Mu-metal es una aleación ferromagnética blanda de níquel y hierro con muy alta permeabilidad , que se utiliza para proteger equipos electrónicos sensibles contra campos magnéticos estáticos o de baja frecuencia .
El mu-metal tiene varias composiciones. Una de esas composiciones es aproximadamente
Más recientemente, el mu-metal se considera aleación 4 ASTM A753 y está compuesto de aproximadamente
El nombre proviene de la letra griega mu ( μ ), que representa la permeabilidad en fórmulas de física e ingeniería. Varias formulaciones patentadas diferentes de la aleación se venden con nombres comerciales como MuMETAL , Mumetall y Mumetal2 .
El mu-metal suele tener valores de permeabilidad relativa de 80.000 a 100.000 en comparación con varios miles del acero ordinario. Es un material ferromagnético "blando"; tiene baja anisotropía magnética y magnetoestricción , [1] dándole una baja coercitividad para que se sature en campos magnéticos bajos. Esto le confiere bajas pérdidas por histéresis cuando se utiliza en circuitos magnéticos de CA. Otras aleaciones de níquel-hierro de alta permeabilidad, como la aleación permanente, tienen propiedades magnéticas similares; La ventaja del mu-metal es que es más dúctil , maleable y trabajable, lo que le permite formar fácilmente las finas láminas necesarias para los escudos magnéticos. [1]
Los objetos de metal mu requieren tratamiento térmico una vez que alcanzan 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 libre movimiento 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 provoca una caída en la permeabilidad de las áreas afectadas, que puede restaurarse repitiendo el paso de recocido con hidrógeno. [ cita necesaria ]
Mu-metal es una aleación magnética blanda con una permeabilidad magnética excepcionalmente alta. La alta permeabilidad del mu-metal proporciona un camino de baja reluctancia para el flujo magnético , lo que lleva a su uso en escudos magnéticos contra campos magnéticos estáticos o que varían lentamente. El blindaje magnético fabricado con aleaciones de alta permeabilidad como el mu-metal no funciona bloqueando los campos magnéticos sino proporcionando un camino para las líneas del campo magnético alrededor del área protegida. Por tanto, la mejor forma para los escudos es un contenedor cerrado que rodee el espacio protegido.
La eficacia del blindaje de mu-metal disminuye con la permeabilidad de la aleación, que disminuye tanto con intensidades de campo bajas como, debido a la saturación , con intensidades de campo altas. Así, los escudos mu-metal suelen estar formados por varios recintos, uno dentro del otro, cada uno de los cuales reduce sucesivamente el campo en su interior. Debido a que el mu-metal se satura en campos tan bajos, a veces la capa exterior de estos escudos multicapa está hecha de acero ordinario. Su mayor valor de saturación le permite manejar campos magnéticos más fuertes, reduciéndolos a un nivel más bajo que puede ser protegido eficazmente por las capas internas de mu-metal. [ cita necesaria ]
Los campos magnéticos de RF por encima de aproximadamente 100 kHz pueden protegerse con escudos de Faraday : láminas o pantallas metálicas conductoras ordinarias que se utilizan para proteger contra 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 magnetoestricción cercana a cero y una magnetorresistencia anisotrópica significativa. La baja magnetoestricción es fundamental para aplicaciones industriales, donde las tensiones variables en películas delgadas provocarían una variación ruinosamente grande en las propiedades magnéticas.
Mu-metal se utiliza para proteger equipos de campos magnéticos. Por ejemplo:
Otros materiales con propiedades magnéticas similares incluyen Co-Netic, supermalloy , supermumetal, nilomag, sanbold, molibdeno permalloy , Sendust , M-1040, Hipernom, HyMu-80 y Amumetal. El acero eléctrico se utiliza de manera 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 requieren 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 rodeaba 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 la señalización a 10 a 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 alambre de alta permeabilidad magnética, que confinó el campo magnético.
Telcon inventó el mu-metal para competir con la aleación permanente , la primera aleación de alta permeabilidad utilizada para la compensación de cables, cuyos derechos de patente estaban en manos de su competidor Western Electric . Mu-metal se desarrolló agregando cobre a 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 generó 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 en la Segunda Guerra Mundial se encontraron muchos otros usos en la industria electrónica (particularmente blindaje para transformadores y tubos de rayos catódicos ), así como en las espoletas dentro de minas magnéticas . Telcon Metals Ltd. abandonó la marca "MUMETAL" en 1985. [11] El último propietario de la marca "MUMETAL" es Magnetic Shield Corporation, Illinois. [12]