Causa
Il magnetismo di una sostanza è legato alla sua struttura elettronica interna. Gli elettroni negli atomi dei metalli diamagnetici sono tutti accoppiati. Il numero di elettroni negli spin positivi e anti-spin è uguale. I momenti magnetici prodotti dagli spin degli elettroni si annullano a vicenda. Pertanto, i momenti magnetici atomici sono nulli, quindi non sono attratti dal campo magnetico esterno. Negli atomi di metallo paramagnetico, il numero di elettroni con spin positivo e negativo non è uguale e il momento magnetico dell'atomo non è zero. A causa del moto termico irregolare, le direzioni dei momenti magnetici atomici sono diverse. Quando posto in un campo magnetico, il momento magnetico atomico è orientato lungo la direzione del campo magnetico e leggermente deviato, mostrando una debole magnetizzazione. Dopo che il campo magnetico esterno viene rimosso, il momento magnetico atomico viene distribuito in modo caotico e la magnetizzazione scompare.
L'origine del ferromagnetismo è simile a quella del paramagnetismo. Proviene da elettroni spaiati negli atomi. Tuttavia, ci sono molte piccole aree locali chiamate "domini magnetici" nei materiali ferromagnetici. In queste piccole aree, i momenti magnetici degli atomi adiacenti sono allineati e tendono ad essere allineati tra loro. La magnetizzazione spontanea tra i domini magnetici La direzione è disordinata, quindi il momento magnetico macroscopico di tutto il materiale è nullo, e non mostra magnetismo verso l'esterno. Quando ci si trova in un campo magnetico, i momenti magnetici di ciascun dominio magnetico saranno allineati lungo la direzione del campo magnetico in una certa misura. In questo modo, un dominio magnetico che si allinea in sequenza lungo il campo magnetico equivale all'allineamento di molti momenti magnetici atomici. Pertanto, l'interazione tra materiali ferromagnetici e campo magnetico è molto maggiore di quella dei materiali paramagnetici. Fatta eccezione per il campo magnetico esterno, i domini magnetici cercano ancora di mantenere il più possibile l'orientamento formato quando esiste il campo magnetico originale. In questo momento, le parti dei domini magnetici sono disposte in ordine, in modo che il materiale mantenga il magnetismo residuo, quindi il materiale è magnetizzato "permanentemente". . Il materiale ferromagnetico può essere permanentemente magnetizzato sfregando un pezzo di ferro permanente. Il magnetismo dei materiali magnetici permanenti può anche essere distrutto dal riscaldamento o da un impatto violento che provoca il disordine nella direzione dei domini magnetici.
parametri tecnici
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.).
Classificazione magnetica
Secondo il processo di lavorazione e formatura, le leghe magnetiche possono essere suddivise in tipi lavorati a freddo e lavorati a caldo (la maggior parte delle leghe magnetiche appartiene a questa categoria), tipo di fusione (come le leghe a magneti permanenti Al-Ni-Co) e metallurgia delle polveri (come le leghe a magneti permanenti di terre rare) leghe magnetiche. Secondo la configurazione atomica, può essere suddivisa in tipo cristallino (le leghe magnetiche tradizionali appartengono a questa categoria), lega magnetica di tipo amorfo e lega magnetica di tipo nanocristallino. Tradizionalmente, le leghe magnetiche possono essere suddivise in leghe magnetiche dolci, leghe magnetiche permanenti e leghe magnetiche semidure, nonché leghe magnetostrittive e materiali di registrazione magnetica, in base alle loro proprietà magnetiche.
(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) Lega magnetica semidura. Comprese leghe di isteresi, leghe per interruttori reed, nuclei di relè e materiali per componenti di memoria. La coercitività di questo tipo di lega non è elevata, che si colloca tra le leghe magnetiche dolci e le leghe magnetiche permanenti. Funzionano a condizione che il magnetismo cambi con il campo magnetico esterno e la lega deve avere un alto Br e la più grande area possibile del circuito di isteresi sotto un certo campo magnetico, cioè una grande perdita di isteresi. Questo tipo di lega viene utilizzato principalmente per realizzare rotori di motori a isteresi, nuclei di relè, componenti di interruttori reed e componenti di memoria.
(4) Lega magnetostrittiva. Le leghe magnetiche con grandi coefficienti di magnetostrizione includono nichel puro, leghe ferro-cobalto, leghe ferro-alluminio e leghe ferro-terre rare. La coercitività di questo tipo di lega non è elevata, ma ha un elevato valore di magnetostrizione di saturazione. Viene utilizzato principalmente per la trasmissione e la ricezione di ultrasuoni, sistemi sonar, filtri elettromeccanici, sistemi di controllo di precisione, varie valvole, driver, ecc.
(5) Materiali di registrazione magnetica. Materiali utilizzati nei computer per la registrazione, l'archiviazione e la riproduzione di informazioni, comprese leghe per testine magnetiche e materiali per supporti di registrazione magnetici. Le leghe magnetiche utilizzate per le testine magnetiche includono permalloy a base di ferro-nichel, lega ferro-alluminio, lega sendust e lega amorfa a base di cobalto. Come supporto di registrazione magnetico vengono utilizzati rivestimenti in polvere di lega di ferro, cobalto e nichel e pellicole di leghe magnetiche come cobalto-nichel, cobalto-cromo, ecc., realizzati mediante galvanica, metodi chimici o di evaporazione.
Applicazione pratica
Gli elementi principali che compongono i materiali dei magneti permanenti nei metalli sono Fe, Co, Ni e alcuni elementi delle terre rare. Le leghe per magneti permanenti utilizzate includono leghe di terre rare-cobalto, ferro-cromo-cobalto e manganese-alluminio-carbonio. Tra questi, la serie delle terre rare ha vissuto tre generazioni. Il materiale a magneti permanenti di prima generazione è rappresentato da RECo5 (RE sta per elemento di terre rare) e SmCo5 ha le migliori prestazioni; successivamente apparirà il materiale a magneti permanenti di seconda generazione Sm2Co17, che riduce la quantità di terre rare; Il neodimio Nd-Fe-B, sviluppato con successo negli anni '80, il ferro-boro è la terza generazione, il cui componente principale è il ferro (circa 2/3), il costo è notevolmente ridotto e le prestazioni sono migliori. Le proprietà magnetiche della lega NdFeB prodotta nel mio paese sono in una posizione di leadership nel mondo. Le leghe magnetiche sono sempre più ampiamente utilizzate nelle tecnologie emergenti come l'energia elettrica, l'elettronica, i computer, il controllo automatico e l'elettro-ottica.