Мю-металл — это мягкий ферромагнитный сплав никеля и железа с очень высокой проницаемостью , который используется для защиты чувствительного электронного оборудования от статических или низкочастотных магнитных полей .
Мю-метал имеет несколько составов. Одна такая композиция примерно
В последнее время мю-металлом принято считать сплав 4 ASTM A753, который состоит примерно из
Название произошло от греческой буквы мю ( μ ), которая в физических и инженерных формулах обозначает проницаемость. Ряд различных запатентованных составов сплава продаются под торговыми марками, такими как MuMETAL , Mumetall и Mumetal2 .
Мю-металл обычно имеет значения относительной проницаемости 80 000–100 000 по сравнению с несколькими тысячами для обычной стали. Это «мягкий» ферромагнитный материал; он имеет низкую магнитную анизотропию и магнитострикцию , [1] что придает ему низкую коэрцитивную силу , поэтому он насыщается при низких магнитных полях. Это обеспечивает низкие потери на гистерезис при использовании в магнитных цепях переменного тока. Другие сплавы никеля и железа с высокой проницаемостью, такие как пермаллой, имеют аналогичные магнитные свойства; Преимущество мю-металла заключается в том, что он более пластичен , податлив и работоспособен, что позволяет легко формовать из него тонкие листы, необходимые для магнитных экранов. [1]
Предметы из мю-металла после обретения окончательной формы требуют термической обработки — отжига в магнитном поле в атмосфере водорода , что увеличивает магнитную проницаемость примерно в 40 раз. [4] Отжиг изменяет кристаллическую структуру материала , выравнивая зерна и удаляя некоторые примеси, особенно углерод , которые препятствуют свободному движению границ магнитных доменов . Изгиб или механический удар после отжига может нарушить выравнивание зерен материала, что приведет к падению проницаемости пораженных участков, которую можно восстановить, повторив этап водородного отжига. [ нужна цитата ]
Мю-металл – это магнитомягкий сплав с исключительно высокой магнитной проницаемостью. Высокая проницаемость мю-металла обеспечивает путь прохождения магнитного потока с низким сопротивлением , что приводит к его использованию в магнитных щитах от статических или медленно меняющихся магнитных полей. Магнитное экранирование, изготовленное из сплавов с высокой проницаемостью, таких как мю-металл, работает не за счет блокировки магнитных полей, а за счет обеспечения пути для линий магнитного поля вокруг экранируемой области. Таким образом, наилучшей формой щитов является закрытый контейнер, окружающий экранируемое пространство.
Эффективность экранирования мю-металлом снижается с увеличением проницаемости сплава, которая падает как при низкой напряженности поля, так и из-за насыщения при высокой напряженности поля. Таким образом, мю-металлические экраны часто состоят из нескольких оболочек одна внутри другой, каждая из которых последовательно уменьшает поле внутри себя. Поскольку мю-металл насыщается при таких слабых полях, иногда внешний слой в таких многослойных щитах изготавливается из обычной стали. Его более высокое значение насыщения позволяет ему выдерживать более сильные магнитные поля, снижая их до более низкого уровня, который может быть эффективно экранирован внутренними слоями мю-металла. [ нужна цитата ]
Радиочастотные магнитные поля с частотой выше 100 кГц могут быть экранированы щитами Фарадея : обычными проводящими металлическими листами или экранами, которые используются для защиты от электрических полей . [5] Сверхпроводящие материалы также могут вытеснять магнитные поля за счет эффекта Мейсснера , но для этого требуются криогенные температуры.
Сплав имеет низкую коэрцитивную силу, близкую к нулю магнитострикцию и значительное анизотропное магнитосопротивление. Низкая магнитострикция имеет решающее значение для промышленного применения, где переменные напряжения в тонких пленках в противном случае вызвали бы разрушительно большие изменения магнитных свойств.
Мю-металл используется для защиты оборудования от магнитных полей. Например:
Другие материалы с похожими магнитными свойствами включают Co-Netic, супермаллой , супермуметалл, ниломаг, санболд, пермаллой молибдена , Сендаст , М-1040, Хиперном, ХайМу-80 и Амуметал.
Керамические ферриты используются для аналогичных целей и имеют еще более высокую проницаемость на высоких частотах, но они хрупкие и почти непроводящие, поэтому могут заменять мю-металлы только там, где проводимость и податливость не требуются.
Мю-металл был разработан британскими учеными Уиллоуби С. Смитом и Генри Дж. Гарнеттом [7] [8] [9] и запатентован в 1923 году для индуктивной нагрузки подводных телеграфных кабелей компанией The Telegraph Construction and Maintenance Co. Ltd. (ныне Telcon Metals Ltd.), британская фирма, проложившая подводные телеграфные кабели в Атлантике. [10] Проводящая морская вода, окружающая подводный кабель, увеличивала значительную емкость кабеля, вызывая искажение сигнала, что ограничивало полосу пропускания и замедляло скорость передачи сигналов до 10–12 слов в минуту. Полоса пропускания может быть увеличена путем добавления индуктивности для компенсации. Сначала это было сделано путем обертывания проводников спиральной обмоткой из металлической ленты или проволоки с высокой магнитной проницаемостью, которая удерживала магнитное поле.
Telcon изобрела мю-металл, чтобы составить конкуренцию пермаллою , первому сплаву с высокой проницаемостью, используемому для компенсации кабеля, патентные права которого принадлежали конкуренту Western Electric . Мю-металл был разработан путем добавления меди к пермаллою для улучшения пластичности . На каждые 1,6 км кабеля требовалось 80 километров (50 миль) тонкой мю-металлической проволоки, что создавало большой спрос на этот сплав. В первый год производства Telcon производил 30 тонн в неделю. В 1930-х годах использование мю-металла сократилось, но ко Второй мировой войне было найдено множество других применений в электронной промышленности (в частности, для защиты трансформаторов и электронно-лучевых трубок ), а также в качестве взрывателей внутри магнитных мин . Telcon Metals Ltd. отказалась от товарного знака «MUMETAL» в 1985 году. [11] Последним зарегистрированным владельцем знака «MUMETAL» является компания Magnetic Shield Corporation, штат Иллинойс. [12]