Магнитопроводы, которые хранили на складах, со временем теряют магнитные свойства, даже если температура была постоянна и отсутствовала намагниченность. Параметры магнитопроводов начинают ухудшаться сразу же после изготовления ферромагнитного изделия. Изменение магнитной проницаемости образца со временем без каких-либо внешних воздействий на материал называют дезаккомодацией. Скорость деградации зависит от температуры образцов. Вначале она велика, а затем снижается, причем становится все меньше.
Резко ухудшить параметры магнитопроводов можно путем температурного, магнитного или механического воздействия. При сильном намагничивании параметры ферритов ухудшаются, однако, если убрать источник магнитного поля, то со временем ферриты могут вернуться к исходному состоянию, что является проявлением дезаккомодации.
Старение протекает тем интенсивнее, чем выше температура ферритов, при условии, что температура нагрева образцов ниже точки Кюри. Если нагреть ферриты до температуры выше точки Кюри, то их магнитные параметры резко и многократно уменьшатся, и в результате такого воздействия материалы будут необратимо испорчены.
Механическая деформация образцов зависит от направления вектора приложенной к образцу силы сжатия или растяжения относительно направления вектора магнитного поля и вызывает изменения магнитных параметров. На практике для вычисления воздействия механической деформации используют модуль Юнга и коэффициент Пуассона. Обычно для ферритов модуль Юнга составляет 0,45•108.. 2,15 • 108 кПа, а коэффициент Пуассона — 0,22..0,40.
Сильная вибрация и удары необратимо снижают начальную магнитную проницаемость ферритов. Это явление называют effet de choc. Особенно ярко оно проявляется при механической обработке никель-цинковых ферритов и, в меньшей степени, — ферритов других типов. Феррит — как человек: если по нему бить, он теряет свои свойства, поэтому механической обработки ферритов следует по возможности избегать, а в тех случаях, когда без нее обойтись невозможно, она должна быть осуществлена путем шлифовки с порошкообразными абразивными веществами. Если индуктивные компоненты с ферритовыми магнитопроводами сильно притянуть крепежными винтами к шасси, то параметры магнитопроводов могут ухудшиться.
Кроме перечисленных факторов, магнитные параметры могут быть ухудшены из-за окислительно-восстановительных реакций ферритов с кислородом воздуха. Никель-цинковые ферриты меньше подвержены старению по сравнению с марганец-цинковыми. Ухудшение параметров ферритов приводит к уменьшению индукция насыщения, снижению магнитной проницаемости и увеличению удельных потерь.
Однажды я купил десять новеньких отечественных тороидальных магнитопроводов одной партии из феррита 2000НМ1-А, изготовленные всего за три месяца до покупки. В результате измерения тесламетром он обнаружил, что индукция насыщения почти всех образцов составляет от 0,42 Тл до 0,56 Тл. Через год измеренная величина индукции насыщения этих магнитопроводов оказалась всего 0,31..0,35 Тл, а еще через шесть лет от былой индукции насыщения почти у всех магнитопроводов осталось всего 0,26 Тл. Не удивляйтесь, если, купив магнитопровод со справочной величиной индукции насыщения в 0,45 Тл из феррита 2500НМС1, вы можете обнаружить после измерения фактическую индукцию насыщения всего в 0,3 Тл и, что бывает редко, даже меньше. Это вовсе не брак, а обычное дело, результат процесса старения.
Marhanets-cinkovыe ferritы
Из этого следует, что, даже измерив величину индукции насыщения, обязательно необходимо ввести запас, учитывающий снижение индукции со временем, поскольку наш источник питания будет эксплуатироваться не неделю и не месяц. Если рабочую индукцию принять близкой к индукции насыщения, а индукция насыщения со временем снизится до уровня рабочей индукции, то магнитопровод войдет в насыщение, при котором резко упадет индуктивность обмоток. Если такой индуктивный компонент работал в преобразователе напряжения, то обмотку и ключевые транзисторы может спасти только быстродействующая электронная защита от перегрузки. Если защиты нет, то случится авария. Кроме того, на величину индукции насыщения феррита влияет форма сигнала, подаваемого на обмотку, расположенную на магнитопроводе. Так, при меандре индукция меньше, чем при сигнале синусоидальной формы.
Если необходимо использовать феррит, состаренный естественным путем, а индукция насыщения неизвестна, то можно, если позволяет точность расчета, предположить значение индукции насыщения в 0,21 Тл для отечественного феррита, и в 0,27 Тл для аналогичного импортного феррита. По мнению автора книги, лучше подстраховаться на этапе проектирования, чем устранять последствия “неожиданности” во время эксплуатации изделия. Впрочем, величину запаса каждый конструктор выбирает сам, исходя из требований надежности, стоимости и расчетного времени наработки на отказ.
В справочных данных на иностранные ферриты не указывают сведения об ухудшении магнитных параметров не потому, что зарубежные ферриты не стареют, а потому, что знать динамику снижения магнитных параметров обычно не требуется. Это объясняется тем, что современную бытовую аппаратуру широкого применения рассчитывают на определенный и весьма короткий жизненный цикл. Зачастую для телевизоров, видеомагнитофонов, компьютеров срок эксплуатации не превышает пяти лет, и производителей не заботит, какая проницаемость или индукция будет у феррита, скажем, через 30 лет, когда уже не будет ни завода-изготовителя, ни фирмы, выпустившей прибор, ни, возможно, потребителя, купившего этот прибор.
К сожалению, в некоторой аппаратуре широкого потребления малы запасы по величине индукции насыщения. Вот пример из опыта ремонта различных моделей телевизоров “Grundig”, у которых импульсные трансформаторы в источниках питания выполнены на магнитопроводах П-образной формы. Спустя несколько лет эксплуатации, ферриты импульсных трансформаторов значительно теряют магнитные свойства и перегреваются из-за возросших удельных потерь. В результате токи через ключевые транзисторы становятся больше максимально допустимых, и транзисторы выходят из строя. Ремонт в данном случае заключается в замене трансформатора или в его перемотке.
Магнитная проницаемость ферритов снижается в течение многих лет после изготовления магнитопровода. Отечественные не состаренные ферриты, выполненные на основе марганца и цинка, марок 4000НМ, 3000НМ, 2000НМ при хранении теряют от 5% до 10% от значений магнитных параметров в год. Причем, чем старше феррит, тем медленнее в нем идут процессы деградации, и примерно через десятилетие параметры феррита больше практически не изменяются. За десятилетие хранения магнитная проницаемость импортных ферритов, произведенных фирмами “Epcos” и “Cosmo ferrites” может снизиться примерно на 20%.
Société de ferrite Cosmo ferrites
Технологии изготовления ферритов производители совершенствуют, что очень отрадно. Большинство современных импортных ферритов на заводах-изготовителях искусственно старят, поэтому допустимо в первом приближении считать, что параметры состаренных ферритов стабильны во времени. Магнитные параметры таких ферритов со временем уменьшаются, но этот процесс протекает значительно медленнее относительно не состаренных ферритов. У радиолюбителей может возникнуть соблазн в домашних условиях состарить феррит, но делать это ни в коем случае не следует, поскольку, кроме снижения магнитных параметров, на скорость дезаккомодации это не повлияет. Ничто не состарит надежней, чем время, и лучше, чем создатель.