Лента для магнитопроводов: пермаллой 79НМ, 50Н и электротехническая сталь

Когда нужна лента для магнитопроводов — сердечников реле, дросселей, малогабаритных трансформаторов и импульсных элементов, — выбор идёт не по прочности, а по магнитной мягкости. Материал должен легко намагничиваться слабым полем и так же легко размагничиваться, теряя минимум энергии на каждом цикле перемагничивания. За это отвечают два числа: магнитная проницаемость µ и коэрцитивная сила Hc.

Почему именно 79НМ, 50Н и электротехническая сталь

Магнитопровод замыкает магнитный поток, и хороший сердечник — тот, что проводит поток «легко». Мера этой лёгкости — проницаемость µ: во сколько раз индукция в материале больше, чем была бы в вакууме при том же поле. Чем выше µ, тем меньший ток намагничивания нужен реле или дросселю. Вторая сторона — коэрцитивная сила Hc: поле, которое требуется, чтобы размагнитить материал. Малая Hc означает узкую петлю гистерезиса и малые потери на перемагничивание, что критично для переменного тока и импульсных схем.

79НМ (пермаллой) — сплав железа с ~79 % никеля и добавкой молибдена. Это чемпион по магнитной мягкости: начальная проницаемость µ доходит до десятков тысяч, а коэрцитивная сила очень мала. Такой сердечник срабатывает от слабейшего сигнала, поэтому 79НМ ставят в чувствительные реле, магнитные усилители, экраны и импульсные трансформаторы. Плата за это — низкая индукция насыщения (около 0,7–0,8 Тл): в сильном поле пермаллой быстро «наедается» и перестаёт наращивать поток.

50Н — сплав с ~50 % никеля. Проницаемость у него ниже, чем у 79НМ, зато индукция насыщения заметно выше — около 1,5 Тл. Это разумный компромисс, когда нужен и приличный µ, и способность работать в сильных полях без насыщения: силовые дроссели, сердечники под большую индукцию. Электротехническая сталь (кремнистая) — самый дешёвый и массовый вариант: µ на порядок ниже пермаллоя, зато высокая индукция насыщения (около 1,8–2,0 Тл) и низкая цена. Её берут туда, где нужен большой поток и не критична предельная чувствительность.

Отдельный фактор — частота. На переменном токе в сердечнике наводятся вихревые токи, растущие с квадратом толщины ленты и с частотой. Поэтому для высокочастотных элементов берут тонкую ленту 0,05–0,1 мм: она режет вихревые потери и позволяет пермаллою работать там, где толстый лист уже грелся бы и терял КПД.

Сравнение кандидатов

Разброс по проницаемости — на два порядка: пермаллой уводит вперёд на чувствительности, но проигрывает по предельному потоку. Именно это противоречие µ ↔ индукция насыщения и определяет, какую марку взять под конкретный сердечник.

Толщина и типоразмеры под задачу

Толщину ленты диктует рабочая частота. Для сетевых 50 Гц дросселей и реле подходит 0,2–0,5 мм; для звуковых и импульсных частот берут 0,1 мм; для высокочастотных сердечников и магнитных экранов — 0,05–0,1 мм, чтобы задавить вихревые токи. Тоньше 0,05 мм лента становится капризной в навивке. Ширина — от 3 до 40 мм под ширину ленточного сердечника. Массу и метраж рулона под партию сердечников удобно прикинуть заранее — см. калькулятор массы и метража; весь диапазон толщин и допусков разобран на странице типоразмеров и допусков.

Состояние поставки

Ленту заказывают мягкой (отожжённой) — навивать сердечник нужно из пластичного материала. Но ключевой момент: магнитные свойства пермаллоя проявляются в полной мере только после финишного магнитного отжига уже навитого сердечника в водороде с медленным охлаждением; любой наклёп при навивке снижает µ, и отжиг его снимает. Поэтому нагартованную ленту здесь не берут. Чем отличаются отожжённая, полунагартованная и нагартованная лента — в разделе состояний поставки.

Частые ошибки при выборе

• Гонятся за максимальным µ там, где нужен поток. 79НМ насыщается уже при ~0,75 Тл; в силовом дросселе с большой индукцией он бесполезен — там нужен 50Н или сталь.
• Берут толстую ленту на высокую частоту. Вихревые потери растут с квадратом толщины; на ВЧ 0,3 мм греется, а 0,05–0,1 мм работает.
• Пропускают финишный магнитный отжиг. Навитый, но неотожжённый сердечник из 79НМ даёт µ в разы ниже паспортного — виноват наклёп, а не марка.
• Не защищают пермаллой от ударов. После отжига 79НМ чувствителен к механическим напряжениям: удар или сдавливание сердечника снова портит µ.
• Экономят на марке под чувствительное реле. Электротехническая сталь не даст сработать реле от слабого сигнала — здесь нужен именно пермаллой.

Итого — что заказывать

• Чувствительное реле, магнитный усилитель, импульсный трансформатор → 79НМ, мягкая, 0,05–0,1 мм, ГОСТ 10160-75.
• Силовой дроссель, сердечник под высокую индукцию → 50Н, мягкая, 0,2–0,5 мм, ГОСТ 10160-75.
• Массовый сетевой сердечник 50 Гц, экономичный вариант → электротехническая сталь, мягкая, 0,2–0,5 мм.
• Высокочастотный сердечник, магнитный экран → 79НМ, мягкая, 0,05 мм, с финишным магнитным отжигом.

Что почитать дальше

Смежные задачи по прецизионным сплавам: лента для спаев стекло-металл — те же железоникелевые сплавы, но подобранные по ТКЛР, и лента для нагревателей по электрическому сопротивлению. Для подавления помех пригодится лента для экранов и ЭМС. Общий алгоритм подбора — на странице как выбрать ленту.

Справочно: пермаллой и магнитная проницаемость в Википедии, тексты ГОСТов — на портале Росстандарта, а данные по магнитно-мягким сплавам — в каталогах профильных производителей (например, VACUUMSCHMELZE).