ما هي الاختلافات المحددة في المعلمات المغناطيسية الأساسية الثلاثة لمغناطيس AlNiCo الموجه المصبوب، ومغناطيس AlNiCo غير الموجه المصبوب، ومغناطيس AlNiCo المتلبد؟

تختلف المعايير المغناطيسية الأساسية الثلاثة - المغناطيسية المتبقية (Br) ، والإكراه المغناطيسي (Hcb) ، وأقصى حاصل طاقة (BH)max - اختلافًا كبيرًا بين مغناطيسات AlNiCo المصبوبة الموجهة (غير المتناحية) ، ومغناطيسات AlNiCo المصبوبة غير الموجهة (المتناحية) ، ومغناطيسات AlNiCo الملبدة ، وذلك بسبب الاختلافات في عمليات التصنيع، والبنية المجهرية، وتراكيب السبائك. فيما يلي مقارنة تفصيلية تستند إلى بيانات تجريبية ومبادئ علم المواد:

1. التخلف المغناطيسي (Br)

• AlNiCo الموجه بالصب (غير متجانس الخواص):
  • المدى : 1.0–1.35 تسلا (10000–13500 غاوس).
  • التفسير : تحقق مغناطيسات AlNiCo غير المتناحية قيم Br أعلى نتيجةً لتوجيه البلورات المفضل الذي يحدث أثناء التصلب الاتجاهي (على سبيل المثال، باستخدام مجال مغناطيسي أثناء الصب). يؤدي ذلك إلى محاذاة المجالات المغناطيسية، مما يزيد من التمغنط المتبقي.
  • مثال : النيكو 6 (8% Al، 16% Ni، 24% Co، 3% Cu، 1% Ti، رصيد الحديد) لديه Br ≈ 1.0 T.
• AlNiCo المصبوب غير الموجه (متجانس الخواص):
  • المدى : 0.6–0.9 تسلا (6000–9000 غاوس).
  • التفسير : تفتقر المغناطيسات متساوية الخواص إلى محاذاة المجال المغناطيسي، مما يؤدي إلى انخفاض قيمة Br. وعادة ما تُستخدم هذه المغناطيسات عندما تكون هناك حاجة إلى أشكال معقدة دون توجيه مغناطيسي دقيق.
  • مثال : النيكو 3 (10% Al، 19% Ni، 13% Co، 3% Cu، Fe) يحتوي على Br ≈ 0.6 T.
• ألنكو المتلبد:
  • المدى : 0.8–1.2 تسلا (8000–12000 غاوس).
  • شرح : تتضمن عملية التلبيد ضغط مسحوق السبيكة تحت الضغط والحرارة. ورغم أن هذه العملية قد تحقق قيمة متوسطة لـ Br، إلا أنها عادةً ما تكون أقل من قيمة Br في حالة الصب غير المتجانس نظرًا لضعف البنية المجهرية. مع ذلك، يمكن لبعض سبائك AlNiCo عالية الجودة المُلبدة (مثل FLNGT42) أن تصل إلى قيمة Br ≈ 1.2 تسلا.

الفرق الرئيسي :

• يحتوي AlNiCo المصبوب غير المتجانس على نسبة بروم أعلى بنسبة 20-50% من الأنواع المتجانسة ونسبة بروم أعلى بنسبة 10-15% من AlNiCo المتلبد في معظم الحالات.

2. الإكراه (Hcb)

• AlNiCo الموجه بالصب (غير متجانس الخواص):
  • النطاق : 40-70 كيلو أمبير/م (500-900 أوي).
  • التفسير : يتميز مركب AlNiCo غير المتجانس بقوة إكراه متوسطة نظرًا لحبيباته المتطاولة والمتراصة. ورغم أنها ليست عالية كقوة إكراه مغناطيسات العناصر الأرضية النادرة، إلا أنها كافية للعديد من التطبيقات.
  • مثال : النيكو 5 (24% Co، 14% Ni، 8% Al، 3% Cu، Ti، Fe) يحتوي على Hcb ≈ 48 كيلو أمبير/م.
• AlNiCo المصبوب غير الموجه (متجانس الخواص):
  • النطاق : 30-50 كيلو أمبير/م (400-600 أوي).
  • التفسير : تتميز المغناطيسات متساوية الخواص بانخفاض الإكراه المغناطيسي لأن اتجاه حبيباتها العشوائي يقلل من مقاومتها لإزالة المغناطيسية.
  • مثال : النيكو 2 (14% Ni، 24% Co، 8% Al، 3% Cu، Fe) يحتوي على Hcb ≈ 40 كيلو أمبير/م.
• ألنكو المتلبد:
  • النطاق : 45-65 كيلو أمبير/م (570-820 أوي).
  • التفسير : يتميز سبيكة AlNiCo المتلبدة عادةً بقوة قسرية أعلى من سبيكة AlNiCo المصبوبة متساوية الخواص ولكنها أقل من سبيكة AlNiCo المصبوبة غير متساوية الخواص بسبب البنية المجهرية الأكثر كثافة والمسامية المنخفضة.
  • مثال : FLNGT28 (درجة متلبدة) لها Hcb ≈ 56 كيلو أمبير/متر.

الفرق الرئيسي :

• يحتوي AlNiCo المصبوب غير المتجانس على Hcb أعلى بنسبة 10-30% من الأنواع المتجانسة و Hcb أعلى بنسبة 5-15% من AlNiCo المتلبد في الدرجات القياسية.

3. أقصى ناتج للطاقة ((BH)max)

• AlNiCo الموجه بالصب (غير متجانس الخواص):
  • النطاق : 28-56 كيلوجول/م³ (3.5-7.0 ميجا جالون مكافئ).
  • التفسير : يحقق مركب AlNiCo غير المتجانس أعلى قيمة لـ (BH)max بفضل بنيته المجهرية المُحسّنة ومحاذاة نطاقاته. وهذا ما يجعله مناسبًا للتطبيقات عالية الطاقة مثل المحركات والمستشعرات.
  • مثال : النيكو 8 (16% Ni، 24% Co، 8% Al، 3% Cu، 1% Ti، رصيد الحديد) لديه (BH) بحد أقصى ≈ 40 كيلوجول/م3.
• AlNiCo المصبوب غير الموجه (متجانس الخواص):
  • النطاق : 8-14 كيلوجول/م³ (1.0-1.8 ميجا جالون مكافئ).
  • التفسير : تتميز المغناطيسات متساوية الخواص بانخفاض كبير في قيمة (BH)max بسبب اتجاه حبيباتها العشوائي، مما يحد من استخدامها في التطبيقات منخفضة الأداء.
  • مثال : النيكو 1 (12% Al، 20% Ni، 5% Co، 2% Cu، Fe) لديه (BH) بحد أقصى ≈ 9 كيلوجول/م3.
• ألنكو المتلبد:
  • النطاق : 20-45 كيلوجول/م³ (2.5-5.6 ميجا جالون مكافئ).
  • شرح : يوفر سبيكة الألومنيوم والنيكل والكوبالت المُلبَّدة طاقة حرارية قصوى (BH) معتدلة ، مما يسد الفجوة بين الدرجات المتجانسة وغير المتجانسة المصبوبة. ويمكن أن تصل الدرجات المُلبَّدة عالية الجودة (مثل FLNGT42) إلى طاقة حرارية قصوى (BH) تبلغ حوالي 45 كيلوجول/م³.

الفرق الرئيسي :

• يتميز AlNiCo المصبوب غير المتجانس بقيم (BH)max أعلى بمقدار 3-5 مرات من الأنواع المتجانسة وقيم (BH)max أعلى بنسبة 20-30% من AlNiCo المتلبد في الدرجات الممتازة.

جدول ملخص لمعلمات المغناطيسية الأساسية

التحليل النقدي للاختلافات

1. التأثير الميكروي البنيوي:
   • يحقق سبيكة الألومنيوم والنيكل والكوبالت المصبوبة غير المتجانسة خصائص فائقة من خلال التصلب الاتجاهي ، الذي يوجه طور α₁ المطول (الغني بالحديد والكوبالت) على طول اتجاه المجال المغناطيسي. ينتج عن ذلك بنية مجهرية عالية التنظيم ذات عيوب قليلة، مما يعزز قيمتي Br و(BH)max.
   • يفتقر سبيكة AlNiCo المصبوبة متساوية الخواص إلى هذا التوافق، مما يؤدي إلى توزيع عشوائي للحبوب وانخفاض الأداء.
   • يتميز سبيكة AlNiCo المتلبدة ببنية مجهرية أكثر كثافة من سبيكة AlNiCo المصبوبة متساوية الخواص، لكنها تفتقر إلى المحاذاة المثالية لسبيكة AlNiCo المصبوبة غير متساوية الخواص، مما يضعها في المنتصف.
2. تركيبة السبيكة:
   • تُظهر درجات الكوبالت العالية (مثل Alnico 5 و 8) إكراهًا أفضل ومنتج طاقة أفضل نظرًا لدور الكوبالت في تثبيت الطور المغناطيسي.
   • تؤدي إضافات التيتانيوم (على سبيل المثال، في Alnico 6 و 8) إلى تحسين الحبيبات وزيادة الإكراه المغناطيسي.
3. قيود العملية:
   • تُحد عملية التلبيد بحجم جزيئات المسحوق وضغط الضغط ، مما يؤثر على الكثافة والمحاذاة.
   • يسمح الصب بأحجام مكونات أكبر ولكنه يتطلب تحكمًا دقيقًا في معدلات التبريد لتجنب العيوب مثل تحولات الطور α-γ، والتي تؤدي إلى تدهور الإكراه المغناطيسي.

توصيات قائمة على التطبيقات

• سبائك AlNiCo المصبوبة غير المتجانسة : الأفضل للمحركات عالية الأداء وأجهزة الاستشعار وتطبيقات الفضاء الجوي حيث يكون الحد الأقصى لمنتج الطاقة واستقرار درجة الحرارة (حتى 550 درجة مئوية) أمرًا بالغ الأهمية.
• AlNiCo المصبوب متساوي الخواص : مناسب للمكونات منخفضة التكلفة وبسيطة الشكل مثل لاقطات الجيتار أو المرحلات حيث يكفي الأداء المعتدل.
• AlNiCo المتلبد : مثالي للأجهزة المصغرة (مثل المحركات الدقيقة) التي تتطلب أداءً معتدلاً مع تفاوتات أبعاد دقيقة .

خاتمة

تتأثر الخصائص المغناطيسية الأساسية لمغناطيسات AlNiCo بشكل كبير بعملية تصنيعها وبنيتها المجهرية. يتفوق AlNiCo المصبوب غير المتناحي على كل من النوعين المتناحي والمُلبد في قيم Br وHcb و(BH)max نظرًا لحبيباته المتراصة وتركيبه الأمثل. مع ذلك، يُعد AlNiCo المُلبد بديلاً اقتصاديًا للتطبيقات الدقيقة الصغيرة ، بينما يظل AlNiCo المصبوب المتناحي مناسبًا للاستخدامات واسعة النطاق ذات الأداء المنخفض . يعتمد الاختيار على المتطلبات المحددة للمغناطيسية المتبقية، والإكراه المغناطيسي، وحاصل الطاقة، ودرجة حرارة التشغيل.