Дали ќе се додадат траги од ретки земни елементи на магнетите од алуминиум-никел-кобалт и дали додавањето ќе има позитивно или негативно влијание врз перформансите?

1. Вовед во Alnico магнетите

Алнико магнетите, составени првенствено од алуминиум (Al), никел (Ni), кобалт (Co) и железо (Fe), се меѓу најраните развиени перманентни магнети. Тие се категоризираат во изотропни и анизотропни типови врз основа на нивната магнетна ориентација, со анизотропни варијанти (на пр., Alnico 5, Alnico 8) кои покажуваат производи со поголема магнетна енергија поради насочениот раст на кристалите. Алнико магнетите се познати по нивната одлична температурна стабилност (работат до 500–600°C) и отпорност на корозија, што ги прави неопходни во апликации како што се воздухопловството, сензорите и електричните инструменти. Сепак, нивната релативно ниска коерцивност ја ограничува нивната употреба во средини со високо демагнетизациски полиња.

2. Улога на ретки земјени елементи во траги во Алнико

Ретките земни елементи (РЕЕ), како што се лантан (La), цериум (Ce), скандиум (Sc) и неодимиум (Nd), повремено се додаваат во легурите на Alnico во траги (обично <1%) за да се оптимизираат перформансите. Нивното додавање служи за повеќекратни цели:

• Микроструктура за рафинирање : REE дејствуваат како рафинери на зрна, промовирајќи униформен раст на кристалите и намалувајќи ги дефектите, што ја подобрува механичката цврстина и еластичност.
• Подобрување на отпорноста на корозија : REE формираат стабилни оксидни слоеви на површината на магнетот, инхибирајќи ја оксидацијата и хемиската деградација, што е клучно за долгорочна сигурност во сурови средини.
• Модулирање на магнетни својства : Одредени REE можат суптилно да ја прилагодат коерцитивноста, реманенцијата и магнетната анизотропија на магнетот со менување на фазниот состав на легурата и структурата на доменот.

3. Позитивни влијанија од додавањето на ретки Земји

3.1 Подобрени механички својства

• Јачина и цврстина : Студиите за легури слични на Alnico (на пр., легури со висока ентропија Al-Co-Cr-Fe-Ni) покажуваат дека додавањето на La или Sc значително ја зголемува цврстината на истегнување, крајната затегнувачка цврстина и цврстината на кршење. На пример, додавањата на La ја подобруваат големината на зрната, што доведува до похомогена микроструктура што се спротивставува на ширењето на пукнатините.
• Стабилност на висока температура : REE ја подобрува отпорноста на лазење на легурата на покачени температури, одржувајќи го механичкиот интегритет во апликации како што се воздухопловните турбини.

3.2 Супериорна отпорност на корозија

• Пасивни оксидни слоеви : REE, особено La и Ce, формираат густи, адхезивни оксидни филмови (на пр., La₂O₃, CeO₂) кои го штитат магнетот од влага, соли и киселини. Ова ги намалува вдлабнувањата и пукањето од корозија предизвикано од стрес, продолжувајќи го работниот век во морски или хемиски средини.
• Синергистички ефекти со други елементи : Во комбинација со бакар (Cu) или титаниум (Ti), REE ја зголемуваат стабилноста на интерметалните фази (на пр., фазите Fe-Co), дополнително инхибирајќи ја корозијата.

3.3 Оптимизација на магнетни својства

• Прилагодување на коерцитивноста : Иако REE генерално имаат минимално директно влијание врз коерцитивноста во Alnico, тие можат индиректно да влијаат на неа со рафинирање на микроструктурата. На пример, додатоците на Sc во легурите Al-Sc го поттикнуваат формирањето на фини α-Fe фази, кои можат да ги стабилизираат магнетните домени.
• Намалени магнетни загуби : REE во траги можат да ги минимизираат загубите од вртложни струи во апликациите со наизменична струја со зголемување на електричната отпорност, иако ова е порелевантно кај меките магнетни материјали.

4. Потенцијални предизвици и ограничувања

4.1 Цена и достапност

• REE како Nd и Dy се скапи и подложни на ранливости во синџирот на снабдување. Нивната употреба во Alnico е ограничена на ниши со високи перформанси каде што цената е второстепена во однос на перформансите.

4.2 Сложеност на обработката

• REE имаат високи точки на топење и реактивност, што го комплицира топењето и леењето на легурите. Прецизната контрола на нивоата на допир е од суштинско значење за да се избегне кршливост или фазна сегрегација.

4.3 Намалување на приносите

• Над нивоа во траги (на пр., >1%), REE може да формираат кршливи интерметални соединенија (на пр., La-Fe фази), со што се намалуваат механичките својства. Оптималната концентрација варира во зависност од составот на легурата и термичката обработка.

5. Студии на случај и експериментални докази

5.1 Алнико-допирани легури со висока ентропија слични на La

• Истражувањата на легурите AlCoCrFeNi₂.₁ покажуваат дека додатоците на La (0,5–1 теж.%) ја зголемуваат тврдоста за 15–20%, границата на истегнување за 20–30% и отпорноста на корозија во раствор од 3,5% NaCl со намалување на густината на струјата на корозија за 50%. Магнетните мерења откриваат мало зголемување на реманентноста (Br) и намалување на коерцитивноста (Hc), што се припишува на рафинираната структура на зрната.

5.2 Sc-модифициран Alnico 5

• Додатоците на скандиум (0,1–0,3 тежински%) во Alnico 5 ја усовршуваат столбната кристална структура, подобрувајќи ја механичката еластичност за 10–15% без да се жртвува магнетниот енергетски производ (BHmax). Ова овозможува потенки магнетни делови за минијатуризирани уреди.

5.3 Alnico што содржи Ce за воздухопловство

• Цериумот се користи во варијантите на Alnico за сензори на млазни мотори поради неговата способност да одржува магнетна стабилност на температури над 400°C, додека е отпорен на корозија предизвикана од сулфур во средини богати со гориво.

6. Споредба со други типови магнети

• Наспроти NdFeB магнети : Иако NdFeB магнетите нудат повисок BHmax, тие се склони кон корозија и термичка демагнетизација. Alnico магнетите допирани со REE обезбедуваат економична алтернатива во услови на висока температура и корозија.
• Наспроти феритни магнети : Alnico ги надминува феритните магнети во температурна стабилност и механичка цврстина, иако феритите се поевтини. Додатоците на REE дополнително го стеснуваат овој јаз во нишните апликации.

7. Идни трендови

• Допирање со градиент REE : Прилагодување на дистрибуцијата на REE во магнетот за локално оптимизирање на својствата (на пр., поголема коерцивност на рабовите).
• Рециклирање на REE : Обновување на REE од магнети на крајот од животниот век за намалување на влијанието врз животната средина и трошоците.
• Хибридни магнети : Комбинирање на Alnico со меки магнетни фази (на пр., Fe-Si) за создавање композитни магнети со прилагодлива пропустливост.