Има няколко вида меки магнитни материали.
Желязо и нисковъглеродни стомани
Желязото и нисковъглеродните стомани може да са най-често срещаните и най-евтините меки магнитни материали. Те имат доста висока стойност от BS ~2,15 T, което е само по-ниско от скъпите Fe-Co сплави. Но техните съпротивления са доста ниски, което ограничава използването им в динамични приложения. Желязото и нисковъглеродните стомани обикновено се използват за статични/нискочестотни приложения, като сърцевината на електромагнит, релета и някои двигатели с ниска мощност, за които цената на материалите е основната грижа.
Желязо-силициеви сплави
Добавянето на малко силиций към желязото значително ще увеличи неговото съпротивление, следователно е много полезно за инхибиране на загубата на вихрови токове. Въпреки лекото намаляване на намагнитването на насищане и температурата на Кюри, Fe-Si сплавите се използват широко в електрически машини, работещи при честота от 5 0 Hz до няколко стотици Hz. За допълнително намаляване на загубата на вихрови токове, Fe-Si сплавите често се валцуват до формата на тънки ленти. Дебелината на най-често срещаната Fe-Si сплав е равна или по-малка от 0,35 мм. В зависимост от условията на валцуване и топлинна обработка, Fe-Si сплавта може да бъде класифицирана като ориентирана към зърно (GO) и неориентирана (NO). GO Fe-Si се използва за трансформатори, докато NO Fe-Si се използва за електрически двигатели.
Желязо-никелови сплави
Никелът може да се добави към желязото, за да се образуват еднородни твърди разтвори в широк диапазон на състава от 35 тегл. % до 80 тегл. % Ni. Сплавите със състав близо до Fe20Ni80 бяха наречени пермалой (в наши дни хората са склонни да наричат всички желязо-никелови сплави със съдържание на никел над 35 тегл. % като пермалой). Малко съдържание на други елементи като Mo, Cu и Cr обикновено се добавят за подобряване на магнитните свойства на Permalloy. Обработен чрез деликатно регулиране на състава и термична обработка, Permalloy може да бъде един от най-меките магнитни материали в света, чиято пропускливост може да достигне 1 200 000. Един от недостатъците на пермалоите е тяхното намагнитване на насищане, което е само около 0,8 T, много по-ниско от това на желязото и Fe-Si сплавите. С намаляване на съдържанието на никел, BS ще се увеличи първо, достигайки своите максимуми от 1,6T при около съдържание на никел от 48 тегл. %, обаче, пропускливостта няма да бъде толкова добра, колкото при сплавите с високо съдържание на никел. Желязо-никелова сплав е най-универсалната магнитна сплав, нейните магнитни свойства могат да се настройват чрез регулиране на състава, магнитно отгряване и механично валцоване и т.н. Желязо-никелова сплав също така представя много добра формоспособност, която може да се валцува до тънко 20 микрони. В резултат на това никел-желязните сплави могат да бъдат намерени в широки приложения като екраниране на магнитно поле, прекъсвач на заземяване, магнитни сензори, записваща глава за магнитни ленти, силова електроника и др.
Желязо-кобалтови сплави
Добавянето на кобалт към желязото ще повиши както температурата на Кюри, така и BS. За съдържание на кобалт от порядъка на 33 тегл. % до 50 тегл. %, BS може да достигне 2,4T. Въпреки че не са толкова меки като сплавта желязо-никел, сплавите желязо-кобалт имат най-високата стойност на BS сред всички други магнитни сплави. За да се увеличи формоспособността, 2 тегл. % ванадий се добавя към сплавта Fe50Co50, така че да може да се търкаля до тънкост от 50 микрона. Добавянето на ванадий може също да увеличи съпротивлението на желязо-кобалтовата сплав. Благодарение на най-високия BS, желязно-кобалтовите сплави са незаменими за приложения, където се изисква високо съотношение мощност към тегло, като двигатели и трансформатори, използвани в космически устройства.
Аморфни и нанокристални сплави
Аморфните сплави, също често наричани метални стъкла, могат да бъдат произведени чрез бързо втвърдяване. Няма ред на дълги разстояния за атомите в аморфните сплави, следователно съпротивлението обикновено е високо и няма магнитокристална анизотропия. Освен това, аморфни ленти, тънки от около 2 0 до 30 микрона, могат лесно да бъдат произведени чрез планарно поточно леене. Всички тези характеристики гарантират, че аморфните сплави са отлични кандидати за меки магнити. Според съставите повечето от наличните в търговската мрежа аморфни меки магнити могат да бъдат класифицирани като базирани на Fe, Co-base и (Fe, Ni). За тези три типа общото съдържание на Fe, Co и Ni е около 75-90 wt.%, остатъците са металоиди и стъклообразуващи елементи като Si, B, P, C и Zr, Nb, Mo и т.н. Сред тези типове Fe-базираният има най-висок BS от около 1,6 T и най-ниска цена. Загубата на желязо от аморфна сплав на основата на Fe е само една трета от тази на Fe-Si стомана. Ако стоманата Fe-Si в силовите трансформатори може да бъде заменена с аморфна сплав на основата на Fe, може да се спести огромно количество електроенергия, но цената на материалите за последната е по-висока. Аморфните сплави на базата на Co обикновено имат BS по-ниска от 0,8 T, но много по-висока пропускливост и почти нулева стойност на магнитострикция, което е сравнимо с най-мекия пермалой и може да работи дори по-добре при по-високи честоти поради по-високото си съпротивление. Аморфните сплави на базата на (Fe, Ni) имат средни магнитни свойства в сравнение с другите две.
Аморфното състояние е метастабилно състояние. При нагряване над критична температура, нуклеацията и растежът на микрокристалите се извършват бързо. За конвенционалните аморфни меки магнитни сплави, по време на кристализацията, размерът на микрокристалите ще нарасне до няколко стотици нанометра за много кратко време и ще дегенерира сериозно меките магнитни свойства. Въпреки това хората откриха, че чрез добавяне на определено количество Nb и Cu към аморфна сплав на основата на Fe, процесът на кристализация може да бъде контролиран и може да се получи равномерно разпределение на нанокристал с размер около 10 nm в аморфната матрица. Магнитните свойства на такава нанокристална сплав на основата на Fe са дори по-меки от съответната аморфна сплав, т.е. по-висока пропускливост и по-ниска коерцитивност, въпреки че BS също е по-ниска (~1,2 T). Източникът на отличните меки магнитни свойства за нанокристални сплави на основата на Fe е, че както стойността на магнитно-кристалната анизотропия, така и магнитострикцията могат да бъдат настроени почти до нула. Аморфните сплави на основата на пермалой и Co също могат да имат почти нулева стойност на магнитно-кристална анизотропия и магнитострикция, но BS на нанокристални сплави на база Fe е много по-висока. Следователно нанокристалните сплави може да са едни от най-обещаващите меки магнитни материали. Те се използват широко в безжично зарядно устройство, високочестотен индуктор, магнитен сензор, електромагнитно екраниране, прекъсвач на земна повреда и т.н.
Меки магнитни композити
Както бе споменато по-горе, дебелината на меките магнитни материали играе важна роля за намаляване на загубите от вихрови токове, поради което меките магнитни сплави трябва да бъдат направени под формата на тънко ламиниране за динамични приложения. Ако разделим другите две измерения на меката магнитна лента, т.е. използваме меките магнитни сплави под формата на прахове, тогава загубите от вихрови токове могат да бъдат допълнително намалени и компонентите, направени от които могат да се използват при много по-високи честоти. За да се реализира такова използване, праховете от сплави първо се приготвят (в повечето случаи чрез методи на атомизация), след това частиците трябва да бъдат покрити с изолационен слой, след това праховете се смесват с малко количество смазка и се компресират при интензивно налягане от 600-800 MPa до крайната форма. Меките магнитни продукти, произведени чрез такива процеси, се наричат меки магнитни композити (SMC) или прахови сърцевини. Друго достойнство на SMCs е, че те могат да бъдат направени в различни специално оформени ядра, които трудно се правят чрез традиционните методи за подреждане на ламиниране, което е от полза за нов дизайн на електромагнитни устройства. Основният недостатък на SMCs е, че тяхната пропускливост е относително ниска. Днес най-разпространените SMCs са направени от прахове от Fe, Fe-Si, Fe-Si-Al, Fe-Ni, аморфни и нанокристални сплави и др.
Меки ферити
Всички споменати по-горе меки магнитни материали са метали, следователно ефектът на вихрови токове не може да бъде избегнат. Меките ферити се отличават с това, че са йонни съединения и имат съпротивление с няколко порядъка по-високо от това на металните меки магнитни материали. Следователно, за приложения с честота до 1 MHz, меките ферити са най-добрият избор по отношение на енергийните загуби. Основният недостатък на меките ферити е, че BS е сравнително нисък. Два вида от най-често срещаните меки ферити са Mn-Zn ферити ((Mn, Zn)Fe2O4) и Ni-Zn ферити ((Ni, Zn)Fe2O4). Mn-Zn феритите обикновено се използват под 1 MHz, докато Ni-Zn феритите могат да се използват при много по-високи честоти, но BS и пропускливостта за последните са по-ниски.
В заключение, меките магнитни материали са чувствителни към външни магнитни полета, тази характеристика ги прави незаменими за много приложения, особено в областта на електротехниката, като трансформатори, електрически двигатели, безжични зарядни устройства, силови електронни устройства и др. За добър мек магнит , неговата плътност на потока на насищане, пропускливост, съпротивление и температура на Кюри трябва да бъдат възможно най-високи, докато коерцитивността и коефициентът на магнитострикция трябва да бъдат възможно най-ниски. Няма нито един вид меки магнитни материали, който да победи всички останали във всички аспекти на производителност. За да изберете най-подходящия материал, трябва да се направи компромис между цена, загуба на желязо, плътност на потока на насищане и пропускливост.
Желязото и стоманите с ниско съдържание на въглерод имат отлична плътност на потока на насищане, но тяхното съпротивление е ниско, което ограничава използването им за динамично приложение. В желязото могат да се добавят различни легиращи елементи, за да се оптимизират неговите магнитни характеристики в определени аспекти. Fe-Si сплавите имат много по-високо съпротивление от чистото желязо и относително висока плътност на потока на насищане, те се използват широко за трансформатори и електрически двигатели, работещи при 50/60 Hz, и заемат най-голямата част от целия пазар на меки магнитни материали. Аморфните сплави на основата на Fe се представят много по-добре от Fe-Si сплавите по отношение на загубите на желязо и могат да работят при по-високи честоти, но цената също е по-висока. Fe-Co сплавите имат най-висока стойност на плътността на потока на насищане. Със същата изходна мощност/въртящ момент, електрическите машини, направени от Fe-Co сплави, могат да имат по-малък размер и по-малка маса. Fe-Ni сплавите, аморфните сплави на основата на Co и нанокристалните сплави на основата на Fe са най-меките магнитни материали, тъй като и двете стойности на магнитно-кристалната анизотропия и коефициента на магнитострикция за тях могат да бъдат настроени почти до нула едновременно. Сред тях нанокристалните сплави на основата на Fe имат най-висока плътност на потока на насищане, те са един вид от най-обещаващите меки магнитни материали. SMCs или прахообразните сърцевини ще работят по-добре при по-високи честоти от другите метални меки магнитни материали под формата на тънка лента, тъй като частиците са разделени от изолационни слоеве, така че ефектът на вихровия ток може да бъде инхибиран много. Недостатъците на SMC са ниската пропускливост и високата загуба на хистерезис. Меките ферити имат съпротивление с няколко порядъка по-високо от металните меки магнитни материали, в резултат на това засега те са най-добрият избор за работни честоти близо до или над 1 MHz, но тяхната плътност на потока на насищане е ниска. Някои специалисти смятат, че в някои приложения меките ферити могат да бъдат заменени от SMC, за да се намали размерът и масата на високочестотните устройства, ако технологията за обработка на SMC може да бъде подобрена.
