Postoji nekoliko vrsta mekih magnetskih materijala.
Željezo i niskougljični čelici
Željezo i niskougljični čelici možda su najčešći i najjeftiniji meki magnetski materijali. Imaju prilično visoku vrijednost od BS ~2,15 T, što je samo inferiorno u odnosu na skupe Fe-Co legura. Ali njihovi otpori su prilično niski, što ograničava njihovu upotrebu u dinamičkim primjenama. Željezo i čelici s niskim udjelom ugljika obično se koriste za statičke/niskofrekventne primjene, kao što su jezgre elektromagneta, releji i neki motori male snage za koje je cijena materijala glavna briga.
Legure željeza i silicija
Dodatak malo silicija željezu će značajno povećati njegov otpor, stoga je vrlo koristan za inhibiciju gubitka vrtložnih struja. Unatoč blagom smanjenju magnetizacije zasićenja i Curiejeve temperature, legure Fe-Si naširoko se koriste u električnim strojevima koji rade na frekvencijama od 50 Hz do nekoliko stotina Hz. Kako bi se dodatno smanjio gubitak vrtložne struje, legure Fe-Si često se valjaju u obliku tankih traka. Debljina najčešće legure Fe-Si jednaka je ili manja od 0,35 mm. Ovisno o uvjetima valjanja i toplinske obrade, Fe-Si legura se može klasificirati kao zrnasto orijentirana (GO) i neorijentirana (NO). GO Fe-Si se koristi za transformatore, dok se NO Fe-Si koristi za elektromotore.
Legure željeza i nikla
Nikal se može dodati željezu kako bi se stvorile jednolike čvrste otopine u širokom rasponu sastava od 35 tež. % do 80 tež. % Ni. Legure sa sastavom blizu Fe20Ni80 nazvane su kao Permalloy (danas ljudi sve legure željeza i nikla s udjelom nikla većim od 35 tež. % nazivaju Permalloy). Manji sadržaj drugih elemenata kao što su Mo, Cu i Cr obično se dodaje kako bi se poboljšala magnetska svojstva Permalloya. Obrađen delikatnim podešavanjem sastava i toplinskom obradom, Permalloy može biti jedan od najmekših magnetskih materijala na svijetu, čija propusnost može biti čak 1 200 000. Jedan od nedostataka Permalloya je njihova magnetizacija zasićenja, koja je samo oko 0,8 T, mnogo niža nego kod željeza i Fe-Si legura. Sa smanjenjem udjela nikla, BS će se prvo povećati, doseći svoj maksimum od 1,6 T pri oko udjela nikla od 48 wt. %, međutim, propusnost neće biti tako dobra kao kod legura s visokim sadržajem nikla. Legura željeza i nikla najsvestranija je magnetska legura, njezina se magnetska svojstva mogu podesiti podešavanjem sastava, magnetskim žarenjem i mehaničkim valjanjem, itd. Legura željeza i nikla također ima vrlo dobru sposobnost oblikovanja, koja se može razvaljati na tankost od 20 mikrona. Kao rezultat toga, legure nikal-željezo mogu se naći u širokoj primjeni kao što su zaštita magnetskog polja, prekidač kvara na zemlji, magnetski senzori, glava za snimanje magnetskih vrpci, energetska elektronika itd.
Legure željeza i kobalta
Dodavanje kobalta željezu povećat će i Curiejevu temperaturu i BS. Za sadržaj kobalta u rasponu od 33 mas. % do 50 tež. %, BS može biti čak 2,4T. Iako nisu tako mekane kao legure željeza i nikla, legure željeza i kobalta imaju najveću vrijednost BS među svim ostalim magnetskim legurama. Za povećanje sposobnosti oblikovanja, 2 mas. % vanadija dodaje se leguri Fe50Co50, tako da se može razvaljati na debljinu od 50 mikrona. Dodavanje vanadija također može povećati otpornost legure željeza i kobalta. Zbog najvišeg BS-a, legure željeza i kobalta nezamjenjive su za primjene gdje je zahtjevan visok omjer snage i težine, kao što su motori i transformatori koji se koriste u svemirskim uređajima.
Amorfne i nanokristalne legure
Amorfne legure, koje se također često nazivaju metalna stakla, mogu se proizvesti brzim skrućivanjem. Ne postoji poredak dalekog dometa za atome u amorfnim legurama, stoga je otpor obično visok i nema magnetokristalne anizotropije. Nadalje, amorfne vrpce tanke od oko 20 do 30 mikrona mogu se lako proizvesti ravnim lijevanjem. Sve ove karakteristike jamče da su amorfne legure izvrsni kandidati za meke magnete. Prema sastavu, većina komercijalno dostupnih amorfnih mekih magneta može se klasificirati kao bazirani na Fe, Co-bazi i (Fe, Ni). Za ove tri vrste, ukupni sadržaj Fe, Co i Ni je oko 75-90 wt.%, ostatak su metaloidi i elementi koji tvore staklo kao što su Si, B, P, C i Zr, Nb, Mo , itd. Među ovim tipovima, na bazi Fe ima najveći BS od oko 1,6 T i najnižu cijenu. Gubitak željeza amorfne legure na bazi Fe samo je jedna trećina gubitka Fe-Si čelika. Ako se Fe-Si čelik u energetskim transformatorima može zamijeniti amorfnom legurom na bazi Fe, može se uštedjeti ogromna količina električne energije, ali su troškovi materijala za potonje veći. Amorfne legure na bazi ko-baze obično imaju BS nižu od 0,8 T, ali mnogo veću permeabilnost i blizu nulte vrijednosti magnetostrikcije, što je usporedivo s najmekšim permalojem, a može se čak i bolje ponašati na višim frekvencijama zbog svoje veće otpornosti. Amorfne legure na bazi (Fe, Ni) pokazuju srednja magnetska svojstva u usporedbi s druge dvije.
Amorfno stanje je metastabilno stanje. Nakon zagrijavanja iznad kritične temperature, nukleacija i rast mikrokristala odvija se brzo. Za konvencionalne amorfne meke magnetske legure, tijekom kristalizacije, veličina mikrokristala će narasti do nekoliko stotina nanometara u vrlo kratkom vremenu i ozbiljno degenerirati meka magnetska svojstva. Ipak, ljudi su otkrili da dodavanjem određene količine Nb i Cu amorfnoj leguri na bazi Fe, proces kristalizacije može biti pod kontrolom i može se dobiti jednolika distribucija nanokristala veličine oko 10 nm u amorfnoj matrici. Magnetska svojstva takve nanokristalne legure na bazi Fe čak su mekša od odgovarajuće amorfne legure, tj. veća permeabilnost i niža koercitivnost, iako je BS također niža (~1,2 T). Izvor izvrsnih mekih magnetskih svojstava za nanokristalne legure na bazi Fe je to što se i vrijednost magneto-kristalne anizotropije i magnetostrikcije mogu podesiti na gotovo nulu. Amorfne legure na bazi permaloja i Co također mogu imati blizu nulte vrijednosti magneto-kristalne anizotropije i magnetostrikcije, ali je BS nanokristalnih legura na bazi Fe puno veći. Stoga bi nanokristalne legure mogle biti jedan od najperspektivnijih mekih magnetskih materijala. Naširoko se koriste u bežičnim punjačima, visokofrekventnim induktorima, magnetskim senzorima, elektromagnetskim oklopima, prekidačima kvara na zemlji i tako dalje.
Meki magnetski kompoziti
Kao što je prije spomenuto, debljina mekih magnetskih materijala igra važnu ulogu u smanjenju gubitaka vrtložnih struja, stoga bi meke magnetske legure trebale biti izrađene u obliku tanke laminacije za dinamičku upotrebu. Ako razdvojimo druge dvije dimenzije meke magnetske trake, tj. koristimo meke magnetske legure u obliku praha, onda se gubici vrtložnih struja mogu dodatno smanjiti, a sastavni dijelovi od kojih se mogu koristiti na mnogo višim frekvencije. Da bi se ostvarilo takvo korištenje, najprije se pripremaju prahovi legure (u većini slučajeva metodama atomizacije), čestice zatim treba obložiti izolacijskim slojem, nakon toga se prahovi miješaju s malom količinom maziva i komprimiraju pri intenzivnoj tlak od 600-800 MPa do konačnog oblika. Meki magnetski proizvodi izrađeni takvim postupcima nazivaju se meki magnetski kompoziti (SMC) ili praškaste jezgre. Još jedna prednost SMC-a je to što se od njih mogu napraviti različite posebno oblikovane jezgre koje se teško mogu izraditi tradicionalnim metodama slaganja laminata, što pogoduje novom dizajnu elektromagnetskih uređaja. Glavni nedostatak SMC-a je što su njihove propusnosti relativno niske. Danas su najčešći SMC-ovi izrađeni od prahova Fe, Fe-Si, Fe-Si-Al, Fe-Ni, amorfnih i nanokristalnih legura itd.
Meki feriti
Svi gore spomenuti meki magnetski materijali su metali, stoga se ne može izbjeći efekt vrtložnih struja. Meki feriti su karakteristični po tome što su ionski spojevi i imaju otpornost nekoliko redova veličine veću od one metalnih mekih magnetskih materijala. Stoga, za primjene s frekvencijom do 1 MHz, meki feriti su najbolji izbor s obzirom na gubitke energije. Glavni nedostatak za meke ferite je da je BS relativno nizak. Dvije vrste najčešćih mekih ferita su Mn-Zn feriti ((Mn, Zn)Fe2O4) i Ni-Zn feriti ((Ni, Zn)Fe2O4). Mn-Zn feriti se obično koriste ispod 1 MHz, dok se Ni-Zn feriti mogu koristiti na mnogo višim frekvencijama, ali su BS i propusnost za potonje niži.
Da zaključimo, meki magnetski materijali osjetljivi su na vanjska magnetska polja, ova značajka ih čini nezamjenjivima za mnoge primjene, posebno u području elektrotehnike, kao što su transformatori, električni motori, bežični punjači, energetski elektronički uređaji itd. Za dobar meki magnet , njegova gustoća toka zasićenja, permeabilnost, otpornost i Curiejeva temperatura trebaju biti što je moguće veći, dok koercitivnost i koeficijent magnetostrikcije trebaju biti što niži. Ne postoji niti jedna vrsta mekih magnetskih materijala koja može pobijediti sve ostale u svim aspektima izvedbe. Za odabir najprikladnijeg materijala mora se napraviti kompromis između cijene, gubitka željeza, gustoće toka zasićenja i propusnosti.
Željezo i čelici s niskim udjelom ugljika imaju izvrsnu gustoću toka zasićenja, ali su im otpori niski, što ograničava njihovu upotrebu za dinamičku primjenu. U željezo se mogu dodati različiti legirajući elementi kako bi se optimizirala njegova magnetska izvedba u određenim aspektima. Fe-Si legure imaju mnogo veće otpore od čistog željeza i relativno visoke gustoće toka zasićenja, naširoko se koriste za transformatore i električne motore koji rade na 50/60 Hz i zauzimaju najveći dio cjelokupnog tržišta mekih magnetskih materijala. Amorfne legure na bazi Fe imaju mnogo bolje rezultate od Fe-Si legura s obzirom na gubitke željeza i mogu raditi na višim frekvencijama, ali je i cijena veća. Fe-Co legure imaju najveću vrijednost gustoće toka zasićenja. S istom izlaznom snagom/momentom, električni strojevi izrađeni od Fe-Co legura mogu imati manju veličinu i manju masu. Fe-Ni legure, amorfne legure na bazi Co i nanokristalne legure na bazi Fe su najmekši magnetski materijali, jer se obje vrijednosti magneto-kristalne anizotropije i koeficijent magnetostrikcije za njih mogu istovremeno podesiti na gotovo nulu. Među njima, nanokristalne legure na bazi Fe imaju najveću gustoću toka zasićenja, one su jedna vrsta mekih magnetskih materijala koji najviše obećavaju. SMC ili praškaste jezgre će raditi bolje na višim frekvencijama nego drugi metalni mekani magnetski materijali u obliku tanke trake jer su čestice odvojene izolacijskim slojevima tako da se učinak vrtložnih struja može znatno inhibirati. Nedostaci SMC-a su niska propusnost i veliki gubitak na histerezi. Meki feriti imaju otpornost nekoliko redova veličine veću od metalnih mekih magnetskih materijala, kao rezultat toga, oni su za sada najbolji izbor za radne frekvencije blizu ili iznad 1 MHz, ali njihova gustoća toka zasićenja je niska. Neki stručnjaci vjeruju da se u nekim primjenama meki feriti mogu zamijeniti SMC-ima kako bi se smanjila veličina i masa visokofrekventnih uređaja ako se tehnologija obrade za SMC-ove može poboljšati.
