چه تفاوت‌های مشخصی در سه پارامتر مغناطیسی هسته آهنرباهای AlNiCo ریختگی جهت‌دار، آهنرباهای AlNiCo ریختگی غیر جهت‌دار و آهنرباهای AlNiCo تف‌جوشی شده وجود دارد؟

سه پارامتر مغناطیسی اصلی - پسماند مغناطیسی (Br) ، وادارندگی مغناطیسی (Hcb) و حاصلضرب انرژی حداکثر ((BH)max) - به دلیل تفاوت در فرآیندهای تولید، ریزساختارها و ترکیبات آلیاژ، به طور قابل توجهی در بین آهنرباهای AlNiCo ریخته‌گری شده جهت‌دار (ناهمسانگرد) ، AlNiCo ریخته‌گری شده غیر جهت‌دار (ایزوتروپیک) و AlNiCo تف‌جوشی شده متفاوت است. در زیر مقایسه دقیقی بر اساس داده‌های تجربی و اصول علم مواد ارائه شده است:

۱. ماندگاری (Br)

• ریخته‌گری جهت‌دار (ناهمسانگرد) AlNiCo:
  • برد : ۱.۰ تا ۱.۳۵ تسلا (۱۰۰۰۰ تا ۱۳۵۰۰ گاوس).
  • توضیح : آهنرباهای AlNiCo ناهمسانگرد به دلیل جهت‌گیری کریستالی ترجیحی که در طول انجماد جهت‌دار القا می‌شود (مثلاً استفاده از میدان مغناطیسی در طول ریخته‌گری)، به Br بالاتری دست می‌یابند. این امر حوزه‌های مغناطیسی را همسو می‌کند و پسماند را به حداکثر می‌رساند.
  • مثال : Alnico 6 (8٪ Al، ​​16٪ Ni، 24٪ Co، 3٪ مس، 1٪ Ti، تعادل آهن) دارای Br ≈ 1.0 T است.
• ریخته‌گری غیر جهت‌دار (ایزوتروپیک) AlNiCo:
  • برد : ۰.۶ تا ۰.۹ تسلا (۶۰۰۰ تا ۹۰۰۰ گاوس).
  • توضیح : آهنرباهای ایزوتروپیک فاقد هم‌ترازی دامنه هستند، در نتیجه Br کمتری دارند. آنها معمولاً در جایی استفاده می‌شوند که اشکال پیچیده بدون جهت‌گیری مغناطیسی دقیق مورد نیاز باشد.
  • مثال : Alnico 3 (10٪ Al، ​​19٪ Ni، 13٪ Co، 3٪ مس، تعادل آهن) دارای Br ≈ 0.6 T است.
• AlNiCo متخلخل:
  • محدوده : ۰.۸ تا ۱.۲ تسلا (۸۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ گاوس).
  • توضیح : تف‌جوشی شامل فشرده‌سازی آلیاژ پودری تحت فشار و گرما است. اگرچه این فرآیند می‌تواند به Br متوسطی دست یابد، اما به دلیل ریزساختارهای کمتر بهینه‌شده، عموماً کمتر از ناهمسانگرد ریخته‌گری شده است. با این حال، برخی از AlNiCo تف‌جوشی‌شده با درجه بالا (به عنوان مثال، FLNGT42) می‌توانند به Br ≈ 1.2 T برسند.

تفاوت کلیدی :

• AlNiCo ناهمسانگرد ریخته‌گری شده در بیشتر موارد ، Br 20 تا 50 درصد بیشتر از انواع ایزوتروپیک و Br 10 تا 15 درصد بیشتر از AlNiCo تف جوشی شده دارد.

۲. وادارندگی (Hcb)

• ریخته‌گری جهت‌دار (ناهمسانگرد) AlNiCo:
  • محدوده : 40-70 kA/m (500-900 Oe).
  • توضیح : AlNiCo ناهمسانگرد به دلیل دانه‌های کشیده و هم‌تراز خود، وادارندگی متوسطی از خود نشان می‌دهد. اگرچه به اندازه آهنرباهای خاکی کمیاب قوی نیست، اما برای بسیاری از کاربردها کافی است.
  • به عنوان مثال : Alnico 5 (24٪ Co، 14٪ Ni، 8٪ Al، ​​3٪ مس، Ti، تعادل آهن) دارای Hcb ≈ 48 kA/m است.
• ریخته‌گری غیر جهت‌دار (ایزوتروپیک) AlNiCo:
  • محدوده : 30-50 kA/m (400-600 Oe).
  • توضیح : آهنرباهای ایزوتروپیک به دلیل جهت‌گیری تصادفی دانه‌هایشان، مقاومت در برابر مغناطیس‌زدایی را کاهش می‌دهند و وادارندگی کمتری دارند.
  • مثال : Alnico 2 (14% Ni، 24% Co، 8% Al، 3% Cu، تعادل آهن) دارای Hcb ≈ 40 kA/m است.
• AlNiCo متخلخل:
  • محدوده : 45-65 kA/m (570-820 Oe).
  • توضیح : AlNiCo زینتر شده معمولاً به دلیل ریزساختارهای متراکم‌تر و تخلخل کمتر ، وادارندگی بالاتری نسبت به نمونه ایزوتروپیک ریخته‌گری شده دارد، اما از نمونه ناهمسانگرد ریخته‌گری شده کمتر است .
  • مثال : FLNGT28 (نوعی آلیاژ زینتر شده) دارای Hcb ≈ 56 kA/m است.

تفاوت کلیدی :

• AlNiCo ناهمسانگرد ریخته‌گری شده، Hcb 10 تا 30 درصد بیشتر از انواع ایزوتروپیک و Hcb 5 تا 15 درصد بیشتر از AlNiCo زینتر شده در گریدهای استاندارد دارد.

۳. حداکثر حاصلضرب انرژی ((BH)max)

• ریخته‌گری جهت‌دار (ناهمسانگرد) AlNiCo:
  • محدوده : ۲۸ تا ۵۶ کیلوژول بر متر مکعب (۳.۵ تا ۷.۰ مگاژول به ازای هر متر مکعب).
  • توضیح : AlNiCo ناهمسانگرد به دلیل ریزساختار بهینه و هم‌ترازی دامنه، بالاترین (BH)max را به دست می‌آورد. این امر آن را برای کاربردهای پرانرژی مانند موتورها و حسگرها مناسب می‌کند.
  • مثال : Alnico 8 (16٪ Ni، 24٪ Co، 8٪ Al، ​​3٪ مس، 1٪ Ti، تعادل آهن) دارای (BH) max ≈ 40 kJ/m³ است.
• ریخته‌گری غیر جهت‌دار (ایزوتروپیک) AlNiCo:
  • محدوده : ۸ تا ۱۴ کیلوژول بر متر مکعب (۱.۰ تا ۱.۸ مگاژول به ازای هر متر مکعب).
  • توضیح : آهنرباهای ایزوتروپیک به دلیل جهت‌گیری تصادفی دانه‌هایشان، حداکثر (BH) بسیار پایین‌تری دارند و همین امر استفاده از آنها را به کاربردهای با کارایی پایین محدود می‌کند.
  • مثال : Alnico 1 (12٪ Al، ​​20٪ Ni، 5٪ Co، 2٪ مس، تعادل آهن) دارای (BH) max ≈ 9 kJ/m³ است.
• AlNiCo متخلخل:
  • محدوده : ۲۰ تا ۴۵ کیلوژول بر متر مکعب (۲.۵ تا ۵.۶ مگاژول به ازای هر متر مکعب).
  • توضیح : AlNiCo زینتر شده (BH)max متوسطی ارائه می‌دهد و شکاف بین گریدهای ایزوتروپیک و آنیزوتروپیک ریختگی را پر می‌کند. گریدهای زینتر شده مرغوب (مثلاً FLNGT42) می‌توانند به (BH)max ≈ 45 kJ/m³ برسند.

تفاوت کلیدی :

• AlNiCo ناهمسانگرد ریخته‌گری شده، حداکثر (BH)3 تا 5 برابر بیشتر از انواع ایزوتروپیک و حداکثر (BH)20 تا 30 درصد بیشتر از AlNiCo زینتر شده در گریدهای ممتاز دارد.

جدول خلاصه پارامترهای مغناطیسی هسته

تحلیل انتقادی تفاوت‌ها

1. تأثیر ریزساختاری:
   • AlNiCo ناهمسانگرد ریخته‌گری شده از طریق انجماد جهت‌دار ، که فاز α₁ کشیده شده (غنی از Fe-Co) را در امتداد جهت میدان مغناطیسی همسو می‌کند، به خواص برتر دست می‌یابد. این امر یک ریزساختار بسیار منظم با حداقل نقص ایجاد می‌کند و باعث افزایش Br و (BH)max می‌شود.
   • آلیاژ AlNiCo ایزوتروپیک ریختگی فاقد این هم‌ترازی است که منجر به توزیع تصادفی دانه‌ها و عملکرد پایین‌تر می‌شود.
   • AlNiCo زینتر شده ریزساختار متراکم‌تری نسبت به آلیاژ ایزوتروپیک ریختگی دارد، اما فاقد هم‌ترازی کامل آلیاژ ناهمسانگرد ریختگی است و در این بین قرار می‌گیرد.
2. ترکیب آلیاژ:
   • گریدهای با کبالت بالا (مثلاً آلنیکو ۵، ۸) به دلیل نقش کبالت در پایدارسازی فاز مغناطیسی، وادارندگی و حاصلضرب انرژی بهتری از خود نشان می‌دهند.
   • افزودن تیتانیوم (مثلاً در آلنیکو ۶، ۸) دانه‌ها را ریز کرده و وادارندگی را بیشتر بهبود می‌بخشد.
3. محدودیت‌های فرآیند:
   • تف‌جوشی توسط اندازه ذرات پودر و فشار تراکم محدود می‌شود که بر چگالی و ترازبندی تأثیر می‌گذارند.
   • ریخته‌گری امکان ساخت قطعات با اندازه‌های بزرگتر را فراهم می‌کند، اما برای جلوگیری از عیوبی مانند تبدیل فاز α-γ که باعث کاهش وادارندگی می‌شوند، به کنترل دقیق سرعت خنک‌سازی نیاز دارد.

توصیه‌های مبتنی بر کاربرد

• AlNiCo ناهمسانگرد ریخته‌گری شده : بهترین گزینه برای موتورها، حسگرها و کاربردهای هوافضا با کارایی بالا که در آنها حداکثر تولید انرژی و پایداری دما (تا 550 درجه سانتیگراد) بسیار مهم است.
• AlNiCo ایزوتروپیک ریخته‌گری شده : مناسب برای قطعات کم‌هزینه و با شکل ساده مانند پیکاپ‌های گیتار یا رله‌ها که در آن‌ها عملکرد متوسط ​​کافی است.
• AlNiCo متخلخل : ایده‌آل برای دستگاه‌های مینیاتوری (مثلاً میکروموتورها) که نیاز به عملکرد متوسط ​​با تلرانس‌های ابعادی دقیق دارند.

نتیجه‌گیری

پارامترهای مغناطیسی هسته آهنرباهای AlNiCo به شدت تحت تأثیر فرآیند تولید و ریزساختار آنها قرار دارند. AlNiCo ناهمسانگرد ریخته‌گری شده به دلیل دانه‌های تراز شده و ترکیب آلیاژ بهینه شده، از هر دو نوع ایزوتروپیک و زینتر شده در Br، Hcb و (BH)max بهتر عمل می‌کند. با این حال، AlNiCo زینتر شده یک جایگزین مقرون به صرفه برای کاربردهای کوچک‌تر و دقیق ارائه می‌دهد ، در حالی که AlNiCo ایزوتروپیک ریخته‌گری شده برای کاربردهای کم کارایی و در مقیاس بزرگ همچنان مناسب است . انتخاب به الزامات خاص پسماند، وادارندگی، محصول انرژی و دمای عملیاتی بستگی دارد.