované. Počet elektronů v pozitivním a anti-spinu je stejný. Magnetické momenty produkované spiny elektronů se navzájem ruší. Proto jsou atomové magnetické momenty nulové, takže je vnější magnetické pole nepřitahuje. V atomech paramagnetických kovů není počet elektronů s kladnými a zápornými spiny stejný a magnetický moment atomu není nulový. Kvůli nepravidelnému tepelnému pohybu jsou směry atomových magnetických momentů různé. Když je atomový magnetický moment umístěn v magnetickém poli, je orientován ve směru magnetického pole a mírně vychýlen, což ukazuje na slabou magnetizaci. Po odstranění vnějšího magnetického pole se atomový magnetický moment chaoticky rozloží a magnetizace zmizí.
Původ feromagnetismu je podobný jako u paramagnetismu. Pochází z nepárových elektronů v atomech. Ve feromagnetických materiálech však existuje mnoho malých místních oblastí nazývaných „magnetické domény“. V těchto malých oblastech jsou magnetické momenty sousedních atomů zarovnány a mají tendenci být vzájemně zarovnány. Spontánní magnetizace mezi magnetickými doménami Směr je neuspořádaný, takže makroskopický magnetický moment celého materiálu je nulový a navenek nevykazuje magnetismus. V magnetickém poli budou magnetické momenty každé magnetické domény do určité míry vyrovnány podél směru magnetického pole. Tímto způsobem je jedna magnetická doména zarovnaná v sekvenci podél magnetického pole ekvivalentní zarovnání mnoha atomových magnetických momentů. Proto je interakce mezi feromagnetickými materiály a magnetickým polem mnohem větší než u paramagnetických materiálů. Kromě vnějšího magnetického pole se magnetické domény stále snaží co nejvíce udržet orientaci vytvořenou, když původní magnetické pole existuje. V této době jsou části magnetických domén uspořádány v pořadí, takže materiál si zachovává zbytkový magnetismus, takže materiál je "trvale" zmagnetizován. . Feromagnetický materiál lze trvale zmagnetizovat třením kusu permanentního železa. Magnetismus permanentních magnetických materiálů může být také zničen zahřátím nebo prudkým nárazem, který způsobí neuspořádanost směru magnetických domén.
technické parametry
Magnetic alloys are widely used in industries such as electric power, telecommunications, machinery and electronics, instrumentation and computing technology, and are indispensable materials in various sectors of the national economy. Magnetic parameters and technical Magnetic properties are technical parameters that measure the performance of magnetic alloys, such as saturation magnetization Ms (saturation magnetic induction intensity Bs), residual magnetization Mr (residual magnetic induction intensity Br< /sub>), coercivity, various permeability, squareness ratio, hysteresis loss, etc. are all reflected in the magnetization curve and hysteresis loop of the alloy (see Figure 1). Different magnetic alloys have different magnetization curves and hysteresis loops, which are suitable for the design and application of different devices. These are the technical magnetism of magnetic alloys. It is closely related to the influence of external conditions and the change of magnetic state, involving the formation and structure of magnetic domains inside the alloy, as well as the movement and changes of magnetic domains under various conditions (such as external magnetic field, stress, temperature, etc.).
Magnetická klasifikace
Podle procesu zpracování a tváření lze magnetické slitiny rozdělit na typy opracované za studena a za tepla (do této kategorie patří většina magnetických slitin), odlitky (jako jsou slitiny s permanentními magnety Al-Ni-Co) a prášková metalurgie (jako jsou slitiny permanentních magnetů vzácných zemin) magnetické slitiny. Podle atomové konfigurace ji lze rozdělit na krystalický typ (do této kategorie patří tradiční magnetické slitiny), magnetickou slitinu amorfního typu a magnetickou slitinu nanokrystalického typu. Tradičně lze magnetické slitiny podle jejich magnetických vlastností rozdělit na měkké magnetické slitiny, permanentně magnetické slitiny a polotvrdé magnetické slitiny, stejně jako magnetostrikční slitiny a magnetické záznamové materiály.
(1) Soft magnetic alloy. The magnetic alloy with coercivity Hc<1kA/m is characterized by low coercivity, high permeability and low core loss. It is very easy to magnetize under the action of an external magnetic field; when the external magnetic field is removed After that, the magnetism disappears. Such alloys are widely used in various transformers, motors, relays, electromagnets, magnetic recording, magnetic shielding and communication engineering, telemetry and remote sensing systems, and as magnetic components in instruments and meters. Due to the different requirements for magnetic alloys in applications, a variety of alloys have been developed. According to the chemical composition, it can be divided into industrial pure iron, silicon steel, iron-nickel alloy, iron-cobalt alloy, iron-aluminum and iron-silicon-aluminum alloy. According to the characteristics of use, it can be divided into high initial permeability alloys, high magnetic induction alloys, high permeability alloys, high squareness ratio alloys, constant permeability alloys, corrosion resistant soft magnetic alloys and temperature compensation alloys. In addition, according to the crystalline state, it can be divided into crystalline and amorphous soft magnetic alloys. Due to the variety of properties of soft magnetic alloys, the variety of factors affecting its properties is determined. The main influencing factors are: chemical composition, impurities, stress and its distribution, structure, crystal orientation, orderly transformation, magnetic annealing, etc. For example, the alloy's saturation magnetization, Curie temperature, magnetostriction coefficient, resistivity and corrosion resistance are closely related to the chemical composition. The impurities in the alloy, especially the elements that form interstitial solid solutions such as carbon, nitrogen, oxygen and hydrogen, have significant damage to the soft magnetic properties, because when interstitial atoms are formed, the microscopic stress distribution caused by lattice distortion directly pin the domain wall Displacement, which significantly deteriorates the coercivity and permeability, should be removed as much as possible. But under certain conditions, certain impurities will also play a beneficial role. For example, a small amount of interstitial impurity elements can improve the resistivity and mechanical properties of the alloy. Another example is the fine AlN, MnS and trace amounts of oxygen, which are beneficial to the development of the secondary recrystallization of silicon steel and the control of the crystallization of iron-nickel alloys.
(2) Permanent magnet alloys. Magnetic alloys with coercivity Hc>20kA/m include Al-Ni-Co alloys, Fe-Cr-Co alloys, deformable permanent magnet alloys, platinum-cobalt alloys and rare earth permanent magnet alloys. The characteristics of this type of alloy are high coercive force, high saturation magnetic induction and remanence induction, and the hysteresis loop is wide and approximately square to ensure a high maximum magnetic energy product (BH) max. After magnetization, the magnetization state of this kind of alloy remains basically unchanged when the magnetization field is removed, that is, it is not easy to demagnetize and has a certain degree of magnetic "hardness", so it is also called hard magnetic alloy. This type of alloy is widely used in electromagnetic instruments, oscilloscopes, speakers, traveling wave tubes, gyroscopes, relays, circuit breakers, magnetic separators, magnetic bearings, magnetic couplers, nuclear magnetic resonance imaging, audio-visual and communication equipment, and magnetized energy-saving equipment Etc.
(3) Polotvrdá magnetická slitina. Včetně slitin hystereze, slitin jazýčkových spínačů, jader relé a materiálů součástí paměti. Koercivita tohoto typu slitiny není vysoká, což je mezi měkkými magnetickými slitinami a permanentně magnetickými slitinami. Pracují za podmínky, že se magnetismus mění s vnějším magnetickým polem a slitina musí mít vysoký Br a co největší plochu hysterezní smyčky pod určitým magnetickým polem, tedy velkou hysterezní ztrátu. Tento typ slitiny se používá hlavně k výrobě rotorů motorů s hysterezí, jader relé, součástek jazýčkových spínačů a součástek paměti.
(4) Magnetostrikční slitina. Magnetické slitiny s velkými magnetostrikčními koeficienty zahrnují čistý nikl, slitiny železa a kobaltu, slitiny železa a hliníku a slitiny vzácných zemin a železa. Koercivita tohoto typu slitiny není vysoká, ale má vysokou hodnotu saturační magnetostrikce. Používá se především pro přenos a příjem ultrazvuku, sonarové systémy, elektromechanické filtry, přesné řídicí systémy, různé ventily, ovladače atd.
(5) Magnetické záznamové materiály. Materiály používané v počítačích pro záznam, ukládání a reprodukci informací, včetně slitin magnetických hlav a materiálů magnetických záznamových médií. Magnetické slitiny používané pro magnetické hlavy zahrnují permalloy na bázi železa a niklu, slitinu železa a hliníku, slitinu sendust a amorfní slitinu na bázi kobaltu. Jako magnetické záznamové médium se používají slitinové práškové povlaky železa, kobaltu a niklu a filmy z magnetických slitin, jako je kobalt-nikl, kobalt-chrom atd., vyrobené galvanickým pokovováním, chemickými nebo odpařovacími metodami.
Praktická aplikace
Hlavními prvky, které tvoří materiály s permanentními magnety v kovech, jsou Fe, Co, Ni a některé prvky vzácných zemin. Použité slitiny permanentních magnetů zahrnují slitiny vzácných zemin-kobalt, železo-chrom-kobalt a mangan-hliník-uhlík. Mezi nimi série vzácných zemin zažila tři generace. Materiál s permanentními magnety první generace představuje RECo5 (RE znamená prvek vzácných zemin) a SmCo5 má nejlepší výkon; později se objeví materiál permanentního magnetu druhé generace Sm2Co17, který snižuje množství vzácných zemin; Nd-Fe-B neodym, který byl úspěšně vyvinut v 80. letech 20. století Železo-bor je třetí generace, jejíž hlavní složkou je železo (asi 2/3), cena je výrazně nižší a výkon je lepší. Magnetické vlastnosti slitiny NdFeB vyrobené v mé zemi jsou na předním místě ve světě. Magnetické slitiny se stále častěji používají ve vznikajících technologiích, jako je elektrická energie, elektronika, počítače, automatické řízení a elektrooptika.