Vật liệu từ mềm: Khái niệm, Phân loại và Ứng dụng

Vật liệu từ mềm: Khái niệm, Phân loại và Ứng dụng

1. Khái niệm Vật liệu từ mềm

Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao, lực kháng từ và tổn hao từ trễ nhỏ được dùng làm lõi máy biến áp, nam châm điện, trong các dụng cụ đo điện và trong các trường hợp cần có cảm ứng từ lớn nhất với lực tiêu phí năng lượng nhỏ nhất. Để giảm tổn hao dòng điện xoáy, trong các máy biến áp dùng vật liệu sắt từ mềm có điện trở lớn, thường là dùng gông từ bằng cách ghép những tấm tôn silic cách điện với nhau.

2. Các loại vật liệu từ mềm

2.1. Sắt từ

Trong sắt kỹ thuật tinh khiết thường có một lượng nhỏ các bon, lưu huỳnh, mangan, silic và các nguyên tố khác làm xấu tính chất của sắt. Vì điện trở tương đối thấp nên sắt tinh khiết kỹ thuật được sử dụng tương đối ít, chủ yếu là mạch từ thông không đổi.

Sắt tinh khiết kỹ thuật được chế tạo bằng cách tinh chế gang trong lò Mác Tanh hay lò thổi, hàm lượng tạp chất tổng cộng dưới 0,08 – 0,1%.

Thép lá kỹ thuật điện các bon thấp là một trong nhiều dạng của sắt kỹ thuật tinh khiết được sản xuất thành tấm mỏng từ 0,2 – 4mm, thành phần có không quá 0,04% cácbon và không quá 0,6% các tạp chất khác. Trị số độ từ thẩm tương đối không nhỏ hơn 3500 – 4500, lực kháng từ không lớn hơn 0,8 – 1,2Ơcstet.

Sắt tinh khiết với lượng tạp chất thấp có thể thu được từ hai phương pháp:

+ Sắt điện phân chế tạo bằng cách điện phân dung dịch sunfát hay clorua sắt trong đó anốt là sắt tinh khiết, còn catốt là phiến thép mềm. Sắt bám ở catốt sau khi rửa và nghiền thành bột trong máy nghiền sau đó được ủ hay nghiền lại trong chân không.

+ Sắt cácbonyl thu được bằng cách nhiệt phân sắt cácbonyl theo phương trình:

Fe (CO)5 = Fe + 5 CO.

Sắt cácbonyl là chất lỏng thu được khi tác dụng với axít cácbon nên sắt ở nhiệt độ gần -2000C, áp suất gần 150ata. Sắt cácbonyl có dạng bột mịn rất thuận tiện để chế lõi sắt cao tần nén.

2.2. Thép lá kỹ thuật điện

Thép lá kỹ thuật điện là vật liệu từ mềm được dùng rộng rãi nhất. Việc đưa silic vào trong thành phần của thép sẽ làm tăng điện trở suất của thép. Do đó tổn hao do dòng điện xoáy giảm. Ngoài ra silic trong thép còn tạo ra khả năng tách cácbon ở dạng grafít, cũng như khử gần toàn bộ ôxít của thép và giảm được tổn hao từ trễ. Tuy nhiên silic ảnh hưởng xấu tới tính cơ học của thép như tăng độ giòn và khó cán thành tấm.

Thép lá kỹ thuật điện
Thép lá kỹ thuật điện

Thép lá kỹ thuật điện ở Liên Xô cũ được chia thành các loại:

  • э 11; э 12; э 13
  • э 21; э 22
  • э 31 ; э 32
  • э 41; э 42; э 43; э 44; э 45; э 46; э 47; э 48.
  • э 310; э 320; э 330; э 330A; э 340; э 370; э 380.
  • э 1100; э 1200; э 1300; э 3100; э 3200.

Trong đó:

+ э chỉ loại thép thuộc về thép kỹ thuật điện.

+ Con số thứ nhất chỉ hàm lượng gần đúng của silíc theo phần trăm.

+ Con số thứ hai đặc trưng cho tính cách điện và từ của thép:

  • Các con số 1, 2, 3 đảm bảo suất tổn hao xác định khi từ hoá lại (ở tần số 50 Hz) và cảm ứng từ trong từ trường mạch.
  • Chữ A ký hiệu suất tổn hao rất thấp.
  • Số 4 cho biết thép được định mức tổn hao khi từ hoá ở tần số 400Hz và cảm ứng từ trong trường có cường độ trung bình.
  • Thép có ký hiệu số 5,6 dùng trong trường yếu từ 0,002 – 0,008A/cm.
  • Con số 7,8 chỉ đặc điểm chủ yếu của độ từ thẩm trong cường độ trung bình 0,03 – 10A/cm.
  • Con số 0 thứ ba chỉ bằng thép được cán nguội (thép có thớ). Hai con số 0 liên tiếp là thép được cán nguội ít thớ.

Thép hàm lượng silíc cao chủ yếu dùng để làm lõi máy biến áp mà ta thường gọi là tôn silíc. Thép có thớ dị hướng dùng để chế tạo lõi thép cuốn của máy biến áp. Sử dụng các thép này làm máy biến áp điện lực sẽ giảm được trọng lượng và kích thước của máy. Máy biến áp 20 – 25% còn làm máy biến áp trong vụ tuyến điện giảm 40%.

2.3. Pécmalôi

Pécmalôi là hợp kim sắt – Niken có trị số từ thẩm ban đầu rất lớn trong vùng từ trường yếu.

Người ta chia Pécmalôi nhiều Niken có khoảng 72-80% niken và Pécmalôi ít niken. Khi đưa vào thành phần Pécmalôi các tạp chất môlítđen, Cr, Si, Mn, để nâng cao điện trở suất của nó. Tạp chất môlíp đen cũng có khả năng giảm độ nhạy biến dạng của Pécmalôi, còn tạp chất là đồng sẽ làm cho hệ số từ thẩm m không thay đổi trong những khoảng hẹp của cường độ từ trường.

Các loại Pécmalôi nhiều niken dùng làm lõi của cuộn cảm ứng có kích thước nhỏ, máy biến áp âm tần nhỏ, các biến áp xung và trong các khuyếch đại từ Pécmalôi ít niken có từ cảm bão hoà lớn hơn gần hai lần Pécmalôi nhiều niken, điều đó cho phép dùng nó làm lõi thép máy biến áp điện lực, cuộn cảm và các dụng cụ cần có mật độ từ thông cao.

Các Pécmalôi với vòng từ trễ hình chữ nhật có thể dùng làm lõi khuyếch đại từ cơ cấu chuyển mạch, thiết bị chỉnh lưu và các phần tử của máy tính.

Khi tăng tần số thì từ thẩm của Pécmalôi giảm do phát sinh dòng điện xoáy, bởi vì điện trở suất của nó không lớn lắm. Sự giảm cảm ứng từ khi tần số tăng ở cùng một cường độ từ trường ngoài.

2.4. Alusife

Hợp kim sắt với silic và nhôm có tên gọi là Alusife. Thành phần tốt nhất của Alusife là 9,5% Si; 5,6% Al còn lại là sắt. Hợp kim này có đặc tính cứng và giòn, nhưng cũng có thể chế tạo ở dạng đúc định hình, độ từ thẩm, điện trở suất cao.

Các sản phẩm được chế tạo Alusife: màn từ, thân các dụng cụ … được chế tạo bằng phương pháp đúc với thành của chi tiết không mỏng hơn 2-3mm. Do tính giòn của hợp kim Alusife có thể nghiền nhỏ thành bột như: Cácbonyl sắt để sản xuất lõi thép cao tần.

3. Ứng dụng của vật liệu từ mềm

Vật liệu từ mềm (soft magnetic materials) là loại vật liệu có tính chất đặc biệt khiến chúng hữu ích trong nhiều ứng dụng công nghiệp và công nghệ khác nhau. Đây là một số ứng dụng quan trọng của vật liệu từ mềm:

  1. Lõi biến áp: Vật liệu từ mềm được sử dụng làm lõi trong các biến áp để gia tăng hiệu suất biến áp bằng cách giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải dòng điện.
  2. Cuộn cảm và cảm biến: Các cuộn cảm sử dụng vật liệu từ mềm để tạo ra một môi trường tập trung dòng điện và tăng độ nhạy của các cảm biến, chẳng hạn như cảm biến dòng điện, cảm biến điện áp và cảm biến vị trí.
  3. Relay và biến đổi mạch: Vật liệu từ mềm được sử dụng trong relay để cách ly các mạch điện, cũng như trong biến đổi mạch để gia tăng hiệu suất và độ chính xác.
  4. Ứng dụng trong điện tử công suất: Vật liệu từ mềm được sử dụng trong các thành phần điện tử công suất như biến trở và cuộn tự cảm để kiểm soát và điều chỉnh dòng điện và điện áp.
  5. Ứng dụng trong máy biến đổi điện năng: Trong máy biến đổi điện năng, vật liệu từ mềm giúp giảm tổn thất năng lượng trong quá trình biến đổi từ điện áp cao sang điện áp thấp và ngược lại.
  6. Ứng dụng trong thiết bị điện tử tiêu dùng: Vật liệu từ mềm cũng được sử dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng như điều hòa không khí, tủ lạnh, máy giặt để cải thiện hiệu suất và giảm tiêu thụ năng lượng.
  7. Ứng dụng trong công nghệ thông tin và viễn thông: Vật liệu từ mềm được sử dụng trong các thành phần của thiết bị viễn thông và máy tính, chẳng hạn như biến áp, cuộn cảm và bộ lọc tín hiệu.
  8. Ứng dụng trong năng lượng tái tạo: Trong các ứng dụng liên quan đến năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời, vật liệu từ mềm có thể được sử dụng trong biến đổi và điều chỉnh dòng điện sản xuất.

Những ứng dụng này cho thấy tính quan trọng của vật liệu từ mềm trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và công nghệ khác nhau, đặc biệt trong việc cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

Xem thêm: Vật liệu từ cứng – Vật liệu dẫn từ

Share this post

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *