El Mu-metal es una aleación ferromagnética blanda de níquel - hierro con una permeabilidad muy alta, que se utiliza para proteger equipos electrónicos sensibles contra campos magnéticos estáticos o de baja frecuencia .
El mu-metal tiene varias composiciones. Una de ellas es aproximadamente
Más recientemente, el mu-metal se considera aleación 4 según ASTM A753 y está compuesto de aproximadamente
El nombre proviene de la letra griega mu ( μ ), que representa la permeabilidad en las fórmulas de física e ingeniería. Se comercializan diversas formulaciones patentadas de la aleación bajo nombres comerciales como MuMETAL , Mumetall y Mumetal2 .
El mu-metal tiene típicamente valores de permeabilidad relativa de 80.000 a 100.000 en comparación con varios miles para el acero común. Es un material ferromagnético "blando"; tiene baja anisotropía magnética y magnetostricción , [1] lo que le da una baja coercitividad de modo que se satura en campos magnéticos bajos. Esto le da bajas pérdidas por histéresis cuando se usa en circuitos magnéticos de CA. Otras aleaciones de níquel-hierro de alta permeabilidad como el permalloy tienen propiedades magnéticas similares; la ventaja del mu-metal es que es más dúctil , maleable y trabajable, lo que permite que se le dé forma fácilmente en las láminas delgadas necesarias para los blindajes magnéticos. [1]
Los objetos de mu-metal requieren un tratamiento térmico después de que están en su forma final: recocido en un campo magnético en una atmósfera de hidrógeno , lo que aumenta la permeabilidad magnética unas 40 veces. [4] El recocido altera la estructura cristalina del material , alineando los granos y eliminando algunas impurezas, especialmente carbono , que obstruyen el movimiento libre de los límites del dominio magnético . La flexión o el choque mecánico después del recocido pueden alterar la alineación de los granos del material, lo que lleva a una caída en la permeabilidad de las áreas afectadas, que se puede restaurar repitiendo el paso de recocido con hidrógeno. [ cita requerida ]
El mu-metal es una aleación magnética blanda con una permeabilidad magnética excepcionalmente alta. La alta permeabilidad del mu-metal proporciona una ruta de baja reluctancia para el flujo magnético , lo que lleva a su uso en escudos magnéticos contra campos magnéticos estáticos o de variación lenta. El blindaje magnético hecho con aleaciones de alta permeabilidad como el mu-metal no funciona bloqueando los campos magnéticos, sino proporcionando una ruta para las líneas de campo magnético alrededor del área protegida. Por lo tanto, la mejor forma para los escudos es un contenedor cerrado que rodea el espacio protegido.
La eficacia del blindaje de mu-metal disminuye con la permeabilidad de la aleación, que cae tanto en intensidades de campo bajas como, debido a la saturación , en intensidades de campo altas. Por lo tanto, los blindajes de mu-metal a menudo están hechos de varias carcasas una dentro de otra, cada una de las cuales reduce sucesivamente el campo en su interior. Debido a que el mu-metal se satura en campos relativamente bajos, a veces la capa exterior de estos blindajes multicapa está hecha de acero común. Su mayor valor de saturación le permite manejar campos magnéticos más fuertes, reduciéndolos a un nivel inferior que puede ser blindado de manera efectiva por las capas internas de mu-metal. [ cita requerida ]
Los campos magnéticos de RF superiores a unos 100 kHz se pueden proteger con escudos de Faraday : láminas o pantallas metálicas conductoras comunes que se utilizan para protegerse de los campos eléctricos . [5] Los materiales superconductores también pueden expulsar campos magnéticos por el efecto Meissner , pero requieren temperaturas criogénicas .
La aleación tiene una coercitividad baja, una magnetostricción cercana a cero y una magnetorresistencia anisotrópica significativa. La baja magnetostricción es fundamental para aplicaciones industriales, donde las tensiones variables en películas delgadas causarían de otro modo una variación ruinosamente grande en las propiedades magnéticas.
El mu-metal se utiliza para proteger equipos de los campos magnéticos. Por ejemplo:
Otros materiales con propiedades magnéticas similares son Co-Netic, supermalloy , supermumetal, nilomag, sanbold, molybdenum permalloy , Sendust , M-1040, Hipernom, HyMu-80 y Amumetal. El acero eléctrico se utiliza de forma similar en algunos transformadores como una opción más barata y menos permeable.
Las ferritas cerámicas se utilizan para fines similares y tienen una permeabilidad aún mayor a altas frecuencias, pero son frágiles y casi no conductoras, por lo que solo pueden reemplazar a los mu-metales donde no se requiere conductividad ni flexibilidad.
El mu-metal fue desarrollado por los científicos británicos Willoughby S. Smith y Henry J. Garnett [7] [8] [9] y patentado en 1923 para la carga inductiva de cables telegráficos submarinos por The Telegraph Construction and Maintenance Co. Ltd. (ahora Telcon Metals Ltd.), una empresa británica que construyó los cables telegráficos submarinos del Atlántico. [10] El agua de mar conductora que rodea un cable submarino agregó una capacitancia significativa al cable, causando distorsión de la señal, lo que limitó el ancho de banda y redujo la velocidad de señalización a 10-12 palabras por minuto. El ancho de banda podría aumentarse agregando inductancia para compensar. Esto se hizo primero envolviendo los conductores con una envoltura helicoidal de cinta metálica o cable de alta permeabilidad magnética, que confinaba el campo magnético.
Telcon inventó el mu-metal para competir con el permalloy , la primera aleación de alta permeabilidad utilizada para la compensación de cables, cuyos derechos de patente estaban en manos de su competidor Western Electric . El mu-metal se desarrolló añadiendo cobre al permalloy para mejorar la ductilidad . Se necesitaban 80 kilómetros (50 millas) de alambre fino de mu-metal por cada 1,6 km de cable, lo que creó una gran demanda de la aleación. El primer año de producción, Telcon fabricaba 30 toneladas por semana. En la década de 1930, este uso del mu-metal disminuyó, pero para la Segunda Guerra Mundial se encontraron muchos otros usos en la industria electrónica (en particular, el blindaje de transformadores y tubos de rayos catódicos ), así como las espoletas dentro de las minas magnéticas . Telcon Metals Ltd. abandonó la marca registrada "MUMETAL" en 1985. [11] El último propietario registrado de la marca "MUMETAL" es Magnetic Shield Corporation, Illinois. [12]