Gustoća Alnico magneta i utjecaj promjena omjera sastava na parametre gustoće

1. Pregled Alnico magneta

Alnico magneti, vrsta permanentne magnetske legure, prvenstveno se sastoje od aluminija (Al), nikla (Ni), kobalta (Co) i željeza (Fe), s manjim dodacima elemenata poput bakra (Cu) i titana (Ti). Ovi magneti poznati su po svojoj visokoj remanenciji, niskom temperaturnom koeficijentu i izvrsnoj magnetskoj stabilnosti, što ih čini prikladnima za primjene koje zahtijevaju dosljedne performanse u širokom temperaturnom rasponu, kao što su zrakoplovna, automobilska i elektronička industrija.

2. Raspon gustoće Alnico magneta

Gustoća Alnico magneta ovisi o njihovom sastavu i proizvodnom procesu. Općenito, gustoća Alnico legura kreće se u rasponu od 6,8 ​​do 7,3 g/cm³ , kako je navedeno u GB/T 17951 "Opći tehnički uvjeti za tvrde magnetske materijale". Ovaj raspon uzima u obzir varijacije u omjerima sastavnih elemenata i specifične korištene tehnike proizvodnje.

• Alnico legure niže gustoće : Legure s većim udjelom aluminija obično pokazuju niže gustoće. Na primjer, Alnico legura sa sastavom od približno 8% Al, 16% Ni, 24% Co, 3% Cu i 1% Ti, a ostatak je Fe, može imati gustoću bližu donjoj granici raspona.
• Alnico legure veće gustoće : Suprotno tome, legure s povećanim udjelom nikla ili kobalta općenito imaju veće gustoće. Alnico legura sa sastavom od 6,8% Al, 14,5% Ni, 34,0% Co, 4,0% Cu, 5,0% Ti i ostatka Fe može se približiti gornjoj granici raspona gustoće.

3. Utjecaj promjena omjera sastava na gustoću

Gustoća Alnico magneta izravno ovisi o atomskim težinama i udjelima njihovih sastavnih elemenata. Svaki element različito doprinosi ukupnoj gustoći legure:

• Aluminij (Al) : S gustoćom od približno 2,7 g/cm³, aluminij je najlakši od glavnih elemenata u Alnico legurama. Povećanje udjela aluminija smanjuje ukupnu gustoću legure.
• Nikal (Ni) : Nikal ima gustoću od oko 8,9 g/cm³. Veći sadržaj nikla povećava gustoću Alnico legure.
• Kobalt (Co) : Kobalt također ima gustoću od oko 8,9 g/cm³. Slično niklu, povećanje sadržaja kobalta dovodi do veće gustoće.
• Željezo (Fe) : Željezo, osnovni element u Alnico legurama, ima gustoću od približno 7,87 g/cm³. Iako je njegov doprinos gustoći značajan, varijacije u sadržaju željeza unutar tipičnih sastava Alnicoa imaju manje izražen utjecaj na ukupnu gustoću u usporedbi s aluminijem, niklom ili kobaltom.
• Manji elementi (Cu, Ti) : Bakar i titan imaju gustoću od oko 8,96 g/cm³ odnosno 4,51 g/cm³. Njihov utjecaj na gustoću je relativno malen zbog niskih koncentracija u Alnico legurama.

Primjer analize :
Razmotrimo dvije Alnico legure s različitim sastavima:

• Legura A : 8% Al, 16% Ni, 24% Co, 3% Cu, 1% Ti, 48% Fe
  • Izračunata gustoća: Korištenjem metode ponderiranog prosjeka, gustoća se može procijeniti na sljedeći način:
    • (0,08 × 2,7) + (0,16 × 8,9) + (0,24 × 8,9) + (0,03 × 8,96) + (0,01 × 4,51) + (0,48 × 7,87) ≈ 7,1 g/cm³
• Legura B : 12% Al, 14% Ni, 20% Co, 4% Cu, 5% Ti, 45% Fe
  • Izračunata gustoća:
    • (0,12 × 2,7) + (0,14 × 8,9) + (0,20 × 8,9) + (0,04 × 8,96) + (0,05 × 4,51) + (0,45 × 7,87) ≈ 6,9 g/cm³

U ovom primjeru, legura A, s nižim udjelom aluminija i višim udjelom nikla i kobalta, ima veću gustoću od legure B, koja ima viši udio aluminija i relativno niži udio nikla i kobalta.

4. Utjecaj proizvodnog procesa na gustoću

Osim sastava, proizvodni proces također utječe na gustoću Alnico magneta. Za proizvodnju Alnico magneta koriste se dvije glavne metode: lijevanje i sinteriranje.

• Lijevanje : Lijevani Alnico magneti proizvode se taljenjem sastavnih elemenata i ulijevanjem rastaljene legure u kalupe. Ovaj proces može rezultirati homogenijom strukturom, ali gustoća može malo varirati ovisno o brzini hlađenja i dizajnu kalupa. Općenito, lijevani Alnico magneti imaju gustoće unutar navedenog raspona, s nekim varijacijama zbog skupljanja tijekom skrućivanja.
• Sinteriranje : Sinterirani Alnico magneti izrađuju se zbijanjem praškaste Alnico legure u željeni oblik, a zatim zagrijavanjem na temperaturu ispod točke taljenja kako bi se čestice povezale. Sinteriranjem se mogu dobiti magneti veće gustoće u usporedbi s lijevanjem, jer se procesom zbijanja praha može postići veća gustoća pakiranja. Međutim, gustoća sinteriranih Alnico magneta i dalje je prvenstveno određena sastavom praha.

5. Praktične implikacije promjena gustoće

Gustoća Alnico magneta ima praktične implikacije za njihovu primjenu u raznim industrijama:

• Zrakoplovstvo : U zrakoplovnim primjenama, gdje je smanjenje težine ključno, mogu se preferirati Alnico legure niže gustoće kako bi se smanjila ukupna težina komponenti poput lopatica motora i diskova turbina.
• Automobilska industrija : U automobilskoj industriji, Alnico magneti se koriste u senzorima, aktuatorima i motorima. Izbor gustoće legure ovisi o specifičnim zahtjevima performansi i prostornim ograničenjima primjene.
• Elektronički uređaji : Kod elektroničkih uređaja, poput zvučnika i slušalica, gustoća Alnico magneta može utjecati na veličinu i težinu magnetskih komponenti, što utječe na cjelokupni dizajn i prenosivost uređaja.

6. Zaključak

Gustoća Alnico magneta ključni je parametar na koji utječu njihov sastav i proces proizvodnje. Gustoća se obično kreće od 6,8 ​​do 7,3 g/cm³, a može se prilagoditi promjenom udjela aluminija, nikla, kobalta i drugih elemenata u leguri. Veći sadržaj aluminija dovodi do niže gustoće, dok povećani sadržaj nikla ili kobalta rezultira većom gustoćom. Proces proizvodnje, bilo da se radi o lijevanju ili sinteriranju, također igra ulogu u određivanju konačne gustoće magneta. Razumijevanje tih odnosa omogućuje prilagođavanje Alnico magneta specifičnim zahtjevima primjene, optimizirajući performanse, težinu i isplativost.