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 сплава 81Н[3]
Коэффициент линейного расширения	(−40÷+15)⋅10^−6 (λ100) (−15÷+30)⋅10^−6 (λ111)[2]
Индукция насыщения	до 2 Тл
Медиафайлы на Викискладе

Пермалло́й — группа прецизионных сплавов с магнитно-мягкими свойствами, в состав которых входит железо и значительный процент никеля (45—82 % Ni)[4]. Может быть дополнительно легирован несколькими другими химическими элементами.

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

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

Толщина скин-слоя различных материалов 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 гранецентрированной кубической решёткой (ГЦК) 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 также близкий к нулю коэффициент магнитострикции[7]. Намагниченность насыщения пермаллоя составляет величину порядка 10^4 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 и состав

Основной сплав из группы пермаллоев — 79НМ[9]:

Химический состав сплава 79НМ

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 пластинок магнитопровода трансформаторов, 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. Например, в датчиках, выполненных в виде микросхем. Примером такой микросхемы является HMC1002 с измерением по двум осям[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.

Технологическим недостатком применения пермаллоя является изменение его магнитных характеристик после даже незначительных деформаций. Поэтому во всех[11] случаях применения пермаллоя обязательным является термическая обработка (отжиг) детали после её формования[11].

См. также

• Супермаллой
• Пермендюр
• Мю-металл
• Инвар

Примечания

1. ГОСТ 10160—75 «Сплавы прецизионные магнитно-мягкие. Технические условия»
2. Ziese, Thornton, 2001, p. 285.
3. Mallinson, 1996, p. 33.
4. Пермаллой — статья из Большой советской энциклопедии. 
5. Mallinson, 1996, p. 36.
6. Ōsaka, Datta, Shacham-Diamand, 2009, p. 78.
7. Mallinson, 1996, pp. 33—35.
8. Ziese, Thornton, 2001, p. 286.
9. ГОСТ 10994—74 «Сплавы прецизионные. Марки».
10. HMC1002.
11. Преображенский А. А. Магнитные материалы // М.: Высшая школа, 1965. — 235 с. С. 74—79 «Некоторые технологические вопросы, связанные с применением электротехнических сталей и пермаллоев».

Литература

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