Механичка својства алнико магнета и поређење са другим перманентним магнетима

1. Увод

Алнико (алуминијум-никл-кобалт) магнети су класа перманентних магнета развијених 1930-их, познатих по својој одличној термичкој стабилности, високој реманенцији ( Br ) и умереној коерцитивности ( Hc ). Иако су њихова магнетна својства добро документована, њихове механичке перформансе - укључујући тврдоћу, затезну чврстоћу, чврстоћу на савијање и жилавост - подједнако су важне за инжењерске примене. Овај чланак пружа детаљне податке о механичким својствима Алнико магнета и упоређује их са другим перманентним магнетима, као што су магнети од ретких земаља (NdFeB, SmCo) и феритни магнети.

2. Механичка својства алнико магнета

(1) Тврдоћа

• Типична вредност : Алнико магнети обично показују тврдоћу по Роквелу (HRC) од 40–50 или тврдоћу по Викерсу (HV) од 500–700 .
• Фактори који утичу на тврдоћу:
  • Састав легуре : Већи садржај кобалта (Co) и никла (Ni) повећава тврдоћу, али смањује дуктилност.
  • Термичка обрада : Правилно старење и жарење у раствору побољшавају тврдоћу оптимизацијом расподеле талога (нпр. фазе Ni-Al или Co-Ti).
  • Микроструктура : Финозрнасте структуре са уједначеним преципитатима повећавају тврдоћу кроз затварање зидова домена.

(2) Затезна чврстоћа

• Типична вредност : Гранична затезна чврстоћа (UTS) Alnico-а креће се од 150–300 MPa , у зависности од врсте легуре и начина обраде.
• Поређење са другим магнетима:
  • Феритни магнети : Нижа UTS (~50–100 MPa) због њихове керамичке природе.
  • NdFeB магнети : Већа тврдоћа заварења (~300–500 MPa), али крхки, што ограничава обрадивост.
  • SmCo магнети : Умерена UTS (~200–400 MPa) са бољом жилавошћу од NdFeB.

(3) Чврстоћа на савијање

• Типична вредност : Алнико магнети имају чврстоћу на савијање од 100–200 MPa , што их чини отпорнијим на савијање од феритних магнета, али мање робусним од магнета од ретких земаља.
• Кључни фактор : Анизотропна структура Алника (због усмереног очвршћавања) побољшава чврстоћу на савијање дуж преферираних кристалографских оса.

(4) Жиљавост (отпорност на ударце)

• Типична вредност : Алнико магнети су крхки , са Шарпијевом енергијом удара <5 J/cm² , слично феритним магнетима, али нижим од магнета од ретких земаља.
• Ограничење : Ниска жилавост ограничава Алнико на примене где су механички удари минимални (нпр. сензори, ваздухопловство).

(5) Густина

• Типична вредност : Алнико има густину од 7,2–7,6 г/цм³ , већу од феритних магнета (4,8–5,2 г/цм³), али нижу од NdFeB (7,4–7,6 г/цм³) и SmCo (8,3–8,5 г/цм³).

3. Поређење са другим сталним магнетима

Табела 1: Механичка својства сталних магнета

(1) Alnico наспрам NdFeB магнета

• Предности Алника:
  • Боља термичка стабилност : Алнико задржава магнетизам до 600°C , док се NdFeB разграђује изнад 200°C .
  • Већа обрадивост : Алнико се може сећи, бушити или брусити, док НдФеБ захтева дијамантске алате због своје тврдоће.
• Недостаци Алника:
  • Производ ниже магнетне енергије : АлникоBH макс (~5–10 MGOe) је много нижи него код NdFeB (~40–50 MGOe).
  • Нижа коерцитивност : Алнико је склон демагнетизацији под дејством обрнутих поља.

(2) Alnico магнети у односу на SmCo магнете

• Предности Алника:
  • Нижа цена : SmCo садржи скупе ретке земне елементе (нпр. самаријум, диспрозијум), што Alnico чини економичнијим.
  • Боља отпорност на корозију : Алнико не захтева премазе, док СмЦо може оксидирати у влажним срединама.
• Недостаци Алника:
  • Ниже магнетне перформансе : SmCo има већеBH макс (~25–32 MGOe) и коерцитивност (~600–800 kA/m).
  • Нижи температурни коефицијент : Реманенција SmCo се мање мења са температуром (-0,03%/°C у односу на -0,02%/°C код Alnico-а).

(3) Алницо против феритних магнета

• Предности Алника:
  • Већа реманенција : Бром код алникоа (~1,0–1,4 Т) је много већи него код ферита (~0,2–0,4 Т).
  • Боља механичка чврстоћа : Затезна и савијна чврстоћа Алнико магнета премашују чврстоће феритних магнета.
• Недостаци Алника:
  • Виша цена : Феритни магнети су знатно јефтинији због обилних сировина (нпр. гвожђе оксид, стронцијум карбонат).
  • Нижа магнетна стабилност : Феритни магнети имају виши температурни коефицијент реманенције (~-0,2%/°C).

4. Примене засноване на механичким својствима

(1) Алнико магнети

• Сензори високе температуре : Користе се у ваздухопловним и аутомобилским сензорима због термичке стабилности.
• Звучници за електричну гитару : Облици који се могу обрађивати и стабилна магнетна поља побољшавају квалитет звука.
• Војна опрема : Отпорна на демагнетизацију услед удара и вибрација.

(2) NdFeB магнета

• Високоперформансни мотори : Користе се у електричним возилима (EV) и ветротурбинама за максимални обртни момент.
• МРИ апарати : За снимање су потребна јака магнетна поља.

(3) SmCo магнета

• Аерокосмички актуатори : Поуздано раде на екстремним температурама.
• Медицински уређаји : Користе се у пејсмејкерима и слушним апаратима због биокомпатибилности.

(4) Феритни магнети

• Јефтини мотори : Налазе се у кућним апаратима (нпр. фрижидерима, вентилаторима).
• Звучници : Обезбеђују адекватна магнетна поља уз минималне трошкове.

5. Закључак

Алнико магнети показују умерену тврдоћу, затезну чврстоћу и чврстоћу на савијање, али пате од ниске жилавости, што ограничава њихову употребу у применама са високим ударним оптерећењем. У поређењу са магнетима од ретких земаља (NdFeB, SmCo), Алнико нуди бољу термичку стабилност и обрадивост, али ниже магнетне перформансе. Феритни магнети, иако јефтинији, имају инфериорна и магнетна и механичка својства. Избор магнета зависи од захтева примене за отпорност на температуру, магнетну чврстоћу, цену и механичку издржљивост .

За високотемпературне, прецизне примене , Alnico остаје незаменљив, док високоперформансне, исплативе примене фаворизују NdFeB или SmCo. Разумевање ових компромиса је неопходно за оптималан избор магнета у инжењерским пројектима.