ما هو نطاق سعة تخزين الطاقة المغناطيسية لمغناطيسات AlNiCo؟

يتفاوت نطاق طاقة المغناطيس القصوى (BHmax) لمغناطيسات الألنيكو بشكل كبير تبعًا لعملية التصنيع، وتركيب السبيكة، والتوجه الهيكلي، ويتراوح عادةً بين 4.45 و11 ميغا غاوس أورستد (36-90 كيلو جول/م³) . فيما يلي تفصيل للعوامل المؤثرة على هذا النطاق وتطبيقاته العملية:

1. عملية التصنيع: الصب مقابل التلبيد

• مغناطيسات ألنكو المصبوبة:
  • يتم إنتاجها عن طريق صهر السبيكة وصبها في قوالب، متبوعة بمعالجة حرارية لمحاذاة المجالات المغناطيسية.
  • ناتج الطاقة المغناطيسية الأعلى : يتراوح عادةً من 4.25 إلى 10 ميجا أورستد (34-80 كيلو جول / م³) بالنسبة لـ alnico المصبوب غير المتجانس (الموجه اتجاهيًا).
  • مثال : Alnico 5 (متساوي الخواص) لديه BHmax يبلغ حوالي 5 MGOe، بينما Alnico 8 (غير متساوي الخواص) يمكن أن يصل إلى 11 MGOe (90 كيلو جول / م³) .
• مغناطيس ألنكو المتلبد:
  • مصنوعة عن طريق ضغط مسحوق السبيكة في أشكال مختلفة وتلبيدها في درجات حرارة عالية.
  • انخفاض ناتج الطاقة المغناطيسية : يتراوح بشكل عام من 4.45 إلى 5.5 ميجا أورستد (36-44 كيلو جول / م³) بسبب المسامية المتبقية وعدم انتظام محاذاة المجال.
  • المفاضلة : يوفر الألنيكو المتلبد دقة أبعاد أفضل وقوة ميكانيكية أكبر ولكنه يضحي بالأداء المغناطيسي مقارنة بالأنواع المصبوبة.

2. تركيب السبيكة والتوجه الهيكلي

• العناصر الرئيسية : تتكون سبائك Alnico بشكل أساسي من الحديد (Fe) والألومنيوم (Al، 8-12٪) والنيكل (Ni، 15-26٪) والكوبالت (Co، 5-24٪)، مع كميات ضئيلة من النحاس (Cu) والتيتانيوم (Ti) لتعزيز الخصائص المغناطيسية.
• الخواص المتباينة مقابل الخواص المتجانسة:
  • يتميز الألنيكو غير المتجانس (مثل Alnico 5، Alnico 8) بتوجه مغناطيسي مفضل يتم تحقيقه أثناء الصب أو المعالجة الحرارية، مما يؤدي إلى قيم BHmax أعلى.
  • يفتقر الألنيكو المتساوي الخواص إلى المحاذاة الاتجاهية، مما يؤدي إلى انخفاض ناتج الطاقة المغناطيسية ولكن إلى أداء موحد في جميع الاتجاهات.
• التحلل الدوراني : ظاهرة بنيوية دقيقة في مادة الألنيكو حيث يؤدي التبريد من درجات حرارة عالية إلى تكوين طبقات متناوبة من الأطوار المغناطيسية القوية (غنية بالحديد والكوبالت) والضعيفة (غنية بالنيكل والألومنيوم)، مما يعزز الإكراه المغناطيسي والمغناطيسية المتبقية.

3. مقارنة الأداء مع المواد المغناطيسية الأخرى

• مغناطيسات الفريت:
  • BHmax: 3.5–5 MGOe (28–40 كيلو جول/م³) .
  • تكلفة أقل ولكنها أضعف بكثير من مادة الألنيكو، مما يحد من استخدامها في التطبيقات عالية الأداء.
• مغناطيس الساماريوم والكوبالت (SmCo):
  • BHmax: 18–35 MGOe (144–280 كيلو جول/م³) .
  • يتفوق على الألنيكو في كثافة الطاقة ولكنه أغلى ثمناً وأقل استقراراً حرارياً.
• مغناطيس النيوديميوم-الحديد-البورون (NdFeB):
  • BHmax: 35–55 MGOe (280–440 كيلوجول/م³) .
  • أقوى المغناطيسات الدائمة ولكنها عرضة للتآكل وإزالة المغناطيسية الحرارية فوق 150 درجة مئوية.
• مكانة الألنيكو:
  • يتفوق في البيئات ذات درجات الحرارة العالية (حتى 550 درجة مئوية ) نظرًا لارتفاع درجة حرارة كوري الخاصة به ( 840-890 درجة مئوية).).
  • إن انخفاض الإكراه المغناطيسي ( 36-160 كيلو أمبير/متر ) يجعله عرضة لإزالة المغناطيسية من المجالات الخارجية أو الصدمات الميكانيكية، ولكن يتم التخفيف من ذلك في الأنظمة المصممة بعناية.

4. التطبيقات العملية واعتبارات التصميم

• استقرار درجات الحرارة العالية : إن قدرة مادة ألنكو على الاحتفاظ بالمغناطيسية في درجات الحرارة المرتفعة تجعلها مثالية لأجهزة الاستشعار في مجال الطيران والفضاء، والجيش، والصناعة التي تعمل بالقرب من أو فوق 200 درجة مئوية.
• مقاومة التآكل : على عكس NdFeB، لا يتطلب الألنيكو طلاءات، مما يقلل من تعقيد التصنيع وتكاليف الصيانة على المدى الطويل.
• التوازن بين التكلفة والأداء : على الرغم من أن مغناطيسات الألنيكو أغلى من مغناطيسات الفريت، إلا أنها توفر أداءً أفضل في التطبيقات التي تفوق فيها استقرار درجة الحرارة والمتانة الحاجة إلى قوة مغناطيسية فائقة.
• قيود التصميم:
  • إن انخفاض الإكراه المغناطيسي يستلزم التعامل الحذر لتجنب إزالة المغناطيسية (على سبيل المثال، استخدام مثبتات في مجموعات المغناطيس).
  • تتطلب الطبيعة الهشة تغليفًا واقيًا لمنع التكسر أثناء النقل أو التركيب.

5. السياق التاريخي والتطور

• التطور المبكر : ظهر Alnico في ثلاثينيات القرن العشرين كواحد من أوائل المغناطيسات الدائمة عالية الطاقة، ليحل محل الفولاذ الكربوني والفولاذ التنجستن (BHmax ~2.7 kJ/m³).
• الأداء الأمثل : بحلول الخمسينيات من القرن العشرين، وصلت قيم BHmax لـ alnico 5 و 8 إلى 5-11 MGOe ، مما أدى إلى هيمنتها على التطبيقات في المحركات ومكبرات الصوت والفواصل المغناطيسية حتى ظهور SmCo و NdFeB في السبعينيات والثمانينيات.
• الاستخدام الحديث : على الرغم من أن المغناطيسات الأرضية النادرة طغت عليها في معظم الإلكترونيات الاستهلاكية، إلا أن مادة الألنيكو لا تزال ذات أهمية بالغة في الأسواق المتخصصة حيث لا يمكن الاستغناء عن قدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية ومقاومتها للتآكل.