Det finnes flere typer myke magnetiske materialer.
Jern og lavkarbonstål
Jern og lavkarbonstål kan være de vanligste og billigste myke magnetiske materialene. De har en ganske høy verdi på BS ~2,15 T, som bare er dårligere enn de dyre Fe-Co-legeringene. Men deres resistiviteter er ganske lave, noe som begrenser deres bruk i dynamiske applikasjoner. Jern og lavkarbonstål brukes vanligvis til statiske/lavfrekvente applikasjoner, for eksempel kjernen i elektromagneter, releer og noen laveffektsmotorer der materialkostnadene er den største bekymringen.
Jern-silisium legeringer
Tilsetning av noen få silisium til jern vil øke motstandsevnen, og er derfor svært fordelaktig for å hemme virvelstrømtapet. Til tross for litt nedgang i metningsmagnetisering og Curie-temperatur, er Fe-Si-legeringer mye brukt i elektriske maskiner som opererer ved fra 50 Hz til flere hundre Hz. For ytterligere å redusere virvelstrømtapet, rulles Fe-Si-legeringer ofte til form av tynne strimler. Tykkelsen for den vanligste Fe-Si-legeringen er lik eller mindre enn 0,35 mm. Avhengig av forholdene for valsing og varmebehandling, kan Fe-Si-legering klassifiseres som kornorientert (GO) og ikke-orientert (NO). GO Fe-Si brukes til transformatorer, mens NO Fe-Si brukes til elektriske motorer.
Jern-nikkel legeringer
Nikkel kan tilsettes til jern for å danne jevne faste løsninger i et bredt sammensetningsområde på 35 vekt-vekt. % til 80 vekt. % Ni. Legeringene med sammensetning nær Fe20Ni80 ble kalt Permalloy (i dag har folk en tendens til å kalle all jern-nikkel-legering med nikkelinnhold høyere enn 35 vekt-% for Permalloy). Mindre innhold av andre elementer som Mo, Cu og Cr tilsettes vanligvis for å forbedre de magnetiske egenskapene til Permalloy. Bearbeidet ved delikat sammensetningsjustering og varmebehandling, kan Permalloy være et av de mykeste magnetiske materialene i verden, hvis permeabilitet kan være så høy som 1 200 000. En av ulempene med Permalloys er deres metningsmagnetisering, som bare er på omtrent 0,8 T, mye lavere enn for jern og Fe-Si-legeringer. Med reduksjon av nikkelinnholdet vil BS øke for det første, nå sitt maksimum på 1,6T ved rundt nikkelinnhold på 48 vekt. % vil imidlertid permeabiliteten ikke være like god som legeringer med høyt nikkelinnhold. Jern-nikkel-legeringen er den mest allsidige magnetiske legeringen, dens magnetiske egenskaper kan justeres ved å justere sammensetningen, magnetisk gløding, og mekanisk valsing, etc. Jern-nikkel-legeringen har også meget god formbarhet, som kan rulles ned til så tynn som 20 mikron. Som et resultat kan nikkel-jernlegeringer finnes i brede bruksområder som magnetfeltskjerming, jordfeilbryter, magnetiske sensorer, opptakshode for magnetbånd, kraftelektronikk, etc.
Jern-kobolt legeringer
Tilsetning av kobolt til jern vil øke både Curie-temperaturen og BS. For koboltinnhold i området 33 wt. % til 50 vektprosent. %, kan BS være så høy som 2,4T. Selv om de ikke er så myke som jern-nikkel-legeringer, har jern-kobolt-legeringer den høyeste verdien av BS blant alle de andre magnetiske legeringene. For å øke formbarheten, 2 wt. % vanadium tilsettes Fe50Co50-legeringen, slik at den kan rulles ned til så tynn som 50 mikron. Tilsetning av vanadium kan også øke resistiviteten til jern-koboltlegering. På grunn av den høyeste BS, er jern-kobolt-legeringer uunnværlige for applikasjoner hvor høyt effekt-til-vekt-forhold er krevende, for eksempel motorer og transformatorer som brukes i rombårne enheter.
Amorfe og nanokrystallinske legeringer
Amorfe legeringer, også ofte kalt metallglass, kan produseres ved rask størkning. Det er ingen lang rekkefølge for atomene i amorfe legeringer, derfor er resistiviteten vanligvis høy, og det er ingen magnetokrystallinsk anisotropi. Videre kan amorfe bånd så tynne som rundt 20 til 30 mikron enkelt produseres ved planar flow-støping. Alle disse karakterene garanterer at amorfe legeringer er utmerkede kandidater for myke magneter. I henhold til sammensetningene kan de fleste av de kommersielt tilgjengelige amorfe myke magnetene klassifiseres som Fe-base, Co-base og (Fe, Ni)-baserte. For disse tre typene er det totale innholdet av Fe, Co og Ni ca. 75-90 vekt-%, remanenten er metalloider og glassdannende elementer som Si, B, P, C og Zr, Nb, Mo , etc. Blant disse typene har Fe-basert høyest BS på ca. 1,6 T og lavest pris. Jerntapet av Fe-basert amorf legering er bare en tredjedel av Fe-Si-stål. Hvis Fe-Si-stålet i krafttransformatorene kan erstattes av Fe-basert amorf legering, kan en enorm mengde elektrisk kraft spares, men materialkostnadene for sistnevnte er høyere. Co-baserte amorfe legeringer har vanligvis BS lavere enn 0,8 T, men mye høyere permeabilitet og nær null verdi av magnetostriksjon, som er sammenlignbar med den mykeste permalloyen, og kan yte enda bedre ved høyere frekvenser på grunn av sin høyere resistivitet. (Fe, Ni)-baserte amorfe legeringer har middels magnetiske egenskaper sammenlignet med de to andre.
Amorf tilstand er en metastabil tilstand. Ved oppvarming over en kritisk temperatur skjer kjernedannelse og vekst av mikrokrystaller raskt. For konvensjonelle amorfe myke magnetiske legeringer vil størrelsen på mikrokrystaller under krystalliseringen vokse opp til flere hundre nanometer på svært kort tid og degenerere de myke magnetiske egenskapene alvorlig. Likevel fant folk at ved tilsetning av en viss mengde Nb og Cu til Fe-basert amorf legering, kan krystalliseringsprosessen være under kontroll og en jevn fordeling av nanokrystall med størrelse ca. 10 nm i den amorfe matrisen kan oppnås. De magnetiske egenskapene til en slik Fe-basert nanokrystallinsk legering er enda mykere enn den tilsvarende amorfe legeringen, dvs. høyere permeabilitet og lavere koersivitet, selv om BS også er lavere (~1,2 T). Kilden til de utmerkede myke magnetiske egenskapene for Fe-baserte nanokrystallinske legeringer er at både verdien av magneto-krystallinsk anisotropi og magnetostriksjon kan stilles inn til nær null. Permalloy og Co-baserte amorfe legeringer kan også ha nær null verdi av magneto-krystallinsk anisotropi og magnetostriksjon, men BS av Fe-baserte nanokrystallinske legeringer er mye høyere. Derfor kan nanokrystallinske legeringer være et av de mest lovende myke magnetiske materialene. De er mye brukt i trådløs lader, høyfrekvent induktor, magnetisk sensor, elektromagnetisk skjerming, jordfeilbryter og så videre.
Myke magnetiske kompositter
Som nevnt tidligere spiller tykkelsen på myke magnetiske materialer en viktig rolle for å redusere virvelstrømstap, derfor bør de myke magnetiske legeringene lages i form av tynn laminering for dynamisk bruk. Hvis vi bryter ned de to andre dimensjonene til den myke magnetstripen, dvs. vi bruker de myke magnetiske legeringene i form av pulver, kan virvelstrømstapene reduseres ytterligere, og komponentene som er laget av disse kan brukes mye høyere frekvenser. For å realisere en slik utnyttelse, blir legeringspulverne først fremstilt (i de fleste tilfeller ved forstøvningsmetoder), partiklene bør deretter belegges med et isolasjonslag, deretter blandes pulveret med en liten mengde smøremiddel og komprimeres med en intens trykk på 600-800 MPa til den endelige formen. Myke magnetiske produkter laget av slike prosesser kalles Soft Magnetic Composites (SMCs) eller pulverkjerner. En annen fordel med SMC-er er at de kan lages til forskjellige spesialformede kjerner som knapt er laget av de tradisjonelle lamineringsstablingsmetodene, noe som gir nytte for ny design av elektromagnetiske enheter. Den største ulempen med SMC-er er at deres permeabiliteter er relativt lave. I dag er de vanligste SMC-ene laget av pulvere av Fe, Fe-Si, Fe-Si-Al, Fe-Ni, amorfe og nanokrystallinske legeringer, etc.
Myke ferritter
Alle de myke magnetiske materialene nevnt ovenfor er metaller, derfor kan virvelstrømeffekten ikke unngås. Myke ferritter er karakteristiske ved at de er ioniske forbindelser og har resistivitet flere størrelsesordener høyere enn for de metalliske myke magnetiske materialene. Derfor, for applikasjoner med frekvens opptil 1 MHz, er myke ferritter de beste valgene med hensyn til energitapene. Den største ulempen for myke ferritter er at BS er relativt lav. To typer av de vanligste myke ferrittene er Mn-Zn-ferritter ((Mn, Zn)Fe2O4) og Ni-Zn-ferritter ((Ni, Zn)Fe2O4). Mn-Zn-ferritter brukes ofte under 1 MHz, mens Ni-Zn-ferritter kan brukes ved mye høyere frekvenser, men BS og permeabiliteten for sistnevnte er lavere.
For å konkludere, myke magnetiske materialer er følsomme for eksterne magnetiske felt, denne funksjonen gjør dem uunnværlige for mange bruksområder, spesielt innen elektroteknikk, som transformatorer, elektriske motorer, trådløse ladere, kraftelektroniske enheter, etc. For en god myk magnet , bør dens metningsflukstetthet, permeabilitet, resistivitet og Curie-temperatur være så høy som mulig, mens koercivitet og magnetostriksjonskoeffisient bør være så lav som mulig. Det er ingen enkelt type myke magnetiske materialer som kan slå alle de andre i alle aspekter av ytelse. For å velge det mest egnede materialet må det gjøres en avveining mellom kostnad, jerntap, metningsflukstetthet og permeabilitet.
Jern og lavkarbonstål har utmerket metningsflukstetthet, men deres resistiviteter er lave, noe som begrenser bruken for dynamisk applikasjon. Ulike legeringselementer kan legges til jern for å optimalisere dens magnetiske ytelse i visse aspekter. Fe-Si-legeringer har mye høyere resistiviteter enn rent jern og relativt høye metningsflukstettheter, de er mye brukt for transformatorer og elektriske motorer som drives ved 50/60 Hz og tar den største delen av hele markedet for myke magnetiske materialer. Fe-baserte amorfe legeringer yter mye bedre enn Fe-Si-legeringer med hensyn til jerntapene og kan opereres ved høyere frekvenser, men kostnadene er også høyere. Fe-Co-legeringer har den høyeste verdien av metningsflukstetthet. Med samme utgangseffekt/moment kan de elektriske maskinene laget av Fe-Co-legeringer ha mindre størrelse og mindre masse. Fe-Ni-legeringer, Co-baserte amorfe legeringer og Fe-baserte nanokrystallinske legeringer er de mykeste magnetiske materialene, fordi både verdiene for magneto-krystallinsk anisotropi og magnetostriksjonskoeffisient for dem kan stilles inn til nesten null samtidig. Blant disse har Fe-baserte nanokrystallinske legeringer den høyeste metningsflukstettheten, de er en type av de mest lovende myke magnetiske materialene. SMC-er eller pulverkjerner vil yte bedre ved høyere frekvenser enn de andre metalliske myke magnetiske materialene i form av tynne striper fordi partiklene er separert av isolerende lag slik at virvelstrømeffekten kan hemmes mye. Ulempene med SMC-er er lav permeabilitet og høy hysterese tap. Myke ferritter har resistiviteter som er flere størrelsesordener høyere enn metalliske myke magnetiske materialer, som et resultat er de foreløpig det beste valget for drift av frekvenser nær eller over 1 MHz, men deres metningsflukstettheter er lave. Noen spesialister mener at myke ferritter i noen applikasjoner kan erstattes av SMC-er for å redusere størrelsen og massen på høyfrekvente enheter hvis prosesseringsteknologien for SMC-er kan forbedres.
