Vật liệu tổng hợp từ mềm
Độ dày của vật liệu từ mềm đóng vai trò quan trọng trong việc giảm tổn thất dòng điện xoáy, do đó hợp kim từ mềm nên được chế tạo ở dạng cán mỏng để sử dụng động. Nếu chúng ta chia nhỏ hai chiều còn lại của dải từ mềm, tức là chúng ta sử dụng hợp kim từ mềm ở dạng bột, thì tổn thất do dòng điện xoáy có thể giảm hơn nữa và các thành phần được tạo ra từ đó có thể được sử dụng ở mức cao hơn nhiều. tần số. Để thực hiện việc sử dụng như vậy, bột hợp kim trước tiên phải được chuẩn bị (trong hầu hết các trường hợp bằng phương pháp nguyên tử hóa), sau đó các hạt phải được phủ một lớp cách nhiệt, sau đó, bột được trộn với một lượng nhỏ chất bôi trơn và được nén ở tốc độ cao. áp suất 600-800 MPa đến hình dạng cuối cùng. Các sản phẩm từ tính mềm được tạo ra bằng các quy trình như vậy được gọi là Vật liệu tổng hợp từ tính mềm (SMC) hoặc lõi bột. Một ưu điểm khác của SMC là chúng có thể được chế tạo thành nhiều lõi có hình dạng đặc biệt khác nhau mà các phương pháp xếp chồng cán màng truyền thống khó có thể tạo ra, điều này mang lại lợi ích cho thiết kế mới của các thiết bị điện từ. Hạn chế chính của SMC là độ thấm của chúng tương đối thấp. Ngày nay, các SMC phổ biến nhất được chế tạo bằng bột Fe, Fe-Si, Fe-Si-Al, Fe-Ni, hợp kim vô định hình và tinh thể nano, v.v.
Ferrite mềm
Tất cả các vật liệu từ mềm nêu trên đều là kim loại nên không thể tránh khỏi hiệu ứng dòng điện xoáy. Ferit mềm đặc biệt ở chỗ chúng là các hợp chất ion và có điện trở suất cao hơn vài bậc so với vật liệu từ mềm kim loại. Do đó, đối với các ứng dụng có tần số lên tới 1 MHz, ferrite mềm là lựa chọn tốt nhất về tổn thất năng lượng. Hạn chế chính của ferrite mềm là BS tương đối thấp. Hai loại ferrit mềm phổ biến nhất là ferrit Mn-Zn ((Mn, Zn)Fe2O4) và ferrit Ni-Zn ((Ni, Zn)Fe2O4). Ferit Mn-Zn thường được sử dụng ở tần số dưới 1 MHz, trong khi ferrite Ni-Zn có thể được sử dụng ở tần số cao hơn nhiều, nhưng BS và độ thấm của tần số sau thấp hơn.
Sắt và thép cacbon thấp
Sắt và thép cacbon thấp có thể là vật liệu từ mềm phổ biến nhất và rẻ nhất. Chúng có giá trị BS khá cao ~2,15 T, chỉ thua kém các hợp kim Fe-Co đắt tiền. Nhưng điện trở suất của chúng khá thấp nên hạn chế việc sử dụng chúng trong các ứng dụng động. Sắt và thép cacbon thấp thường được sử dụng cho các ứng dụng tĩnh/tần số thấp, chẳng hạn như lõi của nam châm điện, rơle và một số động cơ công suất thấp mà chi phí vật liệu là mối quan tâm chính.
Hợp kim sắt-silic
Việc bổ sung một ít silicon vào sắt sẽ làm tăng đáng kể điện trở suất của nó, do đó, rất có lợi cho việc ức chế sự mất mát dòng điện xoáy. Mặc dù độ từ hóa bão hòa và nhiệt độ Curie giảm nhẹ, hợp kim Fe-Si vẫn được sử dụng rộng rãi trong các máy điện hoạt động ở tần số từ 50 Hz đến vài trăm Hz. Để giảm hơn nữa tổn thất dòng điện xoáy, hợp kim Fe-Si thường được cuộn thành dạng dải mỏng. Độ dày của hợp kim Fe-Si phổ biến nhất bằng hoặc nhỏ hơn 0,35mm. Tùy thuộc vào điều kiện cán và xử lý nhiệt, hợp kim Fe-Si có thể được phân loại thành dạng hạt (GO) và dạng không định hướng (NO). GO Fe-Si được sử dụng cho máy biến áp, trong khi NO Fe-Si được sử dụng cho động cơ điện.
Hợp kim sắt-niken
Niken có thể được thêm vào sắt để tạo thành dung dịch rắn đồng nhất có thành phần rộng khoảng 35 wt. % đến 80 trọng lượng. % Ni. Các hợp kim có thành phần gần Fe20Ni80 được đặt tên là Permalloy (ngày nay người ta hay gọi tất cả các hợp kim sắt-niken có hàm lượng niken cao hơn 35% trọng lượng là Permalloy). Hàm lượng nhỏ các nguyên tố khác như Mo, Cu và Cr thường được thêm vào để cải thiện tính chất từ của Permalloy. Được xử lý bằng cách điều chỉnh thành phần tinh vi và xử lý nhiệt, Permalloy có thể là một trong những vật liệu từ tính mềm nhất trên thế giới, độ thấm của nó có thể cao tới 1 200 000. Một trong những hạn chế của Permalloys là độ từ hóa bão hòa của chúng chỉ khoảng 0,8 T, thấp hơn nhiều so với sắt và hợp kim Fe-Si. Khi hàm lượng niken giảm, BS sẽ tăng trước hết, đạt cực đại 1,6T ở hàm lượng niken khoảng 48 wt. % tuy nhiên độ thấm sẽ không tốt bằng hợp kim có hàm lượng niken cao. Hợp kim sắt-niken là hợp kim từ tính linh hoạt nhất, tính chất từ của nó có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh thành phần, ủ từ và cán cơ học, v.v. Hợp kim sắt-niken cũng có khả năng định dạng rất tốt, có thể cán xuống độ mỏng tới 20 micron. Do đó, hợp kim niken-sắt có thể được tìm thấy trong các ứng dụng rộng rãi như che chắn từ trường, ngắt sự cố nối đất, cảm biến từ, đầu ghi cho băng từ, điện tử công suất, v.v.
Hợp kim sắt-coban
Thêm coban vào sắt sẽ làm tăng cả nhiệt độ Curie và BS. Đối với hàm lượng coban trong khoảng 33 wt. % đến 50 trọng lượng. %, BS có thể cao tới 2,4T. Mặc dù không mềm như hợp kim sắt-niken nhưng hợp kim sắt-coban có giá trị BS cao nhất trong số tất cả các hợp kim từ tính khác. Để tăng khả năng định hình, 2 wt. % vanadi được thêm vào hợp kim Fe50Co50 để có thể cán mỏng tới 50 micron. Việc bổ sung vanadi cũng có thể làm tăng điện trở suất của hợp kim sắt-coban. Do BS cao nhất, hợp kim sắt-coban không thể thiếu cho các ứng dụng đòi hỏi tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao, chẳng hạn như động cơ và máy biến áp được sử dụng trong các thiết bị trên không gian.
Hợp kim vô định hình và tinh thể nano
Hợp kim vô định hình, còn thường được gọi là thủy tinh kim loại, có thể được tạo ra bằng cách đông đặc nhanh chóng. Không có trật tự tầm xa cho các nguyên tử trong hợp kim vô định hình, do đó, điện trở suất thường cao và không có tính dị hướng tinh thể từ tính. Hơn nữa, có thể dễ dàng tạo ra các dải băng vô định hình mỏng khoảng 20 đến 30 micron bằng cách đúc dòng chảy phẳng. Tất cả những đặc điểm này đảm bảo hợp kim vô định hình là ứng cử viên xuất sắc cho nam châm mềm. Theo các chế phẩm, hầu hết các nam châm mềm vô định hình có bán trên thị trường có thể được phân loại là dựa trên Fe-base, Co-base và (Fe, Ni). Ba loại này có tổng hàm lượng Fe, Co, Ni khoảng 75-90 wt.%, còn lại là các nguyên tố tạo thành kim loại và thủy tinh như Si, B, P, C và Zr, Nb, Mo , v.v. Trong số các loại này, loại gốc Fe có BS cao nhất khoảng 1,6 T và giá thành thấp nhất. Tổn thất sắt của hợp kim vô định hình gốc Fe chỉ bằng 1/3 so với thép Fe-Si. Nếu thép Fe-Si trong máy biến áp điện có thể được thay thế bằng hợp kim vô định hình gốc Fe thì có thể tiết kiệm được một lượng điện năng rất lớn nhưng chi phí vật liệu cho loại sau này sẽ cao hơn. Hợp kim vô định hình gốc đồng thường có BS thấp hơn 0,8 T nhưng độ thấm cao hơn nhiều và giá trị từ giảo gần bằng 0, tương đương với permalloy mềm nhất và thậm chí có thể hoạt động tốt hơn ở tần số cao hơn do điện trở suất cao hơn. Hợp kim vô định hình dựa trên (Fe, Ni) có đặc tính từ tính trung bình so với hai hợp kim còn lại.