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 81Н[3] Коэффициент линейного расширения:  ((−40)÷15)·10−6 (λ100) ((−15)÷30)·10−6 (λ111)[2] Намагниченность насыщения:  до 2 Тл

Пермалло́й — прецизионный сплав с магнитно-мягкими свойствами, состоящий из железа и никеля (45–82 % Ni).^[4] Может быть дополнительно легирован несколькими другими компонентами. 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

$\delta=\sqrt{{2\rho }\over{\omega\mu}}$

Толщина скин-слоя различных сплавов от частоты электромагнитного поля.

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 кубической решёткой и 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 так же 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]

Зависимость точки Кюри и намагниченности насыщения от доли никеля в пермаллое

Марки

Состав прецизионных магнитно-мягких сплавов определяется ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки.», технические условия определяются ГОСТ 10160-75. 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.

Сплавы, обладающие высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой в слабых полях:^[9]

64Н (65Н)	81НМА	68НМ, 68НМП
76НХД, 76НХДП	40НКМ, 40НКМП	79НМ, 79НМП
45Н	79Н3М	47НК
80НХС	50Н, 50НП	50НХС

Маркировка	Элемент
Г	марганец	Mn
С	кремний	Si
Х	хром	Cr
Н	никель	Ni
Д	медь	Cu
А	азот	N
Ф	ванадий	V
Б	ниобий	Nb
В	вольфрам	W
Е	селен	Se
К	кобальт	Co
Л	бериллий	Be
М	молибден	Mo
Р	бор	B
Т	титан	Ti
Ю	алюминий	Al
Ц	цирконий	Zr
П	фосфор	P
Ч	редкоземельные металлы

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

Схема экранирования кабеля пермаллоем

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, 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.

Примечания

1. ↑ ГОСТ 10160-75 [1]
2. ↑ ^{1 2 3 4 5} Ziese, Thornton, 2001, p. 285
3. ↑ ^{1 2} Mallinson, 1996, pp. 33
4. ↑ Пермаллой — статья из Большой советской энциклопедии
5. ↑ Mallinson, 1996, p. 36
6. ↑ Ōsaka, Datta, Shacham-Diamand, 2009, p. 78
7. ↑ ^{1 2 3} Mallinson, 1996, pp. 33—35
8. ↑ Ziese, Thornton, 2001, p. 286
9. ↑ ^{1 2} ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки.»
10. ↑ http://terraelectronica.ru/pdf/HONEY/HMC1002.pdf

Литература

• John C. Mallinson Magneto-resistive heads: fundamentals and applications. — Academic Press, 1996. — Vol. 1. — 133 p. — (Electromagnetism Series). — ISBN 9780124666306
• Michael Ziese, Martin J. Thornton 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
• H. P. J. Wijn Magnetic properties of metals: d-elements, alloys, and compounds. — Springer, 1991. — 190 p. — (Data in science and technology). — ISBN 9783540534853

Ссылки

См. также

• Супермаллой
• Пермендюр
• Мю-металл
• Инвар