Der findes flere slags bløde magnetiske materialer.
Jern og lavkulstofstål
Jern og stål med lavt kulstofindhold kan være de mest almindelige og billigste bløde magnetiske materialer. De har en ret høj værdi på BS ~2,15 T, hvilket kun er ringere end de dyre Fe-Co-legeringer. Men deres resistiviteter er ret lave, hvilket begrænser deres brug i dynamiske applikationer. Jern og lavkulstofstål bruges normalt til statiske/lavfrekvente applikationer, såsom kernen af elektromagneter, relæer og nogle laveffektmotorer, hvor materialeomkostningerne er den største bekymring.
Jern-silicium legeringer
Tilsætning af nogle få silicium til jern vil øge dets modstandsevne, og det er derfor meget gavnligt for at hæmme hvirvelstrømstabet. På trods af et let fald i mætningsmagnetisering og Curie-temperatur, er Fe-Si-legeringer meget udbredt i elektriske maskiner, der opererer ved fra 50 Hz til flere hundrede Hz. For yderligere at reducere hvirvelstrømstabet rulles Fe-Si-legeringer ofte til form af tynde strimler. Tykkelsen for den mest almindelige Fe-Si-legering er lig med eller mindre end 0,35 mm. Afhængigt af betingelserne for valsning og varmebehandling kan Fe-Si-legering klassificeres som kornorienteret (GO) og ikke-orienteret (NO). GO Fe-Si bruges til transformere, hvorimod NO Fe-Si bruges til elmotorer.
Jern-nikkel legeringer
Nikkel kan tilsættes til jern for at danne ensartede faste opløsninger i et bredt sammensætningsområde på 35 vægtprocent. % til 80 vægt. % Ni. Legeringerne med sammensætning nær Fe20Ni80 blev navngivet som Permalloy (i dag har folk en tendens til at kalde al jern-nikkel-legering med nikkelindhold højere end 35 vægt-% for Permalloy). Mindre indhold af andre elementer såsom Mo, Cu og Cr tilsættes normalt for at forbedre de magnetiske egenskaber af Permalloy. Bearbejdet ved delikat sammensætningsjustering og varmebehandling kan Permalloy være et af de blødeste magnetiske materialer i verden, hvis permeabilitet kan være så høj som 1 200 000. En af ulemperne ved Permalloys er deres mætningsmagnetisering, som kun er på omkring 0,8 T, meget lavere end for jern og Fe-Si-legeringer. Med et fald i nikkelindholdet vil BS stige for det første og nå sit maksimum på 1,6T ved omkring nikkelindholdet på 48 wt. % vil permeabiliteten dog ikke være så god som legeringer med højt nikkelindhold. Jern-nikkel-legering er den mest alsidige magnetiske legering, dens magnetiske egenskaber kan justeres ved at justere sammensætning, magnetisk udglødning og mekanisk valsning osv. Jern-nikkel-legering har også en meget god formbarhed, som kan rulles ned til så tynd som 20 mikron. Som følge heraf kan nikkel-jernlegeringer findes i brede applikationer såsom magnetfeltafskærmning, jordfejlsafbryder, magnetiske sensorer, optagehoved til magnetbånd, effektelektronik osv.
Jern-kobolt legeringer
Tilsætning af kobolt til jern vil øge både Curie-temperaturen og BS. For koboltindhold i området 33 vægtprocent. % til 50 vægtprocent. %, kan BS være så høj som 2,4T. Selvom de ikke er så bløde som jern-nikkel-legeringer, præsenterer jern-kobolt-legeringer den højeste værdi af BS blandt alle de andre magnetiske legeringer. For at øge formbarheden, 2 wt. % vanadium tilsættes Fe50Co50-legeringen, så den kan rulles ned til helt ned til 50 mikron. Tilsætning af vanadium kan også øge modstandsevnen af jern-koboltlegering. På grund af den højeste BS er jern-kobolt-legeringer uundværlige til applikationer, hvor et højt effekt/vægt-forhold er krævende, såsom motorer og transformere, der bruges i rumbårne enheder.
Amorfe og nanokrystallinske legeringer
Amorfe legeringer, også ofte kaldet metalliske glas, kan fremstilles ved hurtig størkning. Der er ingen lang rækkefølge for atomerne i amorfe legeringer, derfor er resistiviteten normalt høj, og der er ingen magnetokrystallinsk anisotropi. Desuden kan amorfe bånd så tynde som omkring 20 til 30 mikron nemt fremstilles ved planar flow-støbning. Alle disse karakterer garanterer, at amorfe legeringer er fremragende kandidater til bløde magneter. Ifølge sammensætningerne kan de fleste af de kommercielt tilgængelige amorfe bløde magneter klassificeres som Fe-base, Co-base og (Fe, Ni)-baserede. For disse tre typer er det samlede indhold af Fe, Co og Ni ca. 75-90 vægt%, remanenten er metalloider og glasdannende elementer såsom Si, B, P, C og Zr, Nb, Mo , osv. Blandt disse typer har Fe-baseret den højeste BS på omkring 1,6 T og den laveste pris. Jerntabet af Fe-baseret amorf legering er kun en tredjedel af Fe-Si-stål. Hvis Fe-Si-stålet i krafttransformatorerne kan erstattes af Fe-baseret amorf legering, kan der spares en enorm mængde elektrisk strøm, men materialeomkostningerne for sidstnævnte er højere. Co-baserede amorfe legeringer har normalt BS lavere end 0,8 T, men meget højere permeabilitet og næsten nul værdi af magnetostriktion, som er sammenlignelig med den blødeste permalloy, og kan yde endnu bedre ved højere frekvenser på grund af dens højere resistivitet. (Fe, Ni)-baserede amorfe legeringer har medium magnetiske egenskaber sammenlignet med de to andre.
Amorf tilstand er en metastabil tilstand. Ved opvarmning over en kritisk temperatur finder nukleering og vækst af mikrokrystaller sted hurtigt. For konventionelle amorfe bløde magnetiske legeringer vil størrelsen af mikrokrystaller under krystallisationen vokse op til flere hundrede nanometer på meget kort tid og degenerere de bløde magnetiske egenskaber alvorligt. Ikke desto mindre fandt folk ud af, at ved tilsætning af en vis mængde Nb og Cu til Fe-baseret amorf legering, kan krystallisationsprocessen være under kontrol, og en ensartet fordeling af nanokrystaller med størrelse omkring 10 nm i den amorfe matrix kan opnås. De magnetiske egenskaber af en sådan Fe-baseret nanokrystallinsk legering er endnu blødere end den tilsvarende amorfe legering, dvs. højere permeabilitet og lavere koercitivitet, selvom BS også er lavere (~1,2 T). Kilden til de fremragende bløde magnetiske egenskaber for Fe-baserede nanokrystallinske legeringer er, at både værdien af magneto-krystallinsk anisotropi og magnetostriktion kan indstilles til næsten nul. Permalloy og Co-baserede amorfe legeringer kan også have næsten nul værdi af magneto-krystallinsk anisotropi og magnetostriktion, men BS af Fe-baserede nanokrystallinske legeringer er meget højere. Derfor kan nanokrystallinske legeringer være et af de mest lovende bløde magnetiske materialer. De er meget udbredt i trådløs oplader, højfrekvent induktor, magnetisk sensor, elektromagnetisk afskærmning, jordfejlsafbryder og så videre.
Bløde magnetiske kompositmaterialer
Som nævnt før spiller tykkelsen af bløde magnetiske materialer en vigtig rolle for at reducere hvirvelstrømstab, derfor bør de bløde magnetiske legeringer fremstilles i form af tynd laminering til dynamiske anvendelser. Hvis vi nedbryder de to andre dimensioner af den bløde magnetiske strimmel, dvs. vi bruger de bløde magnetiske legeringer i form af pulvere, så kan hvirvelstrømstabet reduceres yderligere, og de komponenter, der er lavet af, kan bruges meget højere frekvenser. For at realisere en sådan udnyttelse fremstilles legeringspulverne først (i de fleste tilfælde ved forstøvningsmetoder), partiklerne skal derefter belægges med et isoleringslag, hvorefter pulverne blandes med en lille mængde smøremiddel og komprimeres ved en intens tryk på 600-800 MPa til den endelige form. Bløde magnetiske produkter fremstillet ved sådanne processer kaldes Soft Magnetic Composites (SMC'er) eller pulverkerner. En anden fordel ved SMC'er er, at de kan laves til forskellige specialformede kerner, som næppe fremstilles ved de traditionelle lamineringsstablingsmetoder, hvilket gavner nyt design af elektromagnetiske enheder. Den største ulempe ved SMC'er er, at deres permeabiliteter er relativt lave. I dag er de mest almindelige SMC'er fremstillet af pulvere af Fe, Fe-Si, Fe-Si-Al, Fe-Ni, amorfe og nanokrystallinske legeringer osv.
Bløde ferriter
Alle de bløde magnetiske materialer nævnt ovenfor er metaller, derfor kan hvirvelstrømseffekten ikke undgås. Bløde ferritter er karakteristiske ved, at de er ioniske forbindelser og har resistivitet flere størrelsesordener højere end de metalliske bløde magnetiske materialer. Derfor, til applikationer med frekvenser op til 1 MHz, er bløde ferriter de bedste valg med hensyn til energitab. Den største ulempe for bløde ferriter er, at BS er relativt lav. To slags af de mest almindelige bløde ferritter er Mn-Zn ferritter ((Mn, Zn)Fe2O4) og Ni-Zn ferritter ((Ni, Zn)Fe2O4). Mn-Zn ferritter bruges almindeligvis under 1 MHz, hvorimod Ni-Zn ferritter kan bruges ved meget højere frekvenser, men BS og permeabiliteten for sidstnævnte er lavere.
For at konkludere, bløde magnetiske materialer er følsomme over for eksterne magnetiske felter, denne funktion gør dem uundværlige til mange applikationer, især inden for elektroteknik, såsom transformere, elektriske motorer, trådløse opladere, kraftelektroniske enheder osv. For en god blød magnet , bør dens mætningsfluxtæthed, permeabilitet, resistivitet og Curie-temperatur være så høj som muligt, hvorimod dens koercivitet og magnetostriktionskoefficient bør være så lav som muligt. Der er ikke én enkelt slags bløde magnetiske materialer, der kan slå alle de andre i alle aspekter af ydeevne. For at vælge det bedst egnede materiale skal der foretages en afvejning mellem omkostninger, jerntab, mætningsfluxtæthed og permeabilitet.
Jern og stål med lavt kulstofindhold har fremragende mætningsfluxtæthed, men deres resistiviteter er lave, hvilket begrænser deres anvendelse til dynamisk anvendelse. Forskellige legeringselementer kan tilføjes til jern for at optimere dets magnetiske ydeevne i visse aspekter. Fe-Si-legeringer har meget højere resistiviteter end rent jern og relativt høje mætningsfluxtætheder, de bruges i vid udstrækning til transformere og elektriske motorer, der drives ved 50/60 Hz og tager den største del af hele markedet for bløde magnetiske materialer. Fe-baserede amorfe legeringer klarer sig meget bedre end Fe-Si-legeringer med hensyn til jerntabene og kan betjenes ved højere frekvenser, men omkostningerne er også højere. Fe-Co-legeringer har den højeste værdi af mætningsfluxtæthed. Med samme udgangseffekt/drejningsmoment kan de elektriske maskiner fremstillet af Fe-Co legeringer have mindre størrelse og mindre masse. Fe-Ni-legeringer, Co-baserede amorfe legeringer og Fe-baserede nanokrystallinske legeringer er de blødeste magnetiske materialer, fordi både værdierne af magneto-krystallinsk anisotropi og magnetostriktionskoefficient for dem kan indstilles til næsten nul samtidigt. Blandt disse har Fe-baserede nanokrystallinske legeringer den højeste mætningsfluxtæthed, de er en slags af de mest lovende bløde magnetiske materialer. SMC'er eller pulverkerner vil yde bedre ved højere frekvenser end de andre metalliske bløde magnetiske materialer i form af tynde strimler, fordi partiklerne er adskilt af isolerende lag, så hvirvelstrømseffekten kan hæmmes meget. Ulemperne ved SMC'er er den lave permeabilitet og høje hysteresetab. Bløde ferritter har resistiviteter, der er flere størrelsesordener højere end metalliske bløde magnetiske materialer, som følge heraf er de i øjeblikket det bedste valg til drift af frekvenser nær eller over 1 MHz, men deres mætningsfluxtætheder er lave. Nogle specialister mener, at bløde ferriter i nogle applikationer kan erstattes af SMC'er for at reducere størrelsen og massen af højfrekvente enheder, hvis behandlingsteknologien for SMC'er kan forbedres.
