Senz Magnet - Globaalit pysyvät magneetit materiaalien valmistaja & Toimittaja yli 20 vuotta.
Alnico-magneettien mekaaniset ominaisuudet ja vertailu muihin pysyviin magneetteihin
1. Johdanto
Alnico-magneetit (alumiini-nikkeli-koboltti) ovat 1930-luvulla kehitetty kestomagneettien luokka, joka tunnetaan erinomaisesta lämpöstabiilisuudestaan, korkeasta remanenssistaan ( Br ) ja kohtalaisesta koersitiivisuudestaan ( Hc ). Vaikka niiden magneettiset ominaisuudet on dokumentoitu hyvin, niiden mekaaninen suorituskyky – mukaan lukien kovuus, vetolujuus, taivutuslujuus ja sitkeys – on yhtä tärkeää tekniikan sovelluksissa. Tässä artikkelissa on yksityiskohtaisia mekaanisia ominaisuuksitietoja Alnico-magneeteista ja verrataan niitä muihin kestomagneetteihin, kuten harvinaisten maametallien (NdFeB, SmCo) ja ferriittimagneetteihin.
2. Alnico-magneettien mekaaniset ominaisuudet
(1) Kovuus
- Tyypillinen arvo : Alnico-magneettien Rockwell C -kovuus (HRC) on tyypillisesti 40–50 tai Vickers-kovuus (HV) 500–700 .
- Kovuuteen vaikuttavat tekijät:
- Seoskoostumus : Korkeampi koboltin (Co) ja nikkelin (Ni) pitoisuus lisää kovuutta, mutta vähentää venyvyyttä.
- Lämpökäsittely : Asianmukainen vanhentaminen ja liuoshehkutus parantavat kovuutta optimoimalla saostumien jakautumisen (esim. Ni-Al- tai Co-Ti-faasit).
- Mikrorakenne : Hienorakeiset rakenteet, joissa on tasaiset saostumat, lisäävät kovuutta domeeniseinän kiinnittymisen kautta.
(2) Vetolujuus
- Tyypillinen arvo : Alnicon vetolujuus (UTS) vaihtelee 150–300 MPa:n välillä seoslaadusta ja käsittelymenetelmästä riippuen.
- Vertailu muihin magneetteihin:
- Ferriittimagneetit : Alhaisempi vetolujuus (~50–100 MPa) keraamisen luonteensa ansiosta.
- NdFeB-magneetit : Korkeampi vetolujuus (~300–500 MPa), mutta hauraat, mikä rajoittaa lastuttavuutta.
- SmCo-magneetit : Kohtalainen kestävyys (~200–400 MPa), parempi sitkeys kuin NdFeB:llä.
(3) Taivutuslujuus
- Tyypillinen arvo : Alnico-magneettien taivutuslujuus on 100–200 MPa , joten ne kestävät taivutusta paremmin kuin ferriittimagneetit, mutta ovat vähemmän kestäviä kuin harvinaisten maametallien magneetit.
- Keskeinen tekijä : Alnicon anisotrooppinen rakenne (johtuen suunnatusta jähmettymisestä) parantaa taivutuslujuutta haluttujen kristallografisten akseleiden suuntaisesti.
(4) Sitkeys (iskunkestävyys)
- Tyypillinen arvo : Alnico-magneetit ovat hauraita , ja niiden Charpyn iskuenergia on <5 J/cm² , mikä on samanlaista kuin ferriittimagneetit, mutta alhaisempi kuin harvinaisten maametallien magneetit.
- Rajoitus : Alhainen sitkeys rajoittaa Alnicon käytön sovelluksiin, joissa mekaaniset iskut ovat minimaaliset (esim. anturit, ilmailu- ja avaruusteollisuus).
(5) Tiheys
- Tyypillinen arvo : Alnicon tiheys on 7,2–7,6 g/cm³ , suurempi kuin ferriittimagneeteilla (4,8–5,2 g/cm³), mutta pienempi kuin NdFeB:llä (7,4–7,6 g/cm³) ja SmCo:lla (8,3–8,5 g/cm³).
3. Vertailu muihin kestomagneetteihin
Taulukko 1: Pysyvien magneettien mekaaniset ominaisuudet
| Kiinteistö | Alnico | NdFeB | SmCo | Ferriitti |
|---|---|---|---|---|
| Kovuus (HRC) | 40–50 | 55–60 | 50–55 | 30–40 |
| Vetolujuus (MPa) | 150–300 | 300–500 | 200–400 | 50–100 |
| Taivutuslujuus (MPa) | 100–200 | 200–300 | 150–250 | 50–100 |
| Sitkeys (J/cm²) | <5 | 5–10 | 10–15 | <2 |
| Tiheys (g/cm³) | 7.2–7.6 | 7.4–7.6 | 8,3–8,5 | 4.8–5.2 |
(1) Alnico- vs. NdFeB-magneetit
- Alnicon edut:
- Parempi lämmönkestävyys : Alnico säilyttää magneettisuutensa jopa 600 °C :seen asti, kun taas NdFeB hajoaa yli 200 °C: ssa.
- Parempi työstettävyys : Alnicoa voidaan leikata, porata tai hioa, kun taas NdFeB vaatii timanttityökaluja kovuutensa vuoksi.
- Alnicon haitat:
- Alhaisemman magneettisen energian tuote : Alnico'sBH max (~5–10 MGOe) on paljon pienempi kuin NdFeB:llä (~40–50 MGOe).
- Alhaisempi koersitiivisuus : Alnico on altis demagnetisoitumiselle käänteisissä kentissä.
(2) Alnico- vs. SmCo-magneetit
- Alnicon edut:
- Alhaisemmat kustannukset : SmCo sisältää kalliita harvinaisia maametalleja (esim. samarium, dysprosium), mikä tekee Alnicosta taloudellisemman.
- Parempi korroosionkestävyys : Alnico ei vaadi pinnoitteita, kun taas SmCo voi hapettua kosteissa ympäristöissä.
- Alnicon haitat:
- Alhaisempi magneettinen suorituskyky : SmCo:lla on korkeampiBH maksimi (~25–32 MGOe) ja koersitiivisuus (~600–800 kA/m).
- Alhaisempi lämpötilakerroin : SmCo:n remanenssi muuttuu vähemmän lämpötilan mukaan (-0,03 %/°C vs. Alnicon -0,02 %/°C).
(3) Alnico vs. Ferrite Magnets
- Alnicon edut:
- Korkeampi remanenssi : Alnicon Br (~1,0–1,4 T) on paljon korkeampi kuin ferriitin (~0,2–0,4 T).
- Parempi mekaaninen lujuus : Alnicon veto- ja taivutuslujuudet ylittävät ferriittimagneettien lujuudet.
- Alnicon haitat:
- Korkeammat kustannukset : Ferriittimagneetit ovat huomattavasti halvempia runsaiden raaka-aineiden (esim. rautaoksidi, strontiumkarbonaatti) vuoksi.
- Alhaisempi magneettinen stabiilius : Ferriittimagneeteilla on korkeampi remanenssin lämpötilakerroin (~-0,2 %/°C).
4. Mekaanisiin ominaisuuksiin perustuvat sovellukset
(1) Alnico-magneetit
- Korkean lämpötilan anturit : Käytetään ilmailu- ja autoteollisuuden antureissa niiden lämpöstabiilisuuden vuoksi.
- Sähkökitaran mikrofonit : Koneistettavat muodot ja vakaat magneettikentät parantavat äänenlaatua.
- Sotilasvarustus : Kestää demagnetisoitumisen iskujen ja tärinän aikana.
(2) NdFeB-magneetit
- Suuritehoiset moottorit : Käytetään sähköajoneuvoissa ja tuuliturbiineissa maksimaalisen vääntömomentin saavuttamiseksi.
- Magneettikuvauslaitteet : Vaativat voimakkaita magneettikenttiä kuvantamiseen.
(3) SmCo-magneetit
- Ilmailu- ja avaruusteollisuuden toimilaitteet : Toimivat luotettavasti äärimmäisissä lämpötiloissa.
- Lääkinnälliset laitteet : Käytetään sydämentahdistimissa ja kuulolaitteissa bioyhteensopivuuden vuoksi.
(4) Ferriittimagneetit
- Halvat moottorit : Löytyy kodinkoneista (esim. jääkaapeista, tuulettimista).
- Kaiuttimet : Tarjoavat riittävät magneettikentät minimaalisilla kustannuksilla.
5. Johtopäätös
Alnico-magneeteilla on kohtalainen kovuus, vetolujuus ja taivutuslujuus, mutta niillä on alhainen sitkeys, mikä rajoittaa niiden käyttöä iskunkestävässä käytössä. Harvinaisten maametallien magneetteihin (NdFeB, SmCo) verrattuna Alnico tarjoaa paremman lämpöstabiilisuuden ja työstettävyyden, mutta heikomman magneettisen suorituskyvyn. Ferriittimagneetit ovat halvempia, mutta niiden sekä magneettiset että mekaaniset ominaisuudet ovat heikompia. Magneetin valinta riippuu sovelluksen vaatimuksista lämpötilankestävyyden, magneettisen lujuuden, kustannusten ja mekaanisen kestävyyden suhteen .
Korkean lämpötilan ja tarkkuuden sovelluksissa Alnico on edelleen korvaamaton, kun taas korkean suorituskyvyn ja kustannusherkissä sovelluksissa suositaan NdFeB:tä tai SmCo:ta. Näiden kompromissien ymmärtäminen on olennaista optimaalisen magneetin valinnassa suunnittelussa.
