174401, Новгородская область
г.Боровичи, ул.А.Невского, 10

Аморфные и нанокристаллические магнитомягкие материалы

ПАО «МСТАТОР» производит ленты из аморфных и нанокристаллических сплавов АМАГ толщиной от 17 до 25 мкм (указывается заказчиком, к примеру: 18 ±2 мкм) и шириной 20, 25, 30 мм в исходном варианте после спиннингования.

Используя имеющееся оборудование резки, ПАО «МСТАТОР» поставляет  ленту по требованиям заказчика шириной от 0,7 до 30 мм.

Аморфные и нанокристалличекие материалы обладают перспективным сочетанием высоких магнит­ных, электрических и механических свойств. Упорядоченное расположение атомов в этих ма­териалах существует только в ближнем порядке.

Такое аморфное состояние формируется при вы­сокой скорости охлаждения (закалке) металлического расплава, атомы при этом не успева­ют образовать кристаллическую решетку.

 

 

Свойства выпускаемых нанокристаллических лент

(после соответствующей термомагнитной обработки)

Свойства сплавов
АМАГ
178N
АМАГ
200
АМАГ
200С
АМАГ
201N
АМАГ
204N
АМАГ
211N
АМАГ
212N
Индукция насыщения В10, Тл 1,05*** 1,2 1,16 1,2 1,2 1,25 1,3
Коэрцитивная сила Нс, А/м 2,0 0,8 0,8 1,5 2,0 3,2 3,2
Проницаемость µ при частоте 10 кГц * 190÷250

30000÷

80000

50000÷

100000

20000÷

30000

10000÷

15000 

3000÷8000 1600÷3000
Температура кристаллизации Ткр, ºС 450 515 515 515 515 510 500
Температура Кюри Тс, ºС кр 570 560 - - - кр
Плотность γ, г/см3 7,8 7,3 7,3 7,3 7,4 7,6 7,7
Коэффициент прямоугольности линейной петли гистерезиса, не более* 0,01 0,1 0,1 0,1 0,05 0,05 0,01
Коэффициент прямоугольности прямоугольной петли гистерезиса, не менее** - 0,9 0,9 - - - -

Удельные потери Pуд., Вт/кг * при амплитуде индукции 0,2 Тл на частотах:

  •10 кГц

  • 100 кГц

 

4÷6

100÷130

 

1÷1,5

30÷40

 

1÷1,5

30÷40

 

-

-

 

-

 

-

-

 

2÷3

45-55

Магнитострикция насыщения λs, ×10-6 - 2 0,5 3 4,5 8 8
Отечественные и зарубежные (Vitroperm – Vacuumschmelze, Nanoperm – Magnetec, Finemet – Hitachi Metals) сплавы-аналоги по применению -
Finemet
5БДСР
ГМ412 
Vitroperm 500F
Vitroperm 550 HF
Vitroperm 800
Nanoperm
ГМ414
FT-3K (Finemet)
1k107
FT-3TL (Finemet)
Vitroperm 270F
Vitroperm 712F
FT-3TL (Finemet)
Vitroperm 250F
FT-8K (Finemet)
Vitroperm 220F
Nanoperm LM

 * термомагнитная обработка в поперечном магнитном поле

 ** термомагнитная обработка в продольном магнитном поле

 *** при H=7200 А/м

 

 

Свойства выпускаемых аморфных лент на основе кобальта

(после соответствующей термомагнитной обработки)

Свойства сплавов АМАГ
186C
АМАГ
186B
АМАГ
186A
АМАГ
183
АМАГ
180
АМАГ
179
АМАГ
172
АМАГ
170
Индукция насыщения B10, Тл 1,0 0,9 0,85 0,75 0,68 0,66 0,60 0,55
Коэрцитивная сила Hc, А/м 4,0 2,0 1,6 1,2 0,24 0,24 0,24 0,16
Относительная магнитная проницаемость µ на частоте 10 кГц * 1400 2200 3300 10000 35000 50000 70000 120000
Максимальная магнитная µ max проницаемость, ×103 ** - - - 500 - 800 1000 1200
Удельные потери Pуд., Вт/кг * при амплитуде индукции 0,2 Тл на частотах:
10 кГц
100 кГц
1,5÷2,0
50÷60
1,5÷2,0
45÷55
1,5÷2,0
35÷45
1,5÷2,0
30÷40
1,0÷1,5
20÷30
1,0÷1,5
20÷30
1,0÷1,5
20÷25
0,5÷1,0
20÷25
Температура кристаллизации Ткр.,ºС 450 470 485 515 505 510 520 530
Температура Кюри Тс, ºС ≥ Ткр. 430 380 350 275 265 235 200
Плотность γ, г/см3 7,9 7,85 7,8 7,7 7,8 7,8 7,7 7,7
Коэффициент прямоугольности линейной петли гистерезиса, не более * 0,02 0,03 0,03 0,05 0,05 0,05 0,10 0,20
Коэффициент прямоугольности прямоугольной петли гистерезиса, не менее ** 0,95 0,95 0,95 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9
Магнитострикция насыщения λs, ×10-6 0,05 0,05 0,05 1,0 0,1 0,2 -0,1 0,1
Отечественные и зарубежные (VAC – Vacuumschmelze, MG – Metglass) сплавы-аналоги по применению VAC6150
VAC6125
86КГСР
ГМ515 
VAC6150 VAC6030 VAC6030
MG2705M
84КСР
82КГМСР
- -

VAC6070

VAC6080
84КХСР
ГМ503 

VAC6025
MG2714
82КЗХСР
ГМ501 

 * термомагнитная обработка в поперечном магнитном поле
 ** термомагнитная обработка в продольном магнитном поле

 

Свойства выпускаемых аморфных лент на основе железа-никеля

(после термомагнитной обработки в поперечном поле)

Свойства сплавов АМАГ 202 АМАГ 223 АМАГ 225* АМАГ 245* АМАГ 254**
Индукция насыщения В10, Тл 1,4 1,32 1,10 0,83 0,83
Коэффициент прямоугольности Кп, не более 0,1 0,03 0,05 0,10 0,05
Коэрцитивная сила Нс, А/м 4,0 5,0 3,2 1,5 8,0
Проницаемость µ при частоте 10 кГц 5000 1800 6000 8000 1500
Температура кристаллизации Ткр, ºС 520 425 485 480 400
Температура Кюри Тс, ºС 380 ≥Ткр 390 290 ≥Ткр
Плотность γ, г/см3 7,3 7,4 7,4 7,5 7,9
Отечественные и зарубежные (VAC – Vacuumschmelze, MG – Metglass) сплавы – аналоги по применению VAC7505
2НСР
MG2605S3A
ГМ440 
-

15XНСР
25НXСР

AHEF-1

VAC4040
MG2826MB

AHEF-1

15XНСР
25НXСР

-

Примечания:
 * Сплавы АМАГ225 и АМАГ245 применяются для изготовления низкотемпературных (инфракрасных) электронагревателей. Удельное электросопротивление ρ = 1,3~1,35 мкОм×м.

Номинальное сопротивление 1 м ленты шириной 10 мм – 8.5 ± 1,0 Ом.
 ** Сплав АМАГ254 применяется в метках (датчиках) антикражных систем акустомагнитного типа.

 

Свойства выпускаемых аморфных лент на основе железа и железа-кобальта

(после термомагнитной обработки в поперечном поле)

Свойства сплавов АМАГ321 АМАГ324 АМАГ492
Индукция насыщения Bs, Тл 1,80 1,55 1,56
Коэффициент прямоугольности Кп, не более 0,25 0,03 0,20
Коэрцитивная сила Нс, А/м 30,0 4,0 8,0
Проницаемость µ при частоте 10 кГц 300 1700 5000
Температура кристаллизации Ткр, ºС 400 520 500
Температура Кюри Тс, ºС ≥Ткр ≥Ткр 380
Плотность γ, г/см3 7,6 7,6 7,3
Отечественные и зарубежные (VAC – Vacuumschmelze, MG – Metglass) сплавы-аналоги по применению MG2605CO
VAC7600
24КСР
30КСР

MG2605SA1
УСР
1СР

1k101

 

Список металлических лент производства ПАО "МСТАТОР"

ПАО «МСТАТОР»

(Россия, г. Боровичи)

АМАГ

(аморфные)

АМАГ 170, АМАГ 172, АМАГ 179, АМАГ 180, АМАГ 183, АМАГ 186А, АМАГ 186В, АМАГ 186С, АМАГ 202, АМАГ 223, АМАГ225, АМАГ 245, АМАГ 254, АМАГ 321, АМАГ 324, АМАГ 492

АМАГ

(нанокристаллические)

АМАГ 178N, АМАГ 200, АМАГ 200С, АМАГ 201N, АМАГ 204N, АМАГ 211N, АМАГ 212N

 

Сплавы АМАГ ("МСТАТОР") имеют схожие свойства с материалами:

ООО НПП «Гаммамет»

(Россия)

Гаммамет

(аморфные)

ГМ440, ГМ501, ГМ503, ГМ515

Гаммамет

(нанокристаллические)

ГМ412, ГМ414

ПАО «Ашинский металлургический завод»

(Россия)

(аморфные)

82КГМСР, 82КЗХСР, 84КСР, 84КХСР, 86КГСР, 2НСР, 15ХНСР, 24КСР, 25НХСР, 30КСР, УСР, 1СР

(нанокристаллические)

5БДСР

Hitachi  (Япония)

Metglas®, Inc. (США)

Metglas (MG)

(аморфные)

MG2605SA1, MG2605CO, MG2605S3A, MG2705M, MG2714, MG2826MB,

2826MB3, 2605 SC, AHEF-1  

Finemet (FT)

(нанокристаллические)

FT-3KM, FT-3KL, FT-3AM, FT-3SH, FT-3K50T, FT-8K50D, FT-3TL, FT-3W 

VACUUMSCHMELZE GmbH & Co. KG

(Германия)

VITROVAC (VAC)

(аморфные)

VAC4040, VAC6025, VAC6030, VAC6070,VAC6080, VAC6125, VAC6150, VAC7505, VAC7600

VITROPERM

(нанокристаллические)

Vitroperm 220 F, Vitroperm 250 F, Vitroperm 270 F, Vitroperm 500 F, Vitroperm 550 HF, Vitroperm 712 F, Vitroperm 800

Magnetec

(Германия)

Nanoperm

(нанокристаллические)

Nanoperm, Nanoperm LM

Китай   1k101, 1k107

Независимо от варианта применения, при использовании аморфных и нанокристаллических сердечников при проектировании индуктивных компонентов обычно обеспечиваются следующие преимущества:

  • Уменьшенный вес;
  • Уменьшенные потери в меди благодаря сокращению числа витков;
  • Расширенный температурный диапазон от -60 до 125 ºС;
  • Повышенная стабильность свойств и надёжность;
  • Высокая точность для измерительных устройств;
  • Повышение КПД устройства.

 

Сравнительные характеристики аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов относительно традиционных

МАТЕРИАЛ
_________

СВОЙСТВА

Электротех. сталь Пермаллой Феррит Mn-Zn Аморфный Нанокристаллический
50 Ni 80 Ni На осн. Со На осн. Fe На осн. Fe
Амплитуда магн. индукции, Вm (T) 2,0 1,55 0,74 0,5 0,6 1,56 1,16
Коэрцитивная сила, Нс (Э) 0,5 0,15 0,03 0,1 0,003 0,03 0,01
Начальная проницаемость, µi 1500 6000 40000 3000 70000 5000 70 000
Максимальная проницаемость, µm 20000 60000 200000 6000 1000000 50000 600 000
Удельное сопротивление, p (µО/см) 50 30 60 1000000 130 130 130
Температура Кюри, Тс (°C) 750 500 500 140 235 415 560
Температура кристаллизации, Тх (°C) - - - - 520 550 515
Предельная рабочая температура, Т (°C)       100 90 150 180
Оптим. область рабочих частот, f (кГц) 0...1 0...10 10... 10...100000

Бурное развитие современной электроники привело к появлению новых магнитомягких материалов, которые находят широкое применение в согласующих, высокочастотных и силовых трансформаторах, трансформаторных датчиках тока, фильтрах ЭМ помех, измерительной технике, системах передачи данных (Ethernet) и т.д.

 

Наиболее востребованные области применения лент АМАГ

 

Магнитопроводы

Преимущества в ряде характеристик по сравнению с традиционно применяемыми ферритами, электротехнической сталью и пермаллоем.
Метки акустомагнитные и электромагнитные

Коэффициент обнаружения бирки (транспондера) до 90-95%. Попытки обмануть антикражную систему обречены на провал.
Магнитный экран

Высокая эффективность экранирования за счёт особых электромагнитных свойств материала и малой чувствительности к механическим повреждениям.

 

 

В настоящее время аморфные и нанокристаллические магнитомягкие материалы находят применение в различных отраслях:

  • В системах телекоммуникаций. Трансформаторы и дроссели ISDN, DSL, PLC.
  • В электротехнической промышленности замена обычной трансформаторной стали аморфным сплавом даёт экономию электроэнергии на вихревых токах.
  • В устройствах защитного отключения (УЗО), управляемых дифференциальным током, предназначенных для защиты людей от поражения электрическим током, в том числе и при использовании бытовой электроаппаратуры. Высокая проницаемость обеспечивает хорошую чувствительность, низкий порог срабатывания и хорошую точность.
  • В солнечных генераторах.
  • В высокоэффективных электромагнитных экранах. Низкотемпературный отжиг позволяет получить высокую магнитную проницаемость при сохранении высокой пластичности ленты. Используются для экранировки специальных помещений с чувствительной аппаратурой, экранировки чувствительных узлов аппаратуры, экранировки кабелей (кабели обматываются лентой) и т.п.
  • В электроизмерительной технике - трансформаторах тока, электронных счётчиках электроэнергии. Использование нанокристаллических материалов в трансформаторах тока повышает точность измерения, исключает зависимость от формы и симметрии тока нагрузки, обеспечивает класс точности 0.2.
  • В фильтрах ЭМС/электромагнитных помех (EMC/EMI) для переключаемых источников питания (SMPS) и инверторных приводов. Отличаются более высоким коэффициентом подавления помех в широком диапазоне частот.
  • В импульсных источниках питания, инверторах, в AC/DC и DC/DC преобразователях. За счёт новых материалов обеспечиваются высокая надёжность, высокий КПД, малые размеры и вес, низкий уровень помех.
  • В дросселях магнитных усилителей. Малый размер, низкий ток управления, низкие потери.
  • В высокочастотных силовых трансформаторах и дросселях. Низкие потери и  высокая рабочая температура обеспечивают снижение габаритов.
  • В дросселях корректоров коэффициента мощности. Низкие потери и малые габариты.
  • В современных источниках питания для электрической сварки. Малая масса устройств, широкий диапазон температур, возможность работы с стабильным постоянным током. Лёгкость регулирования режима, универсальность.
  • В зарядных устройствах аккумуляторных батарей. Малые габариты, автоматическое отключение, работа по оптимальной программе, многоканальные зарядные устройства.
  • В промышленных балластах. Надёжность, низкий вес, жёсткие условия эксплуатации.
  • В аудио - и видеоаппаратуре для изготовления магнитных головок высокочастотной высокоплотной записи
  • В ламповых усилителях аудио аппаратуры Hi-End класса для изготовления выходных звуковых трансформаторов.
  • Высокая радиационная и коррозийная стойкость аморфных материалов позволяет использовать их в качестве аморфных припоев на основе меди для соединения узлов ядерных и термоядерных реакторов в атомной технике.
  • В датчиках противокражных устройств электромагнитного и акустомагнитного типов.
  • Высокое удельное сопротивление аморфных материалов позволяет использовать их в качестве резистивных элементов  в эффективных низкотемпературных (инфракрасных) ленточных нагревателях  с коэффициентом использования поверхности до 95%. Используются в автомобилях (нагрев сидений, подогрев топливопроводов, аккумуляторов), в строительстве (тёплые полы, потолки, новые системы отопления), в сельском хозяйстве (локальный подогрев помещений в животноводстве, обогрев ульев, теплиц, инкубаторов и т.п.).
  • В гасителях коротких всплесков напряжения/тока (помехоподавляющие магнитопроводы). Одеваются на выводы компонентов. Устраняют причину помех, изменяя характер переключения.
  • В автомобильной технике: в источниках питания, гибких магнитных антеннах, помехоподавляющих дросселях и др.

Аморфные магнитомягкие сплавы

Аморфные сплавы – новый особый класс прецизионных сплавов, отличающийся от кристаллических сплавов структурой, способом изготовления, областью существования на температурно-временной диаграмме и свойствами.

В 60-х годах эксперименты по быстрому охлаждению металлических расплавов, которые проводились с целью получения субмикроскопической структуры металла, обнаружили, что в некоторых случаях кристаллическая решётка в металле вообще отсутствует, а расположение атомов характерно для бесструктурного, аморфного тела. Структура аморфных сплавов подобна структуре замороженной жидкости и характеризуется отсутствием дальнего порядка в расположении атомов. Оказалось, что у аморфного металла совсем другие, не сходные свойства с металлом кристаллическим. Он становится в несколько раз прочнее, повышается его стойкость к коррозии, меняются электромагнитные характеристики и даже одна из самых устойчивых констант - модуль упругости. В отличие от сплавов с кристаллической структурой, технология получения которых имеет серьёзные проблемы, связанные с антагонизмом свойств компонентов на этапе кристаллизации, в аморфных сплавах прекрасно соединяются, уживаются все необходимые компоненты. При сверхбыстром охлаждении сплав затвердевает, прежде чем компоненты-антагонисты успевают проявить свой антагонизм. Это открывает широчайшие возможности поиска оптимальных комбинаций компонентов для получения конкретных свойств. Аморфные сплавы получили название металлических стёкол. Интерес к ним стремительно возрастает.

Прежде всего, исследователей заинтересовали ферромагнитные свойства сплавов на основе железа, никеля и кобальта. Магнитомягкие свойства металлических стёкол в основном оказались лучше свойств пермаллоев, притом эти свойства более стабильны. Аморфное состояние сплавов достигается подбором химического состава и использованием специальной технологии охлаждения из расплава со скоростью выше критической, определённой для каждого состава. Отсутствие дислокаций приводит к тому, что металлические стёкла по прочности превосходят самые лучшие легированные стали. Высокая твёрдость влечёт за собой их великолепную износостойкость. Другое важнейшее преимущество аморфных металлических сплавов - их исключительно высокая коррозионная стойкость. Во многих весьма агрессивных средах (морской воде, кислотах) металлические стёкла вообще не корродируют. Например, скорость коррозии аморфного сплава, содержащего железо, никель и хром, в растворе соляной кислоты практически равна нулю. По-видимому, основная причина такой высокой коррозионной стойкости аморфных сплавов состоит в том, что, не имея кристаллической решётки, они лишены и характерных "дефектов" кристаллов - дислокаций и, главное, границ между зёрнами. Высокая плотность упаковки атомов в кристалле вблизи этих "дефектов" уменьшается столь резко, что вдоль них легко проникают в металл "вражеские агенты". Важно, что бездефектная структура аморфного сплава придаётся той тонкой окисной плёнке, которая образуется на его поверхности на начальных стадиях коррозионного процесса и в дальнейшем защищает металл от прямого контакта с "агрессором". Специфичность технологий позволяет изготавливать аморфные сплавы в виде лент толщиной менее 40 мкм.

Для изготовления аморфных сплавов в виде лент обычно используется способ охлаждения, при котором струя жидкого металла с определённой скоростью направляется на поверхность быстро вращающегося цилиндра, изготовленного из материала с высокой теплопроводностью. Микропровод с аморфной структурой изготавливается путём расплавления токами высокой частоты металла, заключённого в стеклянную трубку с коническим дном, с вытягиванием и охлаждением тонкого капилляра, заполненного металлом. Аморфные сплавы при нагревании переходят в кристаллическое состояние. Для стабильной работы изделий из аморфных сплавов необходимо, чтобы их температура не превышала для каждого сплава максимальной рабочей температуры (Т раб max). В настоящее время наибольшее распространение получили магнитомягкие аморфные сплавы, в которых сочетаются высокие магнитные и механические свойства. Магнитомягкие аморфные сплавы - ферромагнитные сплавы с узкой петлёй гистерезиса. Особенностью магнитомягких аморфных сплавов по сравнению с кристаллическими является большое (около 20 %) содержание немагнитных элементов, как бор, кремний, углерод, фосфор и проч., необходимых для сохранения аморфной структуры. Наличие этих элементов снижает максимальные значения индукции насыщения в аморфных сплавах по сравнению с кристаллическими и увеличивает температурный коэффициент магнитных свойств. Эти же элементы увеличивают электросопротивление, повышают твёрдость и прочность аморфных сплавов, а также их коррозионную стойкость. В радио- и электротехнических изделиях с начала восьмидесятых годов стали широко применяться аморфные материалы, которые используются вместо пермаллоев, ферритов, электротехнических сталей, магнитодиэлектриков.

 

Нанокристаллические магнитные сплавы

Вторым представителем нового класса метастабильных быстроохлаждённых сплавов и активным соперником аморфных сплавов являются нанокристаллические сплавы. Их особенность – сверхмелкокристаллическая структура. Размер кристаллов (наночастицы) в этих сплавах составляет от 1 до 10 нм. Нанокристаллические и аморфные сплавы – ближайшие родственники. Их «родство» основано на двух обстоятельствах. Во-первых, это структурное сходство. Как известно, структура аморфных сплавов имеет ближний порядок, т. е. состоит из упорядоченных микрогруппировок атомов, размеры которых близки к размерам нанозёрен нанокристаллических сплавов. Во-вторых, это технология получения. В настоящее время наиболее распространённым методом получения наноструктуры является регулируемая кристаллизация из исходного аморфного состояния.

Таким образом, «материнской» основой нанокристаллического сплава является сплав аморфный.

Структура нанокристаллического сплава представляет собой двухфазную систему, одной из фаз которой являются нанокристаллы, а другой – остаточная аморфная матрица. Свойства наносплава зависят от состава, размера и количества нанокристаллов, а также их соотношения с аморфной фазой. Основой экономичного сырья являются кремний и железо. Имея высокую индукцию насыщения (1.2 Т), хорошую температурную стабильность в широком диапазоне температур от -60 до 180ºС, новый нанокристаллический материал имеет отличные характеристики в высокочастотной области на уровне аморфных сплавов на основе кобальта. При этом новый сплав является намного более экономичным.

Точное управление параметрами отжига навитых из ленты тороидов позволяет в широких пределах регулировать требуемые свойства материала (например, форму петли гистерезиса, уровень магнитной проницаемости, коэффициент прямоугольности, удельные потери). Одновременно, хорошее качество по доступной цене становится все более весомым показателем конкурентоспособности нанокристаллического материала в сравнении с ферритами и пермаллоями. 

Консультация по услугам

Менеджеры компании с радостью ответят на ваши вопросы и произведут расчет стоимости услуг и подготовят индивидуальное коммерческое предложение.

Наши партнёры