Постоји неколико врста меких магнетних материјала.
Гвожђе и нискоугљенични челици
Гвожђе и нискоугљенични челици могу бити најчешћи и најјефтинији меки магнетни материјали. Имају прилично високу вредност БС ~2,15 Т, што је само инфериорно у односу на скупе Фе-Цо легуре. Али њихове отпорности су прилично ниске, што ограничава њихову употребу у динамичким апликацијама. Гвожђе и нискоугљенични челици се обично користе за статичке/нискофреквентне апликације, као што су језгро електромагнета, релеја и неких мотора мале снаге за које је цена материјала главна брига.
Легуре гвожђа-силицијума
Додавање неколико силицијума гвожђу ће значајно повећати његову отпорност, стога је веома корисно за инхибицију губитка вртложних струја. Упркос благом смањењу магнетизације засићења и Киријеве температуре, легуре Фе-Си се широко користе у електричним машинама које раде на фреквенцијама од 50 Хз до неколико стотина Хз. Да би се додатно смањио губитак вртложне струје, легуре Фе-Си се често ваљају у облику танких трака. Дебљина најчешће легуре Фе-Си је једнака или мања од 0,35 мм. У зависности од услова ваљања и термичке обраде, легура Фе-Си се може класификовати као зрнасто оријентисана (ГО) и неоријентисана (НО). ГО Фе-Си се користи за трансформаторе, док се НО Фе-Си користи за електромоторе.
Легуре гвожђа и никла
Никл се може додати гвожђу да би се формирали униформни чврсти раствори у широком опсегу састава од 35 теж. % до 80 мас. % Ни. Легуре са саставом близу Фе20Ни80 су назване као пермалоја (данас се све легуре гвожђе-никл са садржајем никла већим од 35 теж. % називају пермалојама). Мањи садржај других елемената као што су Мо, Цу и Цр се обично додаје да би се побољшала магнетна својства пермалоја. Обрађен деликатним подешавањем састава и топлотном обрадом, пермалој може бити један од најмекших магнетних материјала на свету, чија пропустљивост може бити чак 1 200 000. Један од недостатака пермалоја је њихова магнетизација засићења, која је само око 0,8 Т, много нижа од оне код легура гвожђа и Фе-Си. Са смањењем садржаја никла, БС ће се прво повећати, достићи своје максимуме од 1,6Т при садржају никла од око 48 теж. %, међутим, пермеабилност неће бити тако добра као легуре са високим садржајем никла. Легура гвожђе-никл је најсвестранија магнетна легура, њена магнетна својства се могу подесити подешавањем састава, магнетним жарењем, механичким ваљањем, итд. Легура гвожђе-никл такође представља веома добру способност обликовања, која се може котрљати до 20 микрона. Као резултат тога, легуре никла и гвожђа могу се наћи у широким применама као што су заштита од магнетног поља, прекидач за уземљење, магнетни сензори, глава за снимање магнетних трака, енергетска електроника итд.
Легуре гвожђа и кобалта
Додавање кобалта у гвожђе ће повећати и Киријеву температуру и БС. За садржај кобалта у опсегу од 33 теж. % до 50 теж. %, БС може бити чак 2,4Т. Иако нису тако меке као легура гвожђе-никл, легуре гвожђа и кобалта представљају највећу вредност БС међу свим другим магнетним легурама. Да би се повећала способност обликовања, 2 теж. % ванадијума се додаје легури Фе50Цо50, тако да се може ваљати до дебљине од чак 50 микрона. Додатак ванадијума такође може повећати отпорност легуре гвожђа и кобалта. Због највећег БС, легуре гвожђа и кобалта су незаменљиве за апликације где је захтеван висок однос снаге и тежине, као што су мотори и трансформатори који се користе у свемирским уређајима.
Аморфне и нанокристалне легуре
Аморфне легуре, које се такође често називају метална стакла, могу се произвести брзим очвршћавањем. За атоме у аморфним легурама не постоји поредак на даљину, стога је отпорност обично висока и нема магнетокристалне анизотропије. Штавише, аморфне траке танке од око 20 до 30 микрона могу се лако произвести ливењем равним течењем. Сви ови карактери гарантују да су аморфне легуре одлични кандидати за меке магнете. Према композицијама, већина комерцијално доступних аморфних меких магнета може се класификовати као на бази Фе, Цо-базе и (Фе, Ни) на бази. За ова три типа, укупан садржај Фе, Цо и Ни је око 75-90 теж.%, остатак су металоиди и елементи који формирају стакло као што су Си, Б, П, Ц и Зр, Нб, Мо , итд. Међу овим типовима, на бази Фе има највећи БС од око 1,6 Т и најнижу цену. Губитак гвожђа аморфне легуре на бази Фе је само једна трећина од Фе-Си челика. Ако се Фе-Си челик у енергетским трансформаторима може заменити аморфном легуром на бази Фе, може се уштедети огромна количина електричне енергије, али је цена материјала за ово друго већа. Ко-базиране аморфне легуре обично имају БС нижу од 0,8 Т, али много већу пермеабилност и скоро нулту вредност магнетострикције, која је упоредива са најмекшом пермалојом, и може да ради чак и боље на вишим фреквенцијама због своје веће отпорности. Аморфне легуре на бази (Фе, Ни) имају средње магнетна својства у поређењу са друге две.
Аморфно стање је метастабилно стање. Након загревања изнад критичне температуре, нуклеација и раст микрокристала се одвија брзо. За конвенционалне аморфне меке магнетне легуре, током кристализације, величина микрокристала ће нарасти до неколико стотина нанометара за врло кратко време и озбиљно дегенерисати меке магнетне особине. Ипак, људи су открили да додавањем одређене количине Нб и Цу аморфној легури на бази Фе, процес кристализације може бити под контролом и да се може добити уједначена дистрибуција нанокристала величине око 10 нм у аморфној матрици. Магнетна својства такве нанокристалне легуре на бази Фе су чак мекша од одговарајуће аморфне легуре, односно већа пермеабилност и нижа коерцитивност, иако је БС такође нижи (~1,2 Т). Извор одличних меких магнетних својстава за нанокристалне легуре на бази Фе је то што се и вредност магнето-кристалне анизотропије и магнетострикције могу подесити на близу нуле. Аморфне легуре на бази пермалоје и ко такође могу да имају скоро нулту вредност магнето-кристалне анизотропије и магнетострикције, али је БС нанокристалних легура на бази Фе много већи. Стога, нанокристалне легуре могу бити један од најперспективнијих меких магнетних материјала. Широко се користе у бежичном пуњачу, високофреквентном индуктору, магнетном сензору, електромагнетној заштити, прекидачу за уземљење и тако даље.
Меки магнетни композити
Као што је раније поменуто, дебљина меких магнетних материјала игра важну улогу за смањење губитака на вртложне струје, тако да меке магнетне легуре треба да буду направљене у облику танке ламинације за динамичку употребу. Ако разбијемо друге две димензије меке магнетне траке, односно употребимо меке магнетне легуре у облику праха, онда се губици вртложних струја могу додатно смањити, а компоненте од којих се праве могу користити на много већој температури. фреквенције. Да би се остварила таква употреба, прво се припремају прахови легуре (у већини случајева методама атомизације), затим се честице премазују изолационим слојем, након тога се прахови мешају са малом количином мазива и компресују на интензивној притисак од 600-800 МПа до коначног облика. Меки магнетни производи направљени таквим процесима називају се меки магнетни композити (СМЦ) или језгра у праху. Још једна заслуга СМЦ-а је да се од њих могу направити различита језгра специјалног облика која се тешко праве традиционалним методама ламинирања, што је од користи за нови дизајн електромагнетних уређаја. Главни недостатак СМЦ-а је да су њихове пропустљивости релативно ниске. Данас се најчешће СМЦ праве од прахова Фе, Фе-Си, Фе-Си-Ал, Фе-Ни, аморфних и нанокристалних легура итд.
Меки ферити
Сви поменути меки магнетни материјали су метали, тако да се ефекат вртложне струје не може избећи. Меки ферити се разликују по томе што су јонска једињења и имају отпорност неколико редова величине већа од отпорности металних меких магнетних материјала. Стога, за апликације са фреквенцијом до 1 МХз, меки ферити су најбољи избор у погледу губитака енергије. Главни недостатак за меке ферите је то што је БС релативно низак. Две врсте најчешћих меких ферита су Мн-Зн ферити ((Мн, Зн)Фе2О4) и Ни-Зн ферити ((Ни, Зн)Фе2О4). Мн-Зн ферити се обично користе испод 1 МХз, док се Ни-Зн ферити могу користити на много вишим фреквенцијама, али су БС и пермеабилност за ове друге ниже.
Да закључимо, меки магнетни материјали су осетљиви на спољна магнетна поља, ова карактеристика их чини незаменљивим за многе примене посебно у области електротехнике, као што су трансформатори, електромотори, бежични пуњачи, енергетски електронски уређаји, итд. За добар меки магнет , његова густина флукса засићења, пермеабилност, отпорност и Киријева температура треба да буду што је могуће већи, док коерцитивност и коефицијент магнетострикције треба да буду што је могуће нижи. Не постоји ниједна врста меких магнетних материјала која може да победи све остале у свим аспектима перформанси. За избор најпогоднијег материјала, мора се направити компромис између цене, губитка гвожђа, густине флукса засићења и пропустљивости.
Гвожђе и челици са ниским садржајем угљеника имају одличну густину флукса засићења, али су њихове отпорности ниске, што ограничава њихову употребу за динамичку примену. У гвожђе се могу додати различити легирајући елементи како би се оптимизовале његове магнетне перформансе у одређеним аспектима. Фе-Си легуре имају много већу отпорност од чистог гвожђа и релативно високу густину флукса засићења, широко се користе за трансформаторе и електромоторе који раде на 50/60 Хз и заузимају највећи део целокупног тржишта меких магнетних материјала. Аморфне легуре на бази Фе имају много боље перформансе од Фе-Си легура у погледу губитака гвожђа и могу да раде на вишим фреквенцијама, али је и цена већа. Фе-Цо легуре представљају највећу вредност густине флукса засићења. Са истом излазном снагом/моментом, електричне машине направљене од Фе-Цо легура могу имати мању величину и мању масу. Фе-Ни легуре, аморфне легуре на бази Цо и нанокристалне легуре на бази Фе су најмекши магнетни материјали, јер се и вредности магнетно-кристалне анизотропије и коефицијента магнетострикције за њих могу истовремено подесити на близу нуле. Међу њима, нанокристалне легуре на бази Фе имају највећу густину флукса засићења, оне су једна врста меких магнетних материјала који највише обећавају. СМЦ или прашкаста језгра ће боље радити на вишим фреквенцијама од других металних меких магнетних материјала у облику танке траке јер су честице одвојене изолационим слојевима тако да се ефекат вртложне струје може у великој мери инхибирати. Недостаци СМЦ-а су ниска пермеабилност и велики губитак хистерезе. Меки ферити имају отпорност неколико редова величине веће од металних меких магнетних материјала, као резултат тога, они су за сада најбољи избор за радне фреквенције близу или изнад 1 МХз, али је њихова густина флукса засићења ниска. Неки стручњаци верују да у неким применама меки ферити могу бити замењени СМЦ-има како би се смањила величина и маса високофреквентних уређаја ако се технологија обраде за СМЦ може побољшати.
