تدرج الأداء المغناطيسي لمغناطيسات ألنكو 5 و8 و9 ومزايا أداء ألنكو 9

تُعدّ مغناطيسات الألنيكو، المُكوّنة أساسًا من الألومنيوم (Al) والنيكل (Ni) والكوبالت (Co) والحديد (Fe)، مع كميات ضئيلة من عناصر أخرى مثل النحاس (Cu) والتيتانيوم (Ti)، من أوائل مواد المغناطيس الدائم التي طُوّرت. وتُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات متنوعة نظرًا لخصائصها المغناطيسية الممتازة، بما في ذلك المغناطيسية المتبقية العالية (Br)، والإكراه المغناطيسي العالي نسبيًا (Hc)، والثبات الحراري الجيد. ومن بين درجات مغناطيسات الألنيكو المختلفة، تُستخدم درجات الألنيكو 5 والألنيكو 8 والألنيكو 9 بشكل شائع، ولكل منها خصائص أداء مغناطيسي مميزة. ستتناول هذه المقالة تدرج الأداء المغناطيسي لهذه الدرجات الثلاث، وتحلل مزايا أداء الألنيكو 9.

1. معايير الأداء المغناطيسي لمغناطيسات ألنكو

قبل مناقشة الاختلافات المحددة في الأداء بين Alnico 5 و 8 و 9، من الضروري فهم معايير الأداء المغناطيسي الرئيسية التي تحدد خصائص مغناطيس Alnico:

• المغناطيسية المتبقية (Br) : هي كثافة التدفق المغناطيسي المتبقية في المغناطيس بعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي. وهي تمثل قدرة المغناطيس على الاحتفاظ بمغناطيسيته.
• الإكراه المغناطيسي (Hc) : مقاومة المغناطيس لإزالة المغناطيسية. وهو شدة المجال المغناطيسي الخارجي اللازمة لتقليل المغناطيسية المتبقية للمغناطيس إلى الصفر.
• أقصى ناتج للطاقة ((BH)max) : هو حاصل ضرب المغناطيسية المتبقية والإكراه، ويمثل أقصى طاقة مغناطيسية يمكن تخزينها في المغناطيس لكل وحدة حجم. وهو مؤشر رئيسي على الأداء العام للمغناطيس.
• درجة حرارة كوري (Tc) : هي درجة الحرارة التي يفقد عندها المغناطيس خصائصه المغناطيسية الدائمة. تتميز مغناطيسات ألنكو بدرجة حرارة كوري عالية نسبيًا، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية.

2. تدرج الأداء المغناطيسي لسبائك ألنكو 5 و8 و9

2.1 ألنكو 5

يُعدّ ألنكو 5 أحد أكثر أنواع مغناطيس ألنكو استخدامًا. ويتكون عادةً من حوالي 8% ألومنيوم، و14% نيكل، و24% كوبالت، و3% نحاس، والباقي حديد. ويُعرف مغناطيس ألنكو 5 بمغناطيسيته المتبقية العالية وقوة إكراهه الجيدة نسبيًا، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك المحركات الكهربائية، وأجهزة الاستشعار، ومكبرات الصوت.

• المغناطيس المتبقي (Br) : يمكن أن تصل المغناطيسات Alnico 5 إلى مغناطيس متبقي يصل إلى حوالي 1.35 تسلا (T)، وهو رقم مرتفع نسبيًا بين درجات Alnico.
• الإكراه المغناطيسي (Hc) : عادةً ما يكون الإكراه المغناطيسي لمغناطيس Alnico 5 حوالي 640-700 أورستد (Oe)، مما يوفر مقاومة جيدة لإزالة المغناطيسية.
• أقصى ناتج طاقة ((BH)max) : تتمتع مغناطيسات Alnico 5 بأقصى ناتج طاقة يبلغ حوالي 5.5-6.5 ميجا جاوس أورستد (MG·Oe)، مما يشير إلى قدرتها على تخزين كمية كبيرة من الطاقة المغناطيسية.

2.2 ألنكو 8

تحتوي مغناطيسات ألنكو 8 على نسبة أعلى من الكوبالت مقارنةً بمغناطيسات ألنكو 5، حيث تبلغ عادةً حوالي 35% كوبالت، إلى جانب ما يقارب 7% ألومنيوم، و15% نيكل، و4% تيتانيوم، والباقي حديد. وتعزز هذه النسبة العالية من الكوبالت قوة الإكراه المغناطيسي للمغناطيس، مما يجعل ألنكو 8 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مقاومة أعلى لإزالة المغناطيسية.

• المغناطيس المتبقي (Br) : تتميز مغناطيسات Alnico 8 بمغناطيس متبقي أقل قليلاً مقارنة بمغناطيسات Alnico 5، وعادة ما تكون حوالي 1.0-1.2 تسلا، وذلك بسبب ارتفاع محتوى الكوبالت واختلاف البنية المجهرية.
• الإكراه المغناطيسي (Hc) : إن الإكراه المغناطيسي لمغناطيس Alnico 8 أعلى بكثير من الإكراه المغناطيسي لمغناطيس Alnico 5، ويتراوح عادةً من 1650 إلى 1860 أورستد، مما يوفر مقاومة ممتازة لإزالة المغناطيسية.
• أقصى ناتج طاقة ((BH)max) : تتمتع مغناطيسات Alnico 8 بأقصى ناتج طاقة يبلغ حوالي 5.3-7.8 MG·Oe، وهو ما يماثل أو يقل قليلاً عن ناتج طاقة Alnico 5، اعتمادًا على التركيب والمعالجة المحددة.

2.3 ألنكو 9

تُعدّ مغناطيسات ألنكو 9 فئة عالية الأداء ضمن عائلة ألنكو، مصممة لتوفير توازن بين المغناطيسية المتبقية العالية، والإكراه المغناطيسي العالي، وطاقة المنتج القصوى العالية. تحتوي عادةً على ما يقارب 7% من الألومنيوم، و15% من النيكل، و35% من الكوبالت، و4% من التيتانيوم، والباقي من الحديد، وهي مشابهة لألنكو 8 ولكن مع معالجة محسّنة لتعزيز الأداء.

• المغناطيس المتبقي (Br) : يمكن لمغناطيس Alnico 9 أن يحقق مغناطيسًا متبقيًا يصل إلى حوالي 1.3 تسلا، وهو ما يضاهي أو يقل قليلاً عن مغناطيس Alnico 5 ولكنه أعلى من مغناطيس Alnico 8 في بعض التركيبات.
• الإكراه المغناطيسي (Hc) : عادةً ما يكون الإكراه المغناطيسي لمغناطيس Alnico 9 حوالي 1500 أورستد، مما يوفر مقاومة ممتازة لإزالة المغناطيسية، مماثلة أو أقل قليلاً من الإكراه المغناطيسي لمغناطيس Alnico 8 ولكنها أعلى بكثير من الإكراه المغناطيسي لمغناطيس Alnico 5.
• أقصى ناتج طاقة ((BH)max) : تتميز مغناطيسات Alnico 9 بأقصى ناتج طاقة يبلغ حوالي 7.8-9.5 MG·Oe، وهو الأعلى بين الدرجات الثلاث، مما يشير إلى أدائها العام المتفوق.

3. مزايا أداء ألنكو 9

3.1 أعلى ناتج طاقة قصوى ((BH)max)

من أبرز مزايا أداء مغناطيسات ألنكو 9 ارتفاعُ ناتج الطاقة القصوى فيها. يُمثل هذا المُعامل قدرة المغناطيس على تخزين الطاقة المغناطيسية وإيصالها، مما يجعله عاملاً حاسماً في التطبيقات التي تتطلب طاقة مغناطيسية عالية. تتفوق مغناطيسات ألنكو 9، بقيم (BH)max التي تتراوح بين 7.8 و9.5 ميغاغا أورستد، على كلٍ من ألنكو 5 وألنيكو 8 من حيث تخزين الطاقة المغناطيسية وإيصالها. وهذا ما يجعل مغناطيسات ألنكو 9 مثاليةً لتطبيقات مثل المحركات الكهربائية عالية الأداء، وأجهزة الاستشعار، والمشغلات المغناطيسية، حيث يُعدّ المغناطيس الصغير والقوي ضرورياً.

3.2 التوازن بين التخلف والإكراه

تُقدّم مغناطيسات ألنكو 9 مزيجًا متوازنًا من المغناطيسية المتبقية العالية والإكراه المغناطيسي العالي. فبينما تتميز مغناطيسات ألنكو 5 بمغناطيسية متبقية أعلى ولكن إكراه مغناطيسي أقل، ومغناطيسات ألنكو 8 بإكراه مغناطيسي أعلى ولكن مغناطيسية متبقية أقل، تُوفّر مغناطيسات ألنكو 9 حلًا وسطًا بين هذين النقيضين. يسمح هذا التوازن لمغناطيسات ألنكو 9 بالحفاظ على مستوى عالٍ من كثافة التدفق المغناطيسي مع مقاومة إزالة المغناطيسية، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب كلا الخاصيتين.

3.3 استقرار حراري ممتاز

تتميز مغناطيسات ألنكو 9، كغيرها من أنواع ألنكو، بثبات حراري ممتاز. فهي تتمتع بدرجة حرارة كوري عالية، تتراوح عادةً بين 850 و890 درجة مئوية، مما يسمح لها بالحفاظ على خصائصها المغناطيسية حتى في درجات الحرارة المرتفعة. وهذا ما يجعل مغناطيسات ألنكو 9 مناسبة للتطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية، مثل أنظمة الطيران والفضاء والسيارات، حيث قد تتعطل أو تتدهور مواد المغناطيس الأخرى.

3.4 تحسين البنية المجهرية والمعالجة

يُعزى الأداء المتميز لمغناطيسات ألنكو 9 إلى بنيتها المجهرية المُحسّنة وتقنيات تصنيعها المتطورة. فمن خلال التحكم الدقيق في التركيب وعمليات المعالجة الحرارية، يُمكن لمغناطيسات ألنكو 9 الحصول على بنية مجهرية دقيقة الحبيبات ذات بنية ثنائية الطور مُوجّهة جيدًا. تُعزز هذه البنية المجهرية الخصائص المغناطيسية للمغناطيس عن طريق تحسين اصطفاف المجالات المغناطيسية وتقليل تأثير العيوب والشوائب. بالإضافة إلى ذلك، تُساهم تقنيات التصنيع المتقدمة، مثل المعالجة الحرارية بالمجال المغناطيسي، في تحسين الأداء المغناطيسي لمغناطيسات ألنكو 9 بشكلٍ أكبر من خلال توجيه المجالات المغناطيسية في اتجاه مُحدد، مما يزيد من المغناطيسية المتبقية والإكراه المغناطيسي.

4. تطبيقات مغناطيس ألنكو 9

بفضل أدائها المغناطيسي الفائق وثباتها الحراري الممتاز، تُستخدم مغناطيسات ألنكو 9 في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:

• المحركات الكهربائية عالية الأداء : تُستخدم مغناطيسات ألنكو 9 في دوارات المحركات الكهربائية عالية الأداء، مثل تلك الموجودة في المركبات الكهربائية والآلات الصناعية والروبوتات. يتيح ناتج الطاقة الأقصى العالي وتوازن المغناطيسية المتبقية والإكراه تشغيلًا فعالًا وقويًا للمحرك.
• أجهزة الاستشعار والمحركات : تُستخدم مغناطيسات ألنكو 9 في العديد من أجهزة الاستشعار والمحركات، مثل مستشعرات الموضع المغناطيسية، ومستشعرات السرعة، والصمامات المغناطيسية. خصائصها المغناطيسية المستقرة ومقاومتها العالية لإزالة المغناطيسية تجعلها مثالية لهذه التطبيقات الدقيقة.
• أنظمة الفضاء الجوي : تُستخدم مغناطيسات ألنكو 9 في أنظمة الفضاء الجوي، مثل أنظمة التوجيه والملاحة، حيث تُعدّ الموثوقية العالية والأداء المتميز من الأمور الأساسية. وقدرتها على تحمّل درجات الحرارة العالية والبيئات القاسية تجعلها مناسبة لهذه التطبيقات الصعبة.
• الأجهزة الطبية : تُستخدم مغناطيسات ألنكو 9 أيضًا في الأجهزة الطبية، مثل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) وأجهزة العلاج المغناطيسي. خصائصها المغناطيسية المستقرة وتوافقها الحيوي يجعلها مناسبة لهذه التطبيقات الصحية.