Senz Magnet - Globálny výrobca trvalých magnetov & Dodávateľ viac ako 20 rokov.
Mechanické vlastnosti Alnico magnetov a porovnanie s inými permanentnými magnetmi
1. Úvod
Alnico (hliník-nikel-kobalt) magnety sú triedou permanentných magnetov vyvinutých v 30. rokoch 20. storočia, známych svojou vynikajúcou tepelnou stabilitou, vysokou remanenciou ( Br ) a strednou koercivitou ( Hc ). Zatiaľ čo ich magnetické vlastnosti sú dobre zdokumentované, ich mechanické vlastnosti – vrátane tvrdosti, pevnosti v ťahu, pevnosti v ohybe a húževnatosti – sú rovnako dôležité pre technické aplikácie. Tento článok poskytuje podrobné údaje o mechanických vlastnostiach Alnico magnetov a porovnáva ich s inými permanentnými magnetmi, ako sú magnety zo vzácnych zemín (NdFeB, SmCo) a feritové magnety.
2. Mechanické vlastnosti Alnico magnetov
(1) Tvrdosť
- Typická hodnota : Alnico magnety zvyčajne vykazujú tvrdosť podľa Rockwella C (HRC) 40 – 50 alebo tvrdosť podľa Vickersa (HV) 500 – 700 .
- Faktory ovplyvňujúce tvrdosť:
- Zloženie zliatiny : Vyšší obsah kobaltu (Co) a niklu (Ni) zvyšuje tvrdosť, ale znižuje ťažnosť.
- Tepelné spracovanie : Správne starnutie a žíhanie v roztoku zlepšujú tvrdosť optimalizáciou distribúcie precipitátov (napr. fázy Ni-Al alebo Co-Ti).
- Mikroštruktúra : Jemnozrnné štruktúry s rovnomernými precipitátmi zvyšujú tvrdosť prostredníctvom pinningu doménových stien.
(2) Pevnosť v ťahu
- Typická hodnota : Medza pevnosti v ťahu (UTS) Alnico sa pohybuje od 150 do 300 MPa v závislosti od druhu zliatiny a spôsobu spracovania.
- Porovnanie s inými magnetmi:
- Feritové magnety : Nižšia UTS (~50–100 MPa) kvôli ich keramickej povahe.
- NdFeB magnety : Vyššia pevnosť v tavenine (~300–500 MPa), ale krehké, čo obmedzuje obrobiteľnosť.
- SmCo magnety : Mierna UTS (~200–400 MPa) s lepšou húževnatosťou ako NdFeB.
(3) Pevnosť v ohybe
- Typická hodnota : Alnico magnety majú pevnosť v ohybe 100 – 200 MPa , vďaka čomu sú odolnejšie voči ohybu ako feritové magnety, ale menej robustné ako magnety zo vzácnych zemín.
- Kľúčový faktor : Anizotropná štruktúra Alnico (vďaka smerovému tuhnutiu) zlepšuje pevnosť v ohybe pozdĺž preferovaných kryštalografických osí.
(4) Húževnatosť (odolnosť voči nárazu)
- Typická hodnota : Alnico magnety sú krehké , s Charpyho rázovou energiou <5 J/cm² , podobne ako feritové magnety, ale nižšie ako magnety zo vzácnych zemín.
- Obmedzenie : Nízka húževnatosť obmedzuje použitie Alnico na aplikácie s minimálnymi mechanickými nárazmi (napr. senzory, letecký priemysel).
(5) Hustota
- Typická hodnota : Alnico má hustotu 7,2 – 7,6 g/cm³ , čo je vyššia hustota ako feritové magnety (4,8 – 5,2 g/cm³), ale nižšia ako NdFeB (7,4 – 7,6 g/cm³) a SmCo (8,3 – 8,5 g/cm³).
3. Porovnanie s inými permanentnými magnetmi
Tabuľka 1: Mechanické vlastnosti permanentných magnetov
| Nehnuteľnosť | Alnico | NdFeB | SmCo | ferit |
|---|---|---|---|---|
| Tvrdosť (HRC) | 40 – 50 | 55 – 60 | 50 – 55 | 30 – 40 |
| Pevnosť v ťahu (MPa) | 150 – 300 | 300 – 500 | 200 – 400 | 50 – 100 |
| Pevnosť v ohybe (MPa) | 100 – 200 | 200 – 300 | 150 – 250 | 50 – 100 |
| Húževnatosť (J/cm²) | <5 | 5–10 | 10–15 | <2 |
| Hustota (g/cm³) | 7,2 – 7,6 | 7,4–7,6 | 8,3 – 8,5 | 4,8 – 5,2 |
(1) Alnico verzus NdFeB magnety
- Výhody Alnico:
- Lepšia tepelná stabilita : Alnico si zachováva magnetizmus až do 600 °C , zatiaľ čo NdFeB degraduje nad 200 °C .
- Vyššia obrobiteľnosť : Alnico sa dá rezať, vŕtať alebo brúsiť, zatiaľ čo NdFeB vyžaduje diamantové nástroje kvôli svojej tvrdosti.
- Nevýhody Alnico:
- Produkt s nižšou magnetickou energiou : Alnico'sBH max (~5–10 MGOe) je oveľa nižšia ako u NdFeB (~40–50 MGOe).
- Nižšia koercivita : Alnico je náchylné na demagnetizáciu v reverzných poliach.
(2) Alnico verzus SmCo magnety
- Výhody Alnico:
- Nižšie náklady : SmCo obsahuje drahé prvky vzácnych zemín (napr. samárium, dysprosium), vďaka čomu je Alnico ekonomickejší.
- Lepšia odolnosť proti korózii : Alnico nevyžaduje nátery, zatiaľ čo SmCo môže vo vlhkom prostredí oxidovať.
- Nevýhody Alnico:
- Nižší magnetický výkon : SmCo má vyššíBH max (~25–32 MGOe) a koercivita (~600–800 kA/m).
- Nižší teplotný koeficient : Remanencia SmCo sa s teplotou mení menej (-0,03 %/°C oproti -0,02 %/°C u Alnico).
(3) Alnico vs. Feritové magnety
- Výhody Alnico:
- Vyššia remanencia : Br v Alnico (~1,0–1,4 T) je oveľa vyšší ako u feritu (~0,2–0,4 T).
- Lepšia mechanická pevnosť : Pevnosť v ťahu a ohybe Alnico prevyšuje pevnosť feritových magnetov.
- Nevýhody Alnico:
- Vyššie náklady : Feritové magnety sú výrazne lacnejšie vďaka bohatému množstvu surovín (napr. oxid železa, uhličitan strontnatý).
- Nižšia magnetická stabilita : Feritové magnety majú vyšší teplotný koeficient remanencie (~-0,2 %/°C).
4. Aplikácie založené na mechanických vlastnostiach
(1) Alnico magnety
- Vysokoteplotné senzory : Používajú sa v leteckom a automobilovom priemysle kvôli tepelnej stabilite.
- Snímače pre elektrickú gitaru : Obrobiteľné tvary a stabilné magnetické polia zvyšujú kvalitu zvuku.
- Vojenské vybavenie : Odolné voči demagnetizácii vplyvom nárazov a vibrácií.
(2) NdFeB magnety
- Vysokovýkonné motory : Používajú sa v elektrických vozidlách (EV) a veterných turbínach pre maximálny krútiaci moment.
- Prístroje MRI : Na zobrazovanie vyžadujú silné magnetické polia.
(3) SmCo magnety
- Aktuátory pre letecký priemysel : Spoľahlivo fungujú pri extrémnych teplotách.
- Zdravotnícke pomôcky : Používajú sa v kardiostimulátoroch a načúvacích prístrojoch kvôli biokompatibilite.
(4) Feritové magnety
- Lacné motory : Nachádzajú sa v domácich spotrebičoch (napr. chladničky, ventilátory).
- Reproduktory : Poskytujú dostatočné magnetické polia za minimálne náklady.
5. Záver
Alnico magnety vykazujú strednú tvrdosť, pevnosť v ťahu a pevnosť v ohybe, ale trpia nízkou húževnatosťou, čo obmedzuje ich použitie v aplikáciách s vysokým nárazom. V porovnaní s magnetmi zo vzácnych zemín (NdFeB, SmCo) ponúka Alnico lepšiu tepelnú stabilitu a obrobiteľnosť, ale nižší magnetický výkon. Feritové magnety, hoci sú lacnejšie, majú horšie magnetické aj mechanické vlastnosti. Výber magnetu závisí od požiadaviek aplikácie na teplotnú odolnosť, magnetickú pevnosť, náklady a mechanickú trvanlivosť .
Pre vysokoteplotné a presné aplikácie zostáva Alnico nenahraditeľný, zatiaľ čo vysokovýkonné a cenovo citlivé aplikácie uprednostňujú NdFeB alebo SmCo. Pochopenie týchto kompromisov je nevyhnutné pre optimálny výber magnetu v technických návrhoch.
