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

ما هي المغناطيسية المتبقية لمغناطيس AlNiCo؟

2025-12-12

تُعدّ المغناطيسية المتبقية (المغناطيسية المتبقية، ويُرمز لها بـ Br ) لمغناطيسات AlNiCo معيارًا حاسمًا يُحدد أدائها المغناطيسي، وتتراوح عادةً بين 0.8 تسلا و1.35 تسلا (8000 إلى 13500 غاوس) ، وذلك تبعًا لتركيب السبيكة وعملية التصنيع والتوجه البنيوي. فيما يلي تحليل مُفصّل لخصائصها والعوامل المؤثرة فيها وتطبيقاتها العملية:

1. التعريف والأهمية الفيزيائية

يشير مصطلح المغناطيسية المتبقية (Br) إلى كثافة التدفق المغناطيسي التي يحتفظ بها المغناطيس بعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي. وهي تمثل "ذاكرة" محاذاة المغناطيس، وتُعد مقياسًا مباشرًا لقوته المغناطيسية.
بالنسبة لمغناطيس AlNiCo، يعتبر Br مؤشرًا رئيسيًا لقدرته على توليد مجال مغناطيسي مستمر، مما يؤثر على التطبيقات التي تتطلب خرجًا مغناطيسيًا مستقرًا بمرور الوقت.

2. العوامل المؤثرة على المغناطيسية المتبقية في مغناطيسات AlNiCo

أ. تركيب السبيكة

تتكون سبائك AlNiCo بشكل أساسي من الألومنيوم (Al، 8-12٪)، والنيكل (Ni، 15-26٪)، والكوبالت (Co، 5-24٪)، والحديد (Fe)، مع كميات ضئيلة من النحاس (Cu) والتيتانيوم (Ti) لتعزيز الخصائص المغناطيسية.
يؤدي ارتفاع محتوى الكوبالت عمومًا إلى زيادة قيمة Br عن طريق تحسين اصطفاف المجالات المغناطيسية. على سبيل المثال، يُظهر Alnico 8 (الذي يحتوي على نسبة أعلى من الكوبالت) قيمة Br تصل إلى1.35 T ، بينما Alnico 5 (الكوبالت المنخفض) له Br من 1.2-1.3 T.
تعمل إضافات النحاس والتيتانيوم على تحسين البنية المجهرية من خلال التحلل الدوراني، مما يؤدي إلى إنشاء طبقات متناوبة من الأطوار المغناطيسية القوية (الغنية بالحديد والكوبالت) والضعيفة (الغنية بالنيكل والألومنيوم)، مما يعزز البروم والإكراه المغناطيسي.

ب. عملية التصنيع

مغناطيسات ألنكو المصبوبة:
- يتم إنتاجها عن طريق صهر السبيكة وصبها في قوالب، متبوعة بمعالجة حرارية لمحاذاة المجالات المغناطيسية.
- Br الأعلى : يتراوح عادةً من 1.2 إلى 1.35 تسلا بالنسبة لـ Alnico 5 و 8 المصبوبة غير المتناحية (الموجهة اتجاهيًا).
- التحكم في البنية المجهرية : تسمح عملية الصب بالتحكم الدقيق في اتجاه الحبيبات، مما يزيد من نسبة البروم في الاتجاه المفضل.
مغناطيسات ألنكو المتلبدة:
- مصنوعة عن طريق ضغط مسحوق السبيكة في أشكال مختلفة وتلبيدها في درجات حرارة عالية.
- Br السفلي : يتراوح بشكل عام من 0.8 إلى 1.0 تسلا بسبب المسامية المتبقية وعدم انتظام محاذاة المجال.
- المفاضلة : يوفر Alnico المتلبد دقة أبعاد أفضل وقوة ميكانيكية أكبر ولكنه يضحي بالأداء المغناطيسي مقارنة بالأنواع المصبوبة.

ج. التوجه الهيكلي (التباين مقابل التماثل)

ألنكو غير متناحٍ:
- يتم مغنطتها في اتجاه محدد أثناء التصنيع، مما ينتج عنه قيمة أعلى للبروم (تصل إلى1.35 T ) والإكراه.
- مثال: مادة ألنكو 8 (غير متناحية الخواص) لها قيمة Br تساوي1.35 T بينما يمتلك Alnico 5 متساوي الخواص قيمة Br تبلغ1.2 T .
ألنكو متساوي الخواص:
- يفتقر إلى المحاذاة الاتجاهية، مما يؤدي إلى توزيع موحد للبروم في جميع الاتجاهات ولكن بقيم إجمالية أقل (عادةً 0.8-1.0 تسلا).).
- يستخدم في التطبيقات التي تتطلب مجالات مغناطيسية متعددة الاتجاهات، مثل أجهزة الاستشعار والمشغلات.

د. المعالجة الحرارية

التلدين والتقادم : تعمل المعالجات الحرارية بعد التصنيع على تثبيت البنية المجهرية، وتعزيز Br عن طريق تقليل الإجهادات الداخلية وتحسين محاذاة المجال.
التحلل الدوراني : عملية معالجة حرارية محددة تعمل على إنشاء بنية دقيقة صفائحية، مما يزيد من البروم والإكراه المغناطيسي عن طريق تحسين توزيع الأطوار المغناطيسية.

3. مقارنة مع المواد المغناطيسية الأخرى

مادة	المغناطيسية المتبقية (Br, T)	الإكراه (Hc، كيلو أمبير/متر)	أقصى ناتج للطاقة (BHmax، MGOe)	ثبات درجة الحرارة (°م)
ألنكو (مصبوب)	1.2–1.35	48–160	5–11	يصل إلى 550
ألنكو (مُلبّد)	0.8–1.0	40–120	4.45–5.5	ما يصل إلى 500
الفريت	0.2–0.4	16-24	3.5–5	حتى 250
الساماريوم والكوبالت	0.8–1.1	750–2400	18-35	يصل إلى 350
النيوديميوم والحديد والبورون	1.0–1.5	800–2800	35–55	ما يصل إلى 150

الملاحظات الرئيسية:
- تُظهر مغناطيسات AlNiCo نسبة Br أعلى من مغناطيسات الفريت ولكنها أقل من مغناطيسات العناصر الأرضية النادرة مثل NdFeB و SmCo.
- ومع ذلك، فإن معامل درجة الحرارة المنخفض لـ AlNiCo (-0.02% لكل درجة مئوية) يضمن استقرار البروم حتى في درجات الحرارة العالية (حتى 550 درجة مئوية )، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات الفضاء والصناعات.
- في المقابل، تفقد مغناطيسات NdFeB كمية كبيرة من البروم فوق 150 درجة مئوية ، بينما تتدهور مغناطيسات SmCo فوق 350 درجة مئوية .

4. الآثار العملية للمغناطيسية المتبقية في مغناطيسات AlNiCo

أ. استقرار درجات الحرارة العالية

يُمكّن معامل البروم العالي ومعامل درجة الحرارة المنخفض لمادة AlNiCo من الحفاظ على الأداء المغناطيسي في البيئات القاسية، مثل:
- الفضاء الجوي : يستخدم في أجهزة الاستشعار والمشغلات التي تعمل بالقرب من أو فوق 200 درجة مئوية .
- المحركات الصناعية : تُستخدم في المحركات ذات درجات الحرارة العالية حيث قد تفقد المغناطيسات الأخرى مغناطيسيتها.
- المعدات العسكرية : تُستخدم في أنظمة التوجيه وأجهزة الاتصال التي تتطلب مجالات مغناطيسية موثوقة.

ب. مقاومة التآكل

على عكس مغناطيس NdFeB، لا يتطلب AlNiCo طلاءات أو طبقات لمقاومة التآكل، مما يقلل من تعقيد التصنيع وتكاليف الصيانة على المدى الطويل.
وهذا يجعل AlNiCo مناسبًا للتطبيقات الخارجية والبحرية حيث يكون التعرض للرطوبة والمواد الكيميائية أمرًا شائعًا.

ج. اعتبارات التصميم

انخفاض الإكراه المغناطيسي : إن انخفاض الإكراه المغناطيسي لمادة AlNiCo نسبياً (عادةً 48-160 كيلو أمبير/متر ) يجعلها عرضة لإزالة المغناطيسية من المجالات الخارجية أو الصدمات الميكانيكية.
- التخفيف : غالبًا ما يتم تصميم أشكال المغناطيس على شكل أسطوانات أو قضبان طويلة لتعزيز الإكراه من خلال التأثيرات الهندسية.
- التمغنط المستقر : يعد التمغنط المسبق والتعامل مع الحالة المستقرة أمراً ضرورياً لمنع الخسائر غير القابلة للعكس في البروم.
الهشاشة : مغناطيس AlNiCo صلب وهش، مما يحد من إمكانية تشكيله إلى الطحن أو التصنيع بالتفريغ الكهربائي (EDM).
- الأشكال المخصصة : تسمح عمليات الصب والتلبيد بإنتاج أشكال معقدة، مثل المغناطيسات على شكل حدوة حصان والمغناطيسات الحلقية، لتلبية متطلبات التطبيق المحددة.

د. موازنة التكلفة والأداء

على الرغم من أن مغناطيس AlNiCo أغلى ثمناً من مغناطيس الفريت، إلا أنه يوفر أداءً أفضل في التطبيقات التي يكون فيها استقرار درجة الحرارة والمتانة أهم من الحاجة إلى قوة مغناطيسية فائقة.
تطبيقات متخصصة:
- الفواصل المغناطيسية : تستخدم في صناعات التعدين وإعادة التدوير لفصل المواد الحديدية في درجات حرارة عالية.
- لاقطات الغيتار الكهربائي : يفضل عازفو الغيتار نغمة AlNiCo الدافئة والموسيقية لاستجابتها الترددية المتوازنة.
- أجهزة الاستشعار والمحركات : تُستخدم في أنظمة الأتمتة الصناعية والسيارات التي تتطلب استشعارًا مغناطيسيًا دقيقًا.

5. السياق التاريخي والتطور

التطور المبكر : ظهرت مادة AlNiCo في ثلاثينيات القرن العشرين كواحدة من أوائل المغناطيسات الدائمة عالية الطاقة، لتحل محل الفولاذ الكربوني والفولاذ التنجستن (Br ~0.2 T).
الأداء الأمثل : بحلول الخمسينيات من القرن الماضي، وصلت قيم Br لـ Alnico 5 و 8 إلى 1.2-1.35 T ، مما أدى إلى هيمنتها على التطبيقات في المحركات ومكبرات الصوت والفواصل المغناطيسية حتى ظهور مغناطيسات الأرض النادرة في السبعينيات والثمانينيات.
الاستخدام الحديث : على الرغم من أن مادة AlNiCo قد طغى عليها NdFeB و SmCo في معظم الإلكترونيات الاستهلاكية، إلا أنها لا تزال ذات أهمية بالغة في الأسواق المتخصصة حيث لا يمكن الاستغناء عن قدرتها على تحمل درجات الحرارة ومقاومتها للتآكل.