Syy
Aineen magnetismi liittyy sen sisäiseen elektronirakenteeseen. Diamagneettisten metallien atomeissa olevat elektronit ovat kaikki pareittain. Positiivisissa ja anti-spinissä olevien elektronien määrä on yhtä suuri. Elektronien spinien tuottamat magneettiset momentit kumoavat toisensa. Siksi atomien magneettiset momentit ovat nolla, joten ulkoinen magneettikenttä ei houkuttele niitä. Paramagneettisissa metalliatomeissa positiivisten ja negatiivisten spinien elektronien lukumäärä ei ole sama, eikä atomin magneettinen momentti ole nolla. Epäsäännöllisen lämpöliikkeen vuoksi atomien magneettisten momenttien suunnat ovat erilaiset. Kun se asetetaan magneettikenttään, atomin magneettinen momentti on suunnattu magneettikentän suuntaan ja hieman taipunut osoittaen heikkoa magnetoitumista. Kun ulkoinen magneettikenttä on poistettu, atomin magneettinen momentti jakautuu kaoottisesti ja magnetointi katoaa.
Ferromagnetismin alkuperä on samanlainen kuin paramagnetismin. Se tulee atomien parittomista elektroneista. Ferromagneettisissa materiaaleissa on kuitenkin monia pieniä paikallisia alueita, joita kutsutaan "magneettisiksi alueiksi". Näillä pienillä alueilla vierekkäisten atomien magneettiset momentit ovat kohdakkain ja niillä on taipumus olla kohdakkain toistensa kanssa. Magneettialueiden välinen spontaani magnetointi Suunta on epäsäännöllinen, joten koko materiaalin makroskooppinen magneettinen momentti on nolla, eikä se osoita magnetismia ulospäin. Kun magneettikentässä on, kunkin magneettialueen magneettiset momentit asettuvat tietyssä määrin magneettikentän suuntaan. Tällä tavalla yksi magneettikenttä, joka kohdistuu järjestyksessä magneettikenttää pitkin, vastaa useiden atomien magneettisten momenttien kohdistusta. Siksi ferromagneettisten materiaalien ja magneettikentän välinen vuorovaikutus on paljon suurempi kuin paramagneettisten materiaalien vuorovaikutus. Ulkoista magneettikenttää lukuun ottamatta magneettialueet yrittävät silti säilyttää alkuperäisen magneettikentän olemassaolossa muodostuneen orientaation mahdollisimman paljon. Tällä hetkellä magneettisten domeenien osat on järjestetty järjestykseen siten, että materiaali säilyttää jäännösmagnetismin, joten materiaali on "pysyvästi" magnetoitunut. . Ferromagneettinen materiaali voidaan magnetoida pysyvästi hankaamalla kestoraudan palaa. Pysyvien magneettisten materiaalien magnetismi voi tuhoutua myös kuumentamalla tai voimakkaalla iskulla, joka aiheuttaa magneettisten domeenien suunnan epäjärjestystä.
Tekniset parametrit
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.).
Magneettinen luokitus
Käsittely- ja muovausprosessin mukaan magneettiset seokset voidaan jakaa kylmä- ja kuumatyöstettyihin tyyppeihin (useimmat magneettiset seokset kuuluvat tähän luokkaan), valutyyppiin (kuten Al-Ni-Co-kestomagneettiseokset) ) Ja jauhemetallurgiaan (kuten harvinaisten maametallien kestomagneettiseokset) magneettiset seokset. Atomikonfiguraation mukaan se voidaan jakaa kiteiseen tyyppiin (perinteiset magneettiset seokset kuuluvat tähän luokkaan), amorfiseen tyyppiseen magneettiseen seokseen ja nanokiteiseen tyyppiseen magneettiseen seokseen. Magneettiset seokset voidaan perinteisesti jakaa pehmeisiin magneettiseoksiin, kestomagneettisiin seoksiin ja puolikoviin magneettiseoksiin sekä magnetostriktiivisiin seoksiin ja magneettisiin tallennusmateriaaleihin niiden magneettisten ominaisuuksien mukaan.
(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) Puolikova magneettiseos. Mukaan lukien hystereesiseokset, reed-kytkinseokset, releytimet ja muistikomponenttimateriaalit. Tämän tyyppisen metalliseoksen koersitiivisuus ei ole korkea, mikä on pehmeiden magneettiseosten ja kestomagneettiseosten välillä. Ne toimivat sillä ehdolla, että magnetismi muuttuu ulkoisen magneettikentän mukana ja lejeeringillä vaaditaan korkea Br ja suurin mahdollinen hystereesisilmukan pinta-ala tietyssä magneettikentässä, eli suuri hystereesihäviö. Tämän tyyppistä metalliseosta käytetään pääasiassa hystereesimoottoriroottoreiden, releytimien, reed-kytkinkomponenttien ja muistikomponenttien valmistukseen.
(4) Magnetostriktiivinen metalliseos. Magneettiset seokset, joilla on suuret magnetostriktiokertoimet, sisältävät puhdasta nikkeliä, rauta-kobolttiseoksia, rauta-alumiiniseoksia ja harvinaisten maametallien ja rautaseoksia. Tämän tyyppisen metalliseoksen koersitiivisuus ei ole korkea, mutta sillä on korkea magnetostriktioarvo. Sitä käytetään pääasiassa ultraäänilähetyksiin ja -vastaanottoihin, kaikujärjestelmiin, sähkömekaanisiin suodattimiin, tarkkuusohjausjärjestelmiin, erilaisiin venttiileihin, ohjaimiin jne.
(5) Magneettiset tallennusmateriaalit. Materiaalit, joita käytetään tietokoneissa tietojen tallentamiseen, tallentamiseen ja toistoon, mukaan lukien magneettipään seokset ja magneettiset tallennusvälineet. Magneettipäissä käytettäviä magneettiseoksia ovat rauta-nikkelipohjainen permalloy, rauta-alumiiniseos, jauheseos ja kobolttipohjainen amorfinen seos. Magneettisena tallennusvälineenä käytetään raudan, koboltin ja nikkelin metalliseosjauhepinnoitteita ja magneettiseoskalvoja, kuten koboltti-nikkeli, koboltti-kromi jne., jotka on valmistettu galvanoimalla, kemiallisilla tai haihdutusmenetelmillä.
Käytännön sovellus
Pääelementit, jotka muodostavat kestomagneettimateriaaleja metalleissa, ovat Fe, Co, Ni ja jotkin harvinaiset maametallit. Käytettyinä kestomagneettiseoksina ovat harvinaiset maametalli-koboltti, rauta-kromi-koboltti ja mangaani-alumiini-hiili-seokset. Niiden joukossa harvinaisten maametallien sarja on kokenut kolme sukupolvea. Ensimmäisen sukupolven kestomagneettimateriaalia edustaa RECo5 (RE tarkoittaa harvinaista maametallia), ja SmCo5:llä on paras suorituskyky; myöhemmin ilmestyy toisen sukupolven kestomagneettimateriaali Sm2Co17, joka vähentää harvinaisten maametallien määrää; 1980-luvulla menestyksekkäästi kehitetty Nd-Fe-B-neodyymi Rauta-boori on kolmannen sukupolven pääkomponentti, jonka pääkomponentti on rauta (noin 2/3), hinta laskee huomattavasti ja suorituskyky on parempi. Kotimaassani tuotetun NdFeB-lejeeringin magneettiset ominaisuudet ovat johtavassa asemassa maailmassa. Magneettisia seoksia käytetään yhä laajemmin uusissa teknologioissa, kuten sähkövoimassa, elektroniikassa, tietokoneissa, automaattisessa ohjauksessa ja sähköoptiikassa.