Koji je raspon kapaciteta pohrane magnetske energije za AlNiCo magnete?

Raspon magnetskog energetskog produkta (BHmax) alnico magneta značajno varira ovisno o njihovom proizvodnom procesu, sastavu legure i strukturnoj orijentaciji, obično se kreće između 4,45–11 MGOe (36–90 kJ/m³) . U nastavku slijedi detaljan pregled čimbenika koji utječu na ovaj raspon i njegove praktične implikacije:

1. Proizvodni proces: Lijevanje u odnosu na sinteriranje

• Lijevani Alnico magneti:
  • Proizvodi se taljenjem legure i izlijevanjem u kalupe, nakon čega slijedi toplinska obrada radi poravnavanja magnetskih domena.
  • Produkt veće magnetske energije : Tipično se kreće od 4,25–10 MGOe (34–80 kJ/m³) za anizotropni (usmjereno orijentirani) lijevani alnico.
  • Primjer : Alnico 5 (izotropni) ima BHmax od ~5 MGOe, dok Alnico 8 (anizotropni) može doseći do 11 MGOe (90 kJ/m³) .
• Sinterirani Alnico magneti:
  • Izrađeno komprimiranjem praškaste legure u oblike i sinteriranjem na visokim temperaturama.
  • Niži magnetski energetski produkt : Općenito se kreće od 4,45 do 5,5 MGOe (36–44 kJ/m³) zbog preostale poroznosti i manje ujednačenog poravnanja domena.
  • Kompromis : Sinterirani alnico nudi bolju dimenzijsku preciznost i mehaničku čvrstoću, ali žrtvuje magnetske performanse u usporedbi s lijevanim varijantama.

2. Sastav legure i strukturna orijentacija

• Ključni elementi : Alnico legure se prvenstveno sastoje od željeza (Fe), aluminija (Al, 8–12%), nikla (Ni, 15–26%) i kobalta (Co, 5–24%), s tragovima bakra (Cu) i titana (Ti) za poboljšanje magnetskih svojstava.
• Anizotropno vs. izotropno:
  • Anizotropni alnico (npr. Alnico 5, Alnico 8) ima preferiranu magnetsku orijentaciju postignutu tijekom lijevanja ili toplinske obrade, što rezultira višim BHmax vrijednostima.
  • Izotropnom alnicou nedostaje usmjereno poravnanje, što dovodi do nižeg magnetskog energetskog produkta, ali ujednačenih performansi u svim smjerovima.
• Spinodalna dekompozicija : Mikrostrukturni fenomen u alniku gdje hlađenje s visokih temperatura stvara naizmjenične slojeve magnetski jakih (bogatih Fe-Co) i slabih (bogatih Ni-Al) faza, povećavajući koercitivnost i remanenciju.

3. Usporedba performansi s drugim magnetskim materijalima

• Feritni magneti:
  • BHmax: 3,5–5 MGOe (28–40 kJ/m³) .
  • Niža cijena, ali znatno slabija od alnico-a, što ograničava upotrebu u visokoučinkovitim primjenama.
• Samarij-kobaltni (SmCo) magneti:
  • BHmax: 18–35 MGOe (144–280 kJ/m³) .
  • Superiorniji od alnicoa u gustoći energije, ali skuplji i manje temperaturno stabilan.
• Neodimijski-željezo-borovi (NdFeB) magneti:
  • BHmax: 35–55 MGOe (280–440 kJ/m³) .
  • Najjači permanentni magneti, ali skloni koroziji i toplinskoj demagnetizaciji iznad 150°C.
• Alnicova niša:
  • Izvrsno podnosi visoke temperature (do 550 °C ) zbog visoke Curiejeve temperature ( 840–890 °C)).
  • Niska koercitivnost ( 36–160 kA/m ) čini ga osjetljivim na demagnetizaciju uzrokovanu vanjskim poljima ili mehaničkim udarima, ali to se ublažava u pažljivo dizajniranim sustavima.

4. Praktična primjena i razmatranja dizajna

• Stabilnost na visokim temperaturama : Sposobnost Alnico-a da zadrži magnetizam na povišenim temperaturama čini ga idealnim za zrakoplovne, vojne i industrijske senzore koji rade blizu ili iznad 200°C.
• Otpornost na koroziju : Za razliku od NdFeB-a, alnico ne zahtijeva premaze, što smanjuje složenost proizvodnje i dugoročne troškove održavanja.
• Ravnoteža cijene i performansi : Iako je skuplji od feritnih magneta, alnico nudi bolje performanse u primjenama gdje temperaturna stabilnost i trajnost nadmašuju potrebu za ekstremnom magnetskom snagom.
• Ograničenja dizajna:
  • Niska koercitivnost zahtijeva pažljivo rukovanje kako bi se izbjegla demagnetizacija (npr. korištenje držača u sklopovima magneta).
  • Krhka priroda zahtijeva zaštitno pakiranje kako bi se spriječilo krhotine tijekom transporta ili ugradnje.

5. Povijesni kontekst i evolucija

• Rani razvoj : Alnico se pojavio 1930-ih kao jedan od prvih visokoenergetskih permanentnih magneta, zamijenivši ugljični čelik i volframov čelik (BHmax ~2,7 kJ/m³).
• Vrhunske performanse : Do 1950-ih, alnico 5 i 8 dosegli su BHmax vrijednosti od 5–11 MGOe , dominirajući primjenama u motorima, zvučnicima i magnetskim separatorima sve do pojave SmCo i NdFeB u 1970-ima i 80-ima.
• Moderna upotreba : Iako je u većini potrošačke elektronike u sjeni rijetkih zemnih magneta, alnico ostaje ključan u nišnim tržištima gdje su njegova otpornost na temperature i koroziju nezamjenjive.