Senz Magnet - Глобален производител на материали за постоянни магнити & Доставчик над 20 години.
Механични свойства на алнико магнитите и сравнение с други постоянни магнити
1. Въведение
Алнико (алуминий-никел-кобалтови) магнити са клас постоянни магнити, разработени през 30-те години на миналия век, известни с отличната си термична стабилност, висока реманентност ( Br ) и умерена коерцитивност ( Hc ). Въпреки че магнитните им свойства са добре документирани, механичните им характеристики – включително твърдост, якост на опън, якост на огъване и жилавост – са също толкова важни за инженерните приложения. Тази статия предоставя подробни данни за механичните свойства на Алнико магнитите и ги сравнява с други постоянни магнити, като например редкоземни (NdFeB, SmCo) и феритни магнити.
2. Механични свойства на алнико магнитите
(1) Твърдост
- Типична стойност : Алнико магнитите обикновено показват твърдост по Рокуел (HRC) от 40–50 или твърдост по Викерс (HV) от 500–700 .
- Фактори, влияещи върху твърдостта:
- Състав на сплавта : По-високото съдържание на кобалт (Co) и никел (Ni) увеличава твърдостта, но намалява пластичността.
- Термична обработка : Правилното стареене и отгряване в разтвор подобряват твърдостта чрез оптимизиране на разпределението на утайката (напр. фази Ni-Al или Co-Ti).
- Микроструктура : Финозърнестите структури с равномерни утайки повишават твърдостта чрез закрепване на доменните стени.
(2) Якост на опън
- Типична стойност : Крайната якост на опън (UTS) на Alnico варира от 150 до 300 MPa , в зависимост от класа на сплавта и метода на обработка.
- Сравнение с други магнити:
- Феритни магнити : По-ниска UTS (~50–100 MPa) поради керамичната им природа.
- NdFeB магнити : По-висока UTS (~300–500 MPa), но крехки, което ограничава обработваемостта.
- SmCo магнити : Умерена UTS (~200–400 MPa) с по-добра жилавост от NdFeB.
(3) Якост на огъване
- Типична стойност : Алнико магнитите имат якост на огъване от 100–200 MPa , което ги прави по-устойчиви на огъване от феритните магнити, но по-малко здрави от редкоземните магнити.
- Ключов фактор : Анизотропната структура на Alnico (поради насоченото втвърдяване) подобрява якостта на огъване по предпочитаните кристалографски оси.
(4) Издръжливост (устойчивост на удар)
- Типична стойност : Алнико магнитите са крехки , с енергия на удар по Шарпи <5 J/cm² , подобна на феритните магнити, но по-ниска от тази на редкоземните магнити.
- Ограничение : Ниската жилавост ограничава Alnico до приложения, където механичните удари са минимални (напр. сензори, аерокосмическа индустрия).
(5) Плътност
- Типична стойност : Алнико има плътност от 7,2–7,6 g/cm³ , по-висока от феритните магнити (4,8–5,2 g/cm³), но по-ниска от NdFeB (7,4–7,6 g/cm³) и SmCo (8,3–8,5 g/cm³).
3. Сравнение с други постоянни магнити
Таблица 1: Механични свойства на постоянните магнити
| Имот | Алнико | NdFeB | SmCo | Ферит |
|---|---|---|---|---|
| Твърдост (HRC) | 40–50 | 55–60 | 50–55 | 30–40 |
| Якост на опън (MPa) | 150–300 | 300–500 | 200–400 | 50–100 |
| Якост на огъване (MPa) | 100–200 | 200–300 | 150–250 | 50–100 |
| Якост (J/cm²) | <5 | 5–10 | 10–15 | <2 |
| Плътност (г/см³) | 7.2–7.6 | 7.4–7.6 | 8.3–8.5 | 4.8–5.2 |
(1) Alnico срещу NdFeB магнити
- Предимства на Алнико:
- По-добра термична стабилност : Alnico запазва магнетизма си до 600°C , докато NdFeB се разгражда над 200°C .
- По-висока обработваемост : Alnico може да се реже, пробива или шлайфа, докато NdFeB изисква диамантени инструменти поради своята твърдост.
- Недостатъци на Алнико:
- Продукт с по-ниска магнитна енергия : Alnico'sBH max (~5–10 MGOe) е много по-нисък от този на NdFeB (~40–50 MGOe).
- По-ниска коерцитивност : Алнико е склонен към размагнетизиране под въздействието на обратни полета.
(2) Alnico срещу SmCo магнити
- Предимства на Алнико:
- По-ниска цена : SmCo съдържа скъпи редкоземни елементи (напр. самарий, диспрозий), което прави Alnico по-икономичен.
- По-добра устойчивост на корозия : Alnico не изисква покрития, докато SmCo може да се окисли във влажна среда.
- Недостатъци на Алнико:
- По-ниски магнитни характеристики : SmCo има по-високиBH макс (~25–32 MGOe) и коерцитивност (~600–800 kA/m).
- По-нисък температурен коефициент : Остатъчната емкост на SmCo се променя по-малко с температурата (-0,03%/°C спрямо -0,02%/°C на Alnico).
(3) Alnico срещу феритни магнити
- Предимства на Алнико:
- По-висока реманентност : Br на Alnico (~1.0–1.4 T) е много по-висок от този на ферита (~0.2–0.4 T).
- По-добра механична якост : Якостта на опън и огъване на Alnico надвишава тази на феритните магнити.
- Недостатъци на Алнико:
- По-висока цена : Феритните магнити са значително по-евтини поради изобилието от суровини (напр. железен оксид, стронциев карбонат).
- По-ниска магнитна стабилност : Феритните магнити имат по-висок температурен коефициент на остатъчно напрежение (~-0,2%/°C).
4. Приложения, базирани на механични свойства
(1) Алнико магнити
- Високотемпературни сензори : Използват се в аерокосмическите и автомобилните сензори поради термичната им стабилност.
- Звукозахвати за електрическа китара : Машинно обработваемите форми и стабилните магнитни полета подобряват качеството на звука.
- Военно оборудване : Устойчиво на размагнетизиране при удар и вибрации.
(2) NdFeB магнита
- Високопроизводителни двигатели : Използват се в електрически превозни средства (EV) и вятърни турбини за максимален въртящ момент.
- ЯМР апарати : Изискват силни магнитни полета за изображения.
(3) SmCo магнити
- Аерокосмически задвижващи механизми : Работят надеждно при екстремни температури.
- Медицински изделия : Използват се в пейсмейкъри и слухови апарати поради биосъвместимост.
(4) Феритни магнити
- Евтини двигатели : Намират се в домакински уреди (напр. хладилници, вентилатори).
- Високоговорители : Осигуряват адекватни магнитни полета с минимални разходи.
5. Заключение
Алнико магнитите проявяват умерена твърдост, якост на опън и якост на огъване, но страдат от ниска жилавост, което ограничава използването им в приложения с високо въздействие. В сравнение с редкоземните магнити (NdFeB, SmCo), Алнико предлага по-добра термична стабилност и обработваемост, но по-ниски магнитни характеристики. Феритните магнити, макар и по-евтини, са по-лоши както по магнитни, така и по механични свойства. Изборът на магнит зависи от изискванията на приложението за температурна устойчивост, магнитна якост, цена и механична издръжливост .
За високотемпературни, прецизни приложения , Alnico остава незаменим, докато високопроизводителните, чувствителни към разходите приложения предпочитат NdFeB или SmCo. Разбирането на тези компромиси е от съществено значение за оптималния избор на магнит в инженерните проекти.
