loading

Senz Magnet - الشركة المصنعة للمواد الدائمة العالمية & المورد أكثر من 20 سنة.

تغيرات الأداء المغناطيسي وهشاشة مغناطيسات ألنكو في درجات الحرارة المنخفضة في البيئات المبردة (-20 درجة مئوية، -40 درجة مئوية)

1. مقدمة عن مغناطيسات ألنكو

تُعرف مغناطيسات الألنيكو، المكونة أساسًا من الألومنيوم (Al) والنيكل (Ni) والكوبالت (Co) والحديد (Fe)، مع كميات ضئيلة من النحاس (Cu) والتيتانيوم (Ti)، بثباتها الحراري الاستثنائي ومغناطيسيتها المتبقية العالية (Br). طُوّرت مغناطيسات الألنيكو في ثلاثينيات القرن العشرين، وتتميز ببنية مجهرية ثنائية الطور (طور ألفا وطور غاما) تتشكل أثناء المعالجة الحرارية، مما يُسهم في خصائصها المغناطيسية الفريدة. تشمل مزاياها الرئيسية ما يلي:

  • التخلف المغناطيسي العالي (Br) : يصل إلى 1.35 تسلا، مما يتيح وجود مجالات مغناطيسية قوية.
  • معامل درجة حرارة عكسي منخفض : حوالي -0.02%/°م، مما يضمن الحد الأدنى من فقدان كثافة التدفق المغناطيسي مع تقلبات درجة الحرارة.
  • درجة حرارة كوري العالية : تصل إلى 850 درجة مئوية، مما يسمح بالتشغيل في درجات حرارة شديدة.
  • مقاومة التآكل : لا حاجة إلى طبقات واقية، على عكس مغناطيس NdFeB.

ومع ذلك، فإن مغناطيسات ألنكو لها قيود:

  • قوة الإكراه المنخفضة (Hc) : عادة ما تكون أقل من 160 كيلو أمبير/متر، مما يجعلها عرضة لإزالة المغناطيسية.
  • منحنى إزالة المغناطيسية غير الخطي : يعقد التصميم في التطبيقات ذات مجال إزالة المغناطيسية العالي.
  • الهشاشة : عرضة للكسر تحت الضغط الميكانيكي بسبب عملية التصنيع بالصب/التلبيد.

يركز هذا التحليل على سلوك مادة ألنكو في البيئات المبردة (-20 درجة مئوية، -40 درجة مئوية)، ويتناول تغيرات الأداء المغناطيسي وخطر الهشاشة في درجات الحرارة المنخفضة.

2. تغيرات الأداء المغناطيسي في البيئات المبردة

2.1 اعتماد الخصائص المغناطيسية على درجة الحرارة

تخضع الخصائص المغناطيسية لمغناطيسات الألنيكو لبنيتها المجهرية ومحاذاة المجالات المغناطيسية. وتؤثر درجة الحرارة على هذه الخصائص من خلال:

  • الاضطراب الحراري : عند درجات الحرارة المرتفعة، يؤدي ازدياد الاهتزاز الذري إلى تعطيل اصطفاف المجالات المغناطيسية، مما يقلل من المغناطيسية المتبقية (Br) والإكراه المغناطيسي (Hc). في المقابل، عند درجات الحرارة المنخفضة، يؤدي انخفاض الاضطراب الحراري إلى تحسين اصطفاف المجالات المغناطيسية، مما قد يزيد من الأداء المغناطيسي.
  • التغيرات القابلة للعكس وغير القابلة للعكس:
    • التغيرات العكوسة : تعود كثافة التدفق المغناطيسي إلى قيمتها الأصلية عند إعادة التسخين. ويساهم معامل درجة الحرارة العكوس المنخفض لمادة الألنيكو (-0.02%/°م) في تقليل هذه التغيرات.
    • التغيرات غير القابلة للعكس : يحدث فقدان مغناطيسي دائم إذا تعرض المغناطيس لدرجات حرارة تتجاوز حدود تصميمه أو لمجالات مغناطيسية قوية. تمنع درجة حرارة كوري العالية لمادة الألنيكو (850 درجة مئوية) حدوث فقدان غير قابل للعكس عند -20 درجة مئوية أو -40 درجة مئوية.
2.2 الملاحظات التجريبية

كشفت الدراسات التي أجريت على مغناطيسات ألنكو في بيئات شديدة البرودة ما يلي:

  • زيادة المغناطيسية المتبقية (Br) : عند درجة حرارة -196 درجة مئوية (درجة حرارة النيتروجين السائل)، تزداد قيمة Br لمغناطيس الألنيكو بنسبة تتراوح بين 5 و10% تقريبًا مقارنةً بدرجة حرارة الغرفة، وذلك نتيجةً لزيادة اصطفاف المجالات المغناطيسية. ويستمر هذا الاتجاه عند درجتي حرارة -20 و-40 درجة مئوية، وإن كانت الزيادة أقل.
  • الإكراه المستقر (Hc) : يظل Hc الخاص بـ Alnico دون تغيير إلى حد كبير عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا، حيث يتم تحديده بشكل أساسي من خلال السمات الميكروية (مثل حدود الحبيبات، وتوزيع الطور) بدلاً من التأثيرات الحرارية.
  • انخفاض تسرب التدفق المغناطيسي : تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى تقليل التوصيل الكهربائي في المواد الموصلة المحيطة بالمغناطيس، مما يقلل من فقدان التيارات الدوامية ويحسن الكفاءة المغناطيسية.
2.3 مقارنة مع أنواع المغناطيس الأخرى
  • تتميز مغناطيسات NdFeB بمعامل حراري عكسي أعلى (-0.12%/°م)، مما يؤدي إلى فقدان كبير للبروم عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا. على سبيل المثال، عند -40 درجة مئوية، قد ينخفض ​​البروم في مغناطيس NdFeB بنسبة 5% تقريبًا، مقارنةً بالفقدان الضئيل في مغناطيس Alnico.
  • مغناطيسات سماريوم-كوبالت : على غرار مغناطيسات ألنكو، تتميز مغناطيسات سماريوم-كوبالت (من النوع 2:17) بمعامل حراري عكسي منخفض (-0.03%/°م) وتحافظ على استقرار البروم عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا. مع ذلك، فإن قوة الإكراه المغناطيسي العالية لمغناطيسات سماريوم-كوبالت (600-820 كيلو أمبير/متر) تجعلها أكثر مقاومةً لإزالة المغناطيسية من مغناطيسات ألنكو.
  • المغناطيسات الفريتية : أداء ضعيف في درجات الحرارة المنخفضة بسبب فقدان البروم الكبير وزيادة الهشاشة في درجات الحرارة المنخفضة.

3. الهشاشة في درجات الحرارة المنخفضة في مغناطيسات ألنكو

3.1 آلية الهشاشة عند درجات الحرارة المنخفضة

تشير الهشاشة عند درجات الحرارة المنخفضة إلى ميل المواد إلى التصدع تحت تأثير الإجهاد في درجات حرارة منخفضة. تُعزى هذه الظاهرة إلى:

  • انخفاض الحركة الذرية : عند درجات الحرارة المنخفضة، تمتلك الذرات طاقة أقل للتحرك وإعادة الترتيب تحت الضغط، مما يؤدي إلى انتشار الشقوق.
  • زيادة قوة الخضوع : تُظهر العديد من المواد، بما في ذلك المعادن، قوة خضوع أعلى في درجات الحرارة المنخفضة للغاية، مما يجعلها أكثر مقاومة للتشوه اللدن ولكنها أكثر عرضة للكسر الهش.
  • التأثيرات الميكروية : يمكن أن تعمل حدود الحبيبات والشوائب والتحولات الطورية كمراكز تركيز للإجهاد، مما يؤدي إلى بدء الشقوق.
3.2 قابلية مادة الألنيكو للهشاشة عند درجات الحرارة المنخفضة

تتميز مغناطيسات الألنيكو بهشاشتها المتأصلة نتيجة لعملية الصب/التلبيد، التي تُنتج بنية مجهرية خشنة الحبيبات ذات مرونة محدودة. تشمل العوامل الرئيسية المؤثرة على الهشاشة عند درجات الحرارة المنخفضة ما يلي:

  • التركيب المادي : يزيد محتوى الكوبالت العالي في مادة ألنكو (حتى 35٪) من الصلابة ولكنه يقلل من المتانة.
  • عملية التصنيع : يؤدي الصب أو التلبيد إلى إدخال إجهادات متبقية وعيوب في البنية المجهرية (مثل الفراغات والشوائب)، والتي يمكن أن تعمل كمواقع لبدء الشقوق.
  • نطاق درجة الحرارة : على الرغم من أن مادة الألنيكو تحافظ على استقرارها المغناطيسي عند درجتي حرارة -20 درجة مئوية و-40 درجة مئوية، إلا أن خصائصها الميكانيكية قد تتدهور. تشير الدراسات إلى أن مقاومة الكسر للألنيكو تنخفض قليلاً عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا، مع ذلك، يبقى خطر الفشل الكارثي منخفضًا في ظل ظروف التشغيل العادية.
3.3 استراتيجيات التخفيف

لتقليل خطر الهشاشة في درجات الحرارة المنخفضة في مغناطيسات ألنكو:

  • تحسين المعالجة الحرارية : يمكن أن تؤدي معدلات التبريد المتحكم بها أثناء التصنيع إلى تقليل الإجهادات المتبقية وتحسين تجانس البنية المجهرية.
  • تجنب الإجهاد الميكانيكي : صمم التطبيقات لتقليل أحمال الانحناء أو الصدمات أو الاهتزازات على المغناطيس.
  • استخدام الطلاءات الواقية : على الرغم من أنها ليست ضرورية لمقاومة التآكل، إلا أن الطلاءات يمكن أن توفر حماية ميكانيكية ضد الاحتكاك أو الصدمات.
  • اختر الشكل الهندسي المناسب للمغناطيس : تجنب الأشكال الرقيقة أو المستطيلة التي تكون أكثر عرضة لتركيزات الإجهاد.

4. الآثار العملية والتوصيات

4.1 التطبيقات المناسبة لسبائك الألنيكو في البيئات المبردة

تُعد مغناطيسات ألنكو مثالية للتطبيقات التي تتطلب ما يلي:

  • أداء مغناطيسي مستقر في درجات الحرارة المنخفضة للغاية : تشمل الأمثلة أجهزة الاستشعار المبردة، وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، وأنظمة الفضاء الجوي التي تعمل في درجات حرارة شديدة البرودة.
  • المغناطيسية المتبقية العالية والإكراه المنخفض : تطبيقات تتطلب مجالات مغناطيسية قوية دون الحاجة إلى مجالات إزالة مغناطيسية عالية، كما هو الحال في أنواع معينة من المحركات أو المولدات.
  • مقاومة التآكل : إن مناعة مادة ألنكو ضد التآكل تجعلها مناسبة للاستخدام في البيئات الخارجية أو القاسية.
4.2 التطبيقات التي يجب تجنبها

قد لا يكون ألنكو مناسبًا لما يلي:

  • البيئات ذات الإجهاد العالي : التطبيقات التي تنطوي على أحمال ميكانيكية كبيرة، كما هو الحال في بعض الآلات الصناعية أو مكونات السيارات.
  • بيئات المجال المغناطيسي العالي : نظرًا لانخفاض قسرية مادة Alnico، فإنها عرضة لإزالة المغناطيسية في المجالات الخارجية القوية ما لم يتم حمايتها بشكل صحيح.
  • التطبيقات الحساسة للتكلفة : يعتبر Alnico أغلى من مغناطيس الفريت ويفتقر إلى منتج الطاقة العالي لمغناطيس NdFeB، مما يجعله أقل اقتصادية لبعض الاستخدامات.
4.3 ملخص مقارن مع مغناطيسات NdFeB و SmCo
المعلمة ألنكو NdFeB SmCo (النوع 2:17)
التخلف المغناطيسي (Br, T) 0.7–1.35 1.0–1.5 0.85–1.15
الإكراه (Hc، كيلو أمبير/متر) أقل من 160 800–2000 600–820
معامل درجة الحرارة العكسي (°م) -0.02%-0.12%-0.03%
درجة حرارة كوري (°م)850 310–400 700–926
أقصى درجة حرارة تشغيل (°مئوية) 425–600 80–200 350–550
خطر الهشاشة في درجات الحرارة المنخفضة منخفض (انخفاض طفيف في الصلابة) متوسط ​​(فقدان كبير للبروم، وزيادة الهشاشة في بعض الحالات) منخفض (مشابه لألنكو)
يكلف معتدل عالي مرتفع جداً

5. الخاتمة

تتميز مغناطيسات الألنيكو بثبات مغناطيسي ممتاز في البيئات شديدة البرودة (-20 درجة مئوية، -40 درجة مئوية)، مع زيادة طفيفة في المغناطيسية المتبقية نتيجة لتحسين محاذاة المجالات المغناطيسية. ويضمن معامل درجة الحرارة العكسي المنخفض لها الحد الأدنى من فقدان كثافة التدفق المغناطيسي، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب أداءً ثابتًا في درجات الحرارة المنخفضة للغاية. وعلى الرغم من انخفاض متانة الألنيكو الميكانيكية قليلاً عند درجات الحرارة المنخفضة، إلا أن خطر الهشاشة عند درجات الحرارة المنخفضة يظل منخفضًا في ظل ظروف التشغيل العادية، شريطة تقليل الإجهادات الميكانيكية إلى أدنى حد.

بالمقارنة مع مغناطيسات NdFeB وSmCo، يوفر Alnico توازناً فريداً بين المغناطيسية المتبقية العالية، والاستقرار الحراري، ومقاومة التآكل، على الرغم من أنه يفتقر إلى الإكراه العالي وحاصل الطاقة العالي لمغناطيسات العناصر الأرضية النادرة. وتعتمد ملاءمته للتطبيقات المبردة على المتطلبات المحددة للنظام، بما في ذلك الأداء المغناطيسي، والأحمال الميكانيكية، وقيود التكلفة. بالنسبة للتطبيقات التي تعطي الأولوية للاستقرار المغناطيسي في درجات الحرارة المنخفضة للغاية، يظل Alnico خياراً موثوقاً، لا سيما عند دمجه مع التصميم السليم وممارسات المناولة المناسبة للحد من المخاطر الميكانيكية.

السابق
خصائص اضمحلال كثافة التدفق المغناطيسي في الدائرة المفتوحة لمغناطيسات ألنكو وتحليل مقارن مع مغناطيسات NdFeB و SmCo
إعلان عطلة عيد الربيع لعام 2026
التالي
موصى به لك
لايوجد بيانات
ابق على تواصل معنا
الاتصال: ايريس يانغ & جيانرونج شان
الهاتف: + 86-18368402448
البريد الإلكتروني: iris@senzmagnet.com
العنوان: غرفة 610، الطابق السادس، مبنى التجارة الخارجية، رقم. 336 شارع شينغتشو، شارع شانهو، مدينة شينغتشو، مدينة شاوشينغ، مقاطعة تشجيانغ، 312400
Customer service
detect