Senz Magnet - Globalni proizvođač materijala za trajne magnete & Dobavljač više od 20 godina.
Mehanička svojstva Alnico magneta i usporedba s drugim permanentnim magnetima
1. Uvod
Alnico (aluminij-nikal-kobalt) magneti su klasa permanentnih magneta razvijenih 1930-ih, poznatih po svojoj izvrsnoj toplinskoj stabilnosti, visokoj remanenciji ( Br ) i umjerenoj koercitivnosti ( Hc ). Iako su njihova magnetska svojstva dobro dokumentirana, njihove mehaničke performanse - uključujući tvrdoću, vlačnu čvrstoću, čvrstoću na savijanje i žilavost - jednako su važne za inženjerske primjene. Ovaj članak pruža detaljne podatke o mehaničkim svojstvima Alnico magneta i uspoređuje ih s drugim permanentnim magnetima, kao što su rijetkozemni (NdFeB, SmCo) i feritni magneti.
2. Mehanička svojstva Alnico magneta
(1) Tvrdoća
- Tipična vrijednost : Alnico magneti obično pokazuju tvrdoću Rockwell C (HRC) od 40–50 ili tvrdoću Vickersa (HV) od 500–700 .
- Čimbenici koji utječu na tvrdoću:
- Sastav legure : Veći sadržaj kobalta (Co) i nikla (Ni) povećava tvrdoću, ali smanjuje duktilnost.
- Toplinska obrada : Pravilno starenje i žarenje u otopini poboljšavaju tvrdoću optimizacijom raspodjele taloga (npr. faze Ni-Al ili Co-Ti).
- Mikrostruktura : Finozrnate strukture s jednoličnim talozima povećavaju tvrdoću putem zapinjanja stijenki domena.
(2) Vlačna čvrstoća
- Tipična vrijednost : Granična vlačna čvrstoća (UTS) Alnicoa kreće se od 150 do 300 MPa , ovisno o vrsti legure i metodi obrade.
- Usporedba s drugim magnetima:
- Feritni magneti : Niža UTS (~50–100 MPa) zbog svoje keramičke prirode.
- NdFeB magneti : Viša UTS (~300–500 MPa), ali krhki, što ograničava obradivost.
- SmCo magneti : Umjerena UTS (~200–400 MPa) s boljom žilavošću od NdFeB.
(3) Čvrstoća na savijanje
- Tipična vrijednost : Alnico magneti imaju čvrstoću na savijanje od 100–200 MPa , što ih čini otpornijima na savijanje od feritnih magneta, ali manje robusnima od rijetkozemnih magneta.
- Ključni faktor : Anizotropna struktura Alnico-a (zbog usmjerenog skrućivanja) poboljšava čvrstoću na savijanje duž preferiranih kristalografskih osi.
(4) Žilavost (otpornost na udarce)
- Tipična vrijednost : Alnico magneti su krhki , s Charpyjevom energijom udara od <5 J/cm² , slično feritnim magnetima, ali niže od magneta rijetkih zemalja.
- Ograničenje : Niska žilavost ograničava Alnico na primjene gdje su mehanički udarci minimalni (npr. senzori, zrakoplovstvo).
(5) Gustoća
- Tipična vrijednost : Alnico ima gustoću od 7,2–7,6 g/cm³ , veću od feritnih magneta (4,8–5,2 g/cm³), ali nižu od NdFeB (7,4–7,6 g/cm³) i SmCo (8,3–8,5 g/cm³).
3. Usporedba s drugim permanentnim magnetima
Tablica 1: Mehanička svojstva permanentnih magneta
| Nekretnina | Alnico | NdFeB | SmCo | Ferit |
|---|---|---|---|---|
| Tvrdoća (HRC) | 40–50 | 55–60 | 50–55 | 30–40 |
| Vlačna čvrstoća (MPa) | 150–300 | 300–500 | 200–400 | 50–100 |
| Fleksibilna čvrstoća (MPa) | 100–200 | 200–300 | 150–250 | 50–100 |
| Žilavost (J/cm²) | <5 | 5–10 | 10–15 | <2 |
| Gustoća (g/cm³) | 7,2–7,6 | 7,4–7,6 | 8,3–8,5 | 4,8–5,2 |
(1) Alnico magneti u odnosu na NdFeB magnete
- Prednosti Alnicoa:
- Bolja toplinska stabilnost : Alnico zadržava magnetizam do 600°C , dok NdFeB degradira iznad 200°C .
- Veća obradivost : Alnico se može rezati, bušiti ili brusiti, dok NdFeB zahtijeva dijamantne alate zbog svoje tvrdoće.
- Nedostaci Alnico-a:
- Proizvod niže magnetske energije : Alnico'sBH max (~5–10 MGOe) je mnogo niži od NdFeB-ovog (~40–50 MGOe).
- Niža koercitivnost : Alnico je sklon demagnetizaciji pod utjecajem obrnutih polja.
(2) Alnico magneti u odnosu na SmCo magnete
- Prednosti Alnicoa:
- Niža cijena : SmCo sadrži skupe rijetkozemne elemente (npr. samarij, disprozij), što Alnico čini ekonomičnijim.
- Bolja otpornost na koroziju : Alnico ne zahtijeva premaze, dok SmCo može oksidirati u vlažnim okruženjima.
- Nedostaci Alnico-a:
- Niže magnetske performanse : SmCo ima većeBH maks. (~25–32 MGOe) i koercitivnost (~600–800 kA/m).
- Niži temperaturni koeficijent : SmCo-ova remanencija se manje mijenja s temperaturom (-0,03%/°C u odnosu na Alnico-ovu -0,02%/°C).
(3) Alnico nasuprot feritnim magnetima
- Prednosti Alnicoa:
- Veća remanencija : Br kod Alnicoa (~1,0–1,4 T) je mnogo veći od Br kod ferita (~0,2–0,4 T).
- Bolja mehanička čvrstoća : Alnico vlačna i savojna čvrstoća premašuju one feritnih magneta.
- Nedostaci Alnico-a:
- Viša cijena : Feritni magneti su znatno jeftiniji zbog obilnih sirovina (npr. željeznog oksida, stroncijevog karbonata).
- Niža magnetska stabilnost : Feritni magneti imaju viši temperaturni koeficijent remanencije (~-0,2%/°C).
4. Primjene temeljene na mehaničkim svojstvima
(1) Alnico magneti
- Senzori visoke temperature : Koriste se u zrakoplovnim i automobilskim senzorima zbog toplinske stabilnosti.
- Pickupovi za električne gitare : Obradivi oblici i stabilna magnetska polja poboljšavaju kvalitetu zvuka.
- Vojna oprema : Otporna na demagnetizaciju uslijed udara i vibracija.
(2) NdFeB magneta
- Visokoučinkoviti motori : Koriste se u električnim vozilima (EV) i vjetroturbinama za maksimalni okretni moment.
- MRI uređaji : Za snimanje su potrebna jaka magnetska polja.
(3) SmCo magneti
- Zrakoplovni aktuatori : Pouzdano rade na ekstremnim temperaturama.
- Medicinski uređaji : Koristi se u pacemakerima i slušnim aparatima zbog biokompatibilnosti.
(4) Feritni magneti
- Jeftini motori : Nalaze se u kućanskim aparatima (npr. hladnjacima, ventilatorima).
- Zvučnici : Osiguravaju odgovarajuća magnetska polja uz minimalne troškove.
5. Zaključak
Alnico magneti pokazuju umjerenu tvrdoću, vlačnu čvrstoću i čvrstoću na savijanje, ali pate od niske žilavosti, što ograničava njihovu upotrebu u primjenama s visokim udarnim otporom. U usporedbi s magnetima od rijetkih zemalja (NdFeB, SmCo), Alnico nudi bolju toplinsku stabilnost i obradivost, ali niže magnetske performanse. Feritni magneti, iako jeftiniji, imaju lošija magnetska i mehanička svojstva. Izbor magneta ovisi o zahtjevima primjene za temperaturnu otpornost, magnetsku čvrstoću, cijenu i mehaničku izdržljivost .
Za visokotemperaturne, precizne primjene , Alnico ostaje nezamjenjiv, dok visokoučinkovite, cjenovno osjetljive primjene favoriziraju NdFeB ili SmCo. Razumijevanje ovih kompromisa ključno je za optimalan odabir magneta u inženjerskim nacrtima.
