Густина алнико магнета и утицај варијација односа састава на параметре густине

1. Преглед алнико магнета

Алнико магнети, врста сталне магнетне легуре, првенствено се састоје од алуминијума (Al), никла (Ni), кобалта (Co) и гвожђа (Fe), са мањим додацима елемената као што су бакар (Cu) и титанијум (Ti). Ови магнети су познати по својој високој реманентности, ниском температурном коефицијенту и одличној магнетној стабилности, што их чини погодним за примене које захтевају конзистентне перформансе у широком температурном опсегу, као што су ваздухопловство, аутомобилска индустрија и електронски уређаји.

2. Распон густине алнико магнета

Густина алнико магнета зависи од њиховог састава и процеса производње. Генерално, густина алнико легура је у распону од 6,8 до 7,3 г/цм³ , како је наведено у GB/T 17951 „Општи технички услови за тврде магнетне материјале“. Овај распон узима у обзир варијације у пропорцијама саставних елемената и специфичне технике производње које се користе.

• Алнико легуре ниже густине : Легуре са већим садржајем алуминијума имају тенденцију да показују ниже густине. На пример, Алнико легура са саставом од приближно 8% Al, 16% Ni, 24% Co, 3% Cu и 1% Ti, док је остатак Fe, може имати густину ближу доњој граници опсега.
• Алнико легуре веће густине : Насупрот томе, легуре са повећаним садржајем никла или кобалта генерално имају веће густине. Алнико легура са саставом од 6,8% Al, 14,5% Ni, 34,0% Co, 4,0% Cu, 5,0% Ti и преосталог Fe може се приближити горњој граници опсега густине.

3. Утицај варијација односа састава на густину

Густина алнико магнета је директно зависна од атомских тежина и пропорција њихових саставних елемената. Сваки елемент различито доприноси укупној густини легуре:

• Алуминијум (Al) : Са густином од приближно 2,7 g/cm³, алуминијум је најлакши од главних елемената у легурама алникоа. Повећање садржаја алуминијума смањује укупну густину легуре.
• Никл (Ni) : Никл има густину од око 8,9 г/цм³. Већи садржај никла повећава густину легуре Алнико.
• Кобалт (Co) : Кобалт такође има густину од око 8,9 g/cm³. Слично никлу, повећање садржаја кобалта доводи до веће густине.
• Гвожђе (Fe) : Гвожђе, основни елемент у легурама алникоа, има густину од приближно 7,87 g/cm³. Иако је његов допринос густини значајан, варијације у садржају гвожђа унутар типичних састава алникоа имају мање изражен утицај на укупну густину у поређењу са алуминијумом, никлом или кобалтом.
• Мањи елементи (Cu, Ti) : Бакар и титанијум имају густину од око 8,96 g/cm³ и 4,51 g/cm³, респективно. Њихов утицај на густину је релативно мали због њихових ниских концентрација у легурама Alnico.

Пример анализе :
Размотрите две алнико легуре са различитим саставима:

• Легура А : 8% Ал, 16% Ни, 24% Цо, 3% Цу, 1% Ти, 48% Фе
  • Израчуната густина: Користећи метод пондерисаног просека, густина се може проценити на следећи начин:
    • (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 г/цм³
• Легура Б : 12% Ал, 14% Ни, 20% Цо, 4% Цу, 5% Ти, 45% Фе
  • Израчуната густина:
    • (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 г/цм³

У овом примеру, легура А, са нижим садржајем алуминијума и већим садржајем никла и кобалта, има већу густину од легуре Б, која има већи садржај алуминијума и релативно нижи удео никла и кобалта.

4. Утицај производног процеса на густину

Поред састава, процес производње такође утиче на густину алнико магнета. За производњу алнико магнета користе се две основне методе: ливење и синтеровање.

• Ливење : Ливени алнико магнети се производе топљењем саставних елемената и ливањем растопљене легуре у калупе. Овај процес може резултирати хомогенијом структуром, али густина може мало да варира у зависности од брзине хлађења и дизајна калупа. Генерално, ливени алнико магнети имају густину унутар наведеног опсега, са неким варијацијама због скупљања током очвршћавања.
• Синтеровање : Синтеровани алнико магнети се праве сабијањем прашкасте алнико легуре у жељени облик, а затим загревањем на температуру испод тачке топљења како би се честице спојиле. Синтеровањем се могу добити магнети веће густине у поређењу са ливењем, јер процес сабијања праха може постићи већу густину паковања. Међутим, густина синтерованих алнико магнета је и даље првенствено одређена саставом праха.

5. Практичне импликације варијација густине

Густина алнико магнета има практичне импликације за њихову примену у различитим индустријама:

• Ваздухопловство : У ваздухопловним применама, где је смањење тежине критично, легуре Alnico мање густине могу бити пожељније како би се минимизирала укупна тежина компоненти као што су лопатице мотора и дискови турбина.
• Аутомобилска индустрија : У аутомобилској индустрији, Alnico магнети се користе у сензорима, актуаторима и моторима. Избор густине легуре зависи од специфичних захтева за перформансама и просторних ограничења примене.
• Електронски уређаји : Код електронских уређаја, као што су звучници и слушалице, густина Алнико магнета може утицати на величину и тежину магнетних компоненти, што утиче на целокупни дизајн и преносивост уређаја.

6. Закључак

Густина Alnico магнета је кључни параметар на који утичу њихов састав и процес производње. Типично у распону од 6,8 до 7,3 г/цм³, густина се може подесити променом пропорција алуминијума, никла, кобалта и других елемената у легури. Већи садржај алуминијума доводи до ниже густине, док повећани садржај никла или кобалта резултира већом густином. Процес производње, било да је у питању ливење или синтеровање, такође игра улогу у одређивању коначне густине магнета. Разумевање ових односа омогућава прилагођавање Alnico магнета специфичним захтевима примене, оптимизујући перформансе, тежину и исплативост.