نامگذاری درجهبندی آهنربای آلنیکو و تفاوتهای ترکیب هسته
آهنرباهای آلنیکو (آلومینیوم-نیکل-کبالت) دستهای از آهنرباهای دائمی هستند که در اوایل قرن بیستم توسعه یافتند و به دلیل پایداری دمایی عالی، مقاومت در برابر خوردگی و چگالی شار مغناطیسی بالا در دماهای بالا شناخته میشوند. آنها عمدتاً از آهن (Fe)، آلومینیوم (Al)، نیکل (Ni) و کبالت (Co) تشکیل شدهاند و به مقدار کمی مس (Cu)، تیتانیوم (Ti) یا نیوبیوم (Nb) برای اصلاح ریزساختار و افزایش خواص مغناطیسی به آنها اضافه شده است.
آهنرباهای آلنیکو بر اساس ترکیب و عملکرد مغناطیسی خود به درجات مختلفی طبقهبندی میشوند، با نامهای رایج مانند آلنیکو ۲، آلنیکو ۵، آلنیکو ۸ و آلنیکو ۹. علاوه بر این، برخی از درجات تخصصی مانند آهنرباهای SmCo (ساماریوم-کبالت) نوع ۲:۱۷ گاهی اوقات به دلیل محتوای کبالت در همان زمینه ذکر میشوند، اگرچه آنها به خانواده متفاوتی از آهنرباهای خاکی کمیاب تعلق دارند. این مقاله بر روی درجات آلنیکو و نامگذاری آنها تمرکز دارد، در حالی که به طور خلاصه آنها را از سایر آهنرباهای حاوی کبالت متمایز میکند.
2. نامگذاری گرید آلنیکو: مبانی و استانداردها
2.1 نامگذاری استاندارد MMPA
شناختهشدهترین قرارداد نامگذاری برای آهنرباهای آلنیکو ، استاندارد MMPA (انجمن تولیدکنندگان مواد مغناطیسی) است که بر اساس خواص مغناطیسی و ترکیب آنها، درجههای عددی (مثلاً آلنیکو ۲، آلنیکو ۵، آلنیکو ۸) را تعیین میکند. این درجهها استاندارد شدهاند تا به کاربران در انتخاب آهنربای مناسب برای کاربردهای خاص کمک کنند.
۲.۲ نامگذاری چینی
در چین، گریدهای آلنیکو اغلب با ترکیبی از حروف و اعداد پینیین چینی مشخص میشوند. به عنوان مثال:
- LNG یاLNGT پیشوندها نشان دهنده ریختهگری آلنیکو هستند (که در آن "LNGT" شامل تیتانیوم نیز میشود).
- پیشوندهای F نشان دهنده آلنیکو متخلخل هستند.
- اعداد بعد از پیشوند نشان دهنده حداقل مقدار حداکثر انرژی حاصل از ضرب (BH) max بر حسب کیلوژول بر متر مکعب هستند.
- پسوند «J» ممکن است نشاندهنده آلیاژی با وادارندگی بالا باشد.
۲.۳ سایر قراردادهای نامگذاری
برخی از تولیدکنندگان از نامهای اختصاصی مانند Columax، Alcomax، Hycomax یا Ticonal استفاده میکنند، اگرچه این نامها در ادبیات فنی مدرن کمتر رایج هستند. درجات عددی MMPA همچنان قابل درکترین در سطح جهانی هستند.
۳. تفاوتهای اصلی ترکیبی بین گریدهای آلنیکو
تمایز اصلی بین گریدهای Alnico در میزان کبالت (Co) آنها نهفته است که مستقیماً بر خواص مغناطیسی آنها تأثیر میگذارد. عناصر دیگری مانند نیکل (Ni)، آلومینیوم (Al)، مس (Cu) و تیتانیوم (Ti) نیز نقشهای مهمی در تعیین عملکرد دارند. در زیر جزئیات گریدهای کلیدی Alnico و ترکیبات آنها آمده است:
۳.۱ آلنیکو ۲
- ترکیب : تقریباً ۵٪ آلومینیوم، ۱۵٪ نیکل، ۲۰٪ کبالت، ۵۵٪ آهن، ۱٪ مس .
- خواص مغناطیسی:
- پسماند (Br) : متوسط (حدود 0.7-0.9 T).
- وادارندگی (Hc) : کم (حدود ۴۰-۵۰ کیلوآمپر بر متر).
- حداکثر انرژی تولیدی (BHmax) : کم (حدود ۵ تا ۱۰ کیلوژول بر متر مکعب).
- ویژگیها:
- ایزوتروپیک (خواص مغناطیسی غیر جهتدار).
- مناسب برای کاربردهای میدان کم که در آنها هزینه و سهولت مغناطیس سازی در اولویت هستند.
- اغلب در سنسورها، رلهها و موتورهای کممصرف استفاده میشود.
۳.۲ آلنیکو ۵
- ترکیب : تقریباً ۸٪ آلومینیوم، ۱۵٪ نیکل، ۲۴٪ کبالت، ۳۵٪ آهن، ۴٪ مس، ۱٪ تیتانیوم .
- خواص مغناطیسی:
- پسماند (Br) : زیاد (حدود ۱.۰ تا ۱.۳ تسلا).
- وادارندگی (Hc) : متوسط (حدود ۴۸ تا ۱۶۰ کیلوآمپر بر متر).
- حداکثر انرژی تولیدی (BHmax) : متوسط تا زیاد (حدود ۲۵ تا ۴۰ کیلوژول بر متر مکعب).
- ویژگیها:
- ناهمسانگرد (خواص مغناطیسی جهتدار که از طریق عملیات حرارتی در یک میدان مغناطیسی حاصل میشود).
- عملکرد متعادل با پایداری دمایی خوب.
- به طور گسترده در موتورهای الکتریکی، ژنراتورها، بلندگوها و جداکنندههای مغناطیسی استفاده میشود.
۳.۳ آلنیکو ۸
- ترکیب : تقریباً ۸٪ آلومینیوم، ۲۴٪ نیکل، ۱۴٪ کبالت، ۴۶٪ آهن، ۲٪ تیتانیوم .
- خواص مغناطیسی:
- پسماند (Br) : بسیار بالا (حدود ۱.۱ تا ۱.۴ تسلا).
- وادارندگی (Hc) : بالا (حدود ۱۶۰ تا ۲۴۰ کیلوآمپر بر متر).
- حداکثر انرژی تولیدی (BHmax) : بالا (حدود ۳۵ تا ۵۰ کیلوژول بر متر مکعب).
- ویژگیها:
- ناهمسانگرد با عملکرد مغناطیسی برتر در مقایسه با آلنیکو ۵.
- پایداری دمایی عالی و مقاومت در برابر خوردگی.
- در موتورها، حسگرها و تجهیزات صوتی با کارایی بالا که در آنها حداکثر خروجی مغناطیسی مورد نیاز است، استفاده میشود.
۳.۴ آلنیکو ۹
- ترکیب : مشابه آلنیکو ۸ اما با نسبتهای کمی تعدیلشده (مثلاً محتوای کبالت یا تیتانیوم بالاتر).
- خواص مغناطیسی:
- ماندگاری (Br) : قابل مقایسه با آلنیکو ۸.
- وادارندگی (Hc) : بالاتر از آلنیکو ۸.
- حداکثر تولید انرژی (BHmax) : جزو بالاترینها در خانواده آلنیکو.
- ویژگیها:
- کمتر از آلنیکو ۵ و ۸ رایج است، اما در کاربردهای تخصصی که نیاز به عملکرد مغناطیسی شدید دارند، استفاده میشود.
۳.۵ روندهای کلیدی در ترکیب و عملکرد
- محتوای کبالت : محتوای بالاتر کبالت عموماً باعث افزایش پسماند (Br) و حداکثر حاصلضرب انرژی (BHmax) میشود، اما ممکن است وادارندگی (Hc) را کمی کاهش دهد، مگر اینکه با عناصر دیگری مانند Ti متعادل شود.
- میزان نیکل : نیکل بالاتر، وادارندگی و پایداری دمایی را بهبود میبخشد، اما اگر با کبالت متعادل نشود، ممکن است پسماند را کاهش دهد.
- آلومینیوم و مس : این عناصر به تشکیل ریزساختار مطلوب (مثلاً رسوبات کشیده NiAl برای ناهمسانگردی شکل) کمک میکنند و خواص مغناطیسی را افزایش میدهند.
- تیتانیوم : در برخی گریدها (مثلاً آلنیکو ۸) برای اصلاح ساختار دانه و بهبود وادارندگی اضافه میشود.
۴. مقایسه با سایر آهنرباهای حاوی کبالت: SmCo نوع ۲:۱۷
اگرچه آهنربای ساماریوم-کبالت (SmCo) از نوع 2:17 از جنس آلنیکو نیست، اما به دلیل محتوای کبالت و ویژگیهای عملکرد بالای آن، شایان ذکر است. برخلاف آلنیکو، SmCo به خانواده آهنرباهای خاکی کمیاب تعلق دارد و با وجود هزینههای بالای مواد و تولید، خواص مغناطیسی برتری ارائه میدهد.
۴.۱ ترکیب
- SmCo نوع ۲:۱۷ : تقریباً حاوی ۲۳ تا ۲۸ درصد کبالت ، به همراه Sm (ساماریوم)، Fe (آهن)، Cu (مس) و Zr (زیرکونیوم) است.
- خواص مغناطیسی:
- پسماند (Br) : تا ۱.۱ تا ۱.۲ تسلا
- وادارندگی (Hc) : بسیار بالا (تا ۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ کیلوآمپر بر متر).
- حداکثر انرژی تولیدی (BHmax) : بسیار بالا (تا ۲۵۰-۳۰۰ کیلوژول بر متر مکعب).
- ویژگیها:
- پایداری دمایی فوقالعاده (قابل استفاده تا ۳۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد).
- بسیار مقاوم در برابر خوردگی و مغناطیسزدایی.
- در هوافضا، نظامی و کاربردهای صنعتی سطح بالا که در آنها عملکرد بر هزینه برتری دارد، مورد استفاده قرار میگیرد.
۴.۲ تفاوتهای کلیدی با آلنیکو
- خانواده مواد : آلنیکو یک آهنربای آلیاژ فلزی است، در حالی که SmCo یک آهنربای عناصر خاکی کمیاب است.
- عملکرد مغناطیسی : SmCo به طور قابل توجهی از نظر وادارندگی و تولید انرژی از Alnico بهتر عمل میکند اما گرانتر است.
- پایداری دمایی : هر دو پایداری عالی ارائه میدهند، اما SmCo حد بالای دمایی بالاتری دارد.
- کاربردها : آلنیکو برای کاربردهای حساس به هزینه و دما بالا ترجیح داده میشود، در حالی که SmCo در مواردی که حداکثر عملکرد حیاتی است، استفاده میشود.
۵. مقرون به صرفه بودن و انتخاب مبتنی بر کاربرد
انتخاب گرید آلنیکو به متعادل کردن عملکرد مغناطیسی، پایداری دمایی، مقاومت در برابر خوردگی و هزینه بستگی دارد. محتوای کبالت بالاتر عموماً عملکرد را بهبود میبخشد اما هزینههای مواد و پردازش را افزایش میدهد. "نقطه بهینه" برای مقرون به صرفه بودن بسته به کاربرد متفاوت است:
۵.۱ برنامههای کمهزینه و کمعملکرد
- آلنیکو ۲ : مناسب برای سنسورها، رلهها و موتورهای کممصرف که در آنها خروجی مغناطیسی متوسط کافی است.
۵.۲ کاربردهای عملکرد متوازن
- آلنیکو ۵ : پرکاربردترین گرید، که تعادل خوبی بین هزینه و عملکرد برای موتورهای الکتریکی، ژنراتورها و بلندگوها ارائه میدهد.
۵.۳ برنامههای کاربردی با کارایی بالا
- آلنیکو ۸ : در موتورها، حسگرها و تجهیزات صوتی با کارایی بالا که در آنها حداکثر خروجی مغناطیسی مورد نیاز است و هزینه اهمیت کمتری دارد، استفاده میشود.
۵.۴ کاربردهای تخصصی
- آلنیکو ۹ یا SmCo : برای کاربردهای خاص که نیاز به عملکرد بسیار بالا یا پایداری دمایی فراتر از قابلیتهای آلنیکو دارند، رزرو شده است.
۶. نتیجهگیری
آهنرباهای آلنیکو بر اساس ترکیب و خواص مغناطیسی خود به گریدهایی (مثلاً آلنیکو ۲، ۵، ۸، ۹) طبقهبندی میشوند که محتوای کبالت عامل اصلی تمایز آنهاست. گریدهای بالاتر کبالت (مثلاً آلنیکو ۸) عملکرد مغناطیسی بهتری ارائه میدهند اما با هزینه بالاتر، در حالی که گریدهای پایینتر کبالت (مثلاً آلنیکو ۲) یک راه حل مقرون به صرفه برای کاربردهای کمهزینهتر ارائه میدهند. نامگذاری استاندارد MMPA و سیستمهای مبتنی بر پینیین چینی به کاربران کمک میکند تا گرید مناسب برای نیازهای خود را شناسایی و انتخاب کنند.
اگرچه آهنرباهای آلنیکو به دلیل پایداری دمایی و مقاومت در برابر خوردگی همچنان ارزشمند هستند، اما در کاربردهای با کارایی بالا با رقابت آهنرباهای کمیاب مانند SmCo روبرو هستند. با این حال، مزایای منحصر به فرد آلنیکو، اهمیت مداوم آن را در صنایعی مانند خودرو، هوافضا و لوازم الکترونیکی مصرفی تضمین میکند. کلید بهینهسازی مقرون به صرفه بودن، تطبیق درجه آهنربا با الزامات خاص کاربرد و تضمین بهترین تعادل بین عملکرد و هزینه است.
