Алнико
Алнико — это семейство железа сплавов , которые, помимо железа, состоят в основном из алюминия (Al), никеля (Ni) и кобальта (Co), отсюда и аббревиатура. [1] аль-ни-ко . В их состав также входит медь , а иногда и титан . Сплавы алнико являются ферромагнитными и используются для изготовления постоянных магнитов . До разработки редкоземельных магнитов в 1970-х годах они были самым сильным типом постоянных магнитов. Другие торговые названия сплавов этого семейства: Alni, Alcomax, Hycomax, Columax и Ticonal . [2]
Состав сплавов алнико обычно составляет 8–12 % Al, 15–26 % Ni, 5–24 % Co, до 6 % Cu, до 1 % Ti, остальное — Fe. Разработка алнико началась в 1931 году, когда Т. Мисима в Японии обнаружил, что сплав железа, никеля и алюминия обладает коэрцитивной силой 400 эрстед (32 кА/м), что вдвое больше, чем у лучших магнитных сталей того времени. [3]
Характеристики
[ редактировать ]Сплавы алнико можно намагничивать для создания сильных магнитных полей и иметь высокую коэрцитивную силу (стойкость к размагничиванию), что позволяет создавать сильные постоянные магниты. Из наиболее распространенных магнитов только редкоземельные магниты , такие как неодим и самарий-кобальт сильнее . Магниты Alnico создают напряженность магнитного поля на своих полюсах до 1500 гаусс (0,15 тесла ), что примерно в 3000 раз превышает силу магнитного поля Земли . Некоторые марки алнико изотропны и могут эффективно намагничиваться в любом направлении. Другие типы, такие как алнико 5 и алнико 8, являются анизотропными , каждый из которых имеет предпочтительное направление намагничивания или ориентацию. Анизотропные сплавы обычно имеют большую магнитную емкость в предпочтительной ориентации, чем изотропные сплавы. Алнико Остаточная намагниченность ( B r ) может превышать 12 000 Гс (1,2 Т ), его коэрцитивная сила ( H c ) может достигать 1000 эрстед (80 кА/м), его максимальное энергетическое произведение (( BH ) max ) может достигать 5,5 МГ. ·Э (44 Т·А/м). Следовательно, алнико может создавать сильный магнитный поток в замкнутых магнитных цепях, но имеет относительно небольшую устойчивость к размагничиванию. Напряженность поля на полюсах любого постоянного магнита во многом зависит от формы и обычно значительно ниже остаточной напряженности материала.
Сплавы алнико имеют одни из самых высоких температур Кюри среди всех магнитных материалов, около 800 ° C (1470 ° F), хотя максимальная рабочая температура обычно ограничивается примерно 538 ° C (1000 ° F). [4] Это единственные магниты, обладающие полезными магнетическими свойствами даже при нагреве докрасна . [5] Это свойство, а также его хрупкость и высокая температура плавления являются результатом сильной тенденции к упорядочению из-за интерметаллических связей между алюминием и другими компонентами. Они также являются одними из самых стабильных магнитов при правильном обращении. Магниты Alnico электропроводны, в отличие от керамических магнитов.
| ММПА сорт | МЭК код исх. | Состав по весу (Fe включает остаток) | Магнитные свойства | Физические свойства | Термические свойства | |||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Макс. энергия продукт, (ЧД) макс. | Остаточный индукция, Бр | Принудительный сила, H c | Внутренний принудительный сила, H ci | Плотность | Растяжимый сила | поперечный модуль разрыв | СПЧ | Термальный расширение коэффициент (10 −6 на °С) | Электрический удельное сопротивление, при 20 °С (мкОм·см) | Реверсивная температура. коэффициент, (% на °C) | Кюри темп. | Макс. услуга темп. | ||||||||||||||||||
| Ал | В | Ко | С | Из | (МГОе) | (кДж/м 3 ) | (гаусс) | (мТл) | (Ты) | (кА/м) | (Ты) | (кА/м) | (фунт/дюйм 3 ) | (г/см 3 ) | (пси) | (МПа) | (пси) | (МПа) | Около Б р | Около макс. энергия прод. | Около Ч с | (°С) | (°Ф) | (°С) | (°Ф) | |||||
| Изотропное литье AlNiCo | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Алнико 1 | Р1-0-1 | 12 | 21 | 5 | 3 | - | 1.4 | 11.1 | 7200 | 720 | 470 | 37 | 480 | 38 | 0.249 | 6.9 | 4000 | 28 | 14000 | 97 | 45 | 12.6 | 75 | |||||||
| Алнико 2 | Р1-0-4 | 10 | 19 | 13 | 3 | - | 1.7 | 13.5 | 7500 | 750 | 560 | 45 | 580 | 46 | 0.256 | 7.1 | 3000 | 21 | 7000 | 48 | 45 | 12.4 | 65 | -0.03 | -0.02 | -0.02 | 810 | 1490 | 450 | 840 |
| Алнико 3 | Р1-0-2 | 12 | 25 | - | 3 | - | 1.35 | 10.7 | 7000 | 700 | 480 | 38 | 500 | 40 | 0.249 | 6.9 | 12000 | 83 | 23000 | 158 | 45 | 13.0 | 60 | |||||||
| Анизотропное литье AlNiCo | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Алнико 5 | Р1-1-1 | 8 | 14 | 24 | 3 | - | 5.5 | 43.8 | 12800 | 1280 | 640 | 51 | 640 | 51 | 0.264 | 7.3 | 5400 | 37 | 10500 | 72 | 50 | 11.4 | 47 | -0.02 | -0.015 | +0.01 | 860 | 1580 | 525 | 975 |
| Алнико 5ДГ | Р1-1-2 | 8 | 14 | 24 | 3 | - | 6.5 | 57.7 | 13300 | 1330 | 670 | 53 | 670 | 53 | 0.264 | 7.3 | 5200 | 36 | 9000 | 62 | 50 | 11.4 | 47 | |||||||
| Алнико 5-7 | Р1-1-3 | 8 | 14 | 24 | 3 | - | 7.5 | 59.7 | 13500 | 1350 | 740 | 59 | 740 | 59 | 0.264 | 7.3 | 5000 | 34 | 8000 | 55 | 50 | 11.4 | 47 | |||||||
| Алнико 6 | Р1-1-4 | 8 | 16 | 24 | 3 | 1 | 3.9 | 31.0 | 10500 | 1050 | 780 | 62 | 800 | 64 | 0.265 | 7.3 | 23000 | 158 | 45000 | 310 | 50 | 11.4 | 50 | -0.02 | -0.015 | +0.03 | 860 | 1580 | 525 | 975 |
| Алнико 8 | Р1-1-5 | 7 | 15 | 35 | 4 | 5 | 5.3 | 42.2 | 8200 | 820 | 1650 | 131 | 1860 | 148 | 0.262 | 7.3 | 10000 | 59 | 30000 | 207 | 55 | 11.0 | 53 | -0.025 | -0.01 | +0.01 | 860 | 1580 | 550 | 1020 |
| Алнико 8HC | Р1-1-7 | 8 | 14 | 38 | 3 | 8 | 5.0 | 39.8 | 7200 | 720 | 1900 | 151 | 2170 | 173 | 0.262 | 7.3 | 10000 | 59 | 30000 | 207 | 55 | 11.0 | 54 | -0.025 | -0.01 | +0.01 | 860 | 1580 | 550 | 1020 |
| Алнико 9 | Р1-1-6 | 7 | 15 | 35 | 4 | 5 | 9.0 | 71.6 | 10600 | 1060 | 1500 | 119 | 1500 | 119 | 0.262 | 7.3 | 7000 | 48 | 8000 | 55 | 55 | 110. | 53 | -0.025 | -0.01 | +0.01 | 860 | 1580 | 550 | 1020 |
| Изотропный спеченный AlNiCo | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Алнико 2 | Р1-0-4 | 10 | 19 | 13 | 3 | - | 1.5 | 11.9 | 7100 | 710 | 550 | 44 | 570 | 45 | 0.246 | 6.8 | 65000 | 448 | 70000 | 483 | 45 | 123.4 | 68 | |||||||
| Анизотропный спеченный AlNiCo | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Алнико 5 | Р1-1-10 | 8 | 14 | 24 | 3 | - | 3.9 | 31.0 | 10900 | 1090 | 620 | 49 | 630 | 50 | 0.250 | 6.9 | 50000 | 345 | 55000 | 379 | 45 | 11.3 | 50 | |||||||
| Алнико 6 | Р1-1-11 | 8 | 15 | 24 | 3 | 1 | 2.9 | 23.1 | 9400 | 940 | 790 | 63 | 820 | 65 | 0.250 | 6.9 | 55000 | 379 | 100000 | 689 | 45 | 11.4 | 54 | |||||||
| Алнико 8 | Р1-1-12 | 7 | 15 | 35 | 4 | 5 | 4.0 | 31.8 | 7400 | 740 | 1500 | 119 | 1690 | 134 | 0.252 | 7.0 | 50000 | 345 | 55000 | 379 | 45 | 11.0 | 54 | |||||||
| Алнико 8HC | Р1-1-13 | 7 | 14 | 38 | 3 | 8 | 4.5 | 35.8 | 6700 | 670 | 1800 | 143 | 2020 | 161 | 0.252 | 7.0 | 55000 | 379 | 45 | 11.0 | 54 | |||||||||
По состоянию на 2018 год магниты Alnico стоили около 44 долларов США за кг (20 долларов США за фунт) или максимум 4,30 доллара США за ч.ч. [6]
Классификация
[ редактировать ]Магниты алнико традиционно классифицируются по номерам, присвоенным Ассоциацией производителей магнитных материалов (MMPA), например, алнико 3 или алнико 5. Эти классификации указывают на химический состав и магнитные свойства. (Сами по себе классификационные номера не имеют прямого отношения к свойствам магнита; например, более высокое число не обязательно указывает на более сильный магнит.) [7]
Эти классификационные номера, хотя они все еще используются, были отменены в пользу новой системы MMPA, которая обозначает магниты Alnico на основе максимального энергетического произведения в мегагаусс-эрстедах и собственной коэрцитивной силы в килоэрстедах, а также системы классификации IEC. . [7]
Производственный процесс
[ редактировать ]
Магниты Alnico производятся методами литья или спекания . [8] Литой альнико производится обычными методами с использованием песчаных форм, связанных смолой , которые могут быть сложными и детализированными, что позволяет создавать сложные формы. [9] Изготовленный магнит из алнико обычно имеет шероховатую поверхность. [10] Этот процесс требует более высоких первоначальных затрат на инструменты для создания пресс-форм. [11] Спеченные магниты из алнико изготавливаются с использованием методов производства порошкового металла. Хотя спекание также позволяет получить самые разные формы, оно может оказаться не таким подходящим для чрезвычайно сложных или детальных конструкций, как литье. [9] [12]
Большая часть произведенного алнико анизотропна, что означает, что магнитное направление зерен при первоначальном изготовлении ориентировано случайным образом. Анизотропные магниты алнико ориентируются путем нагревания выше критической температуры и охлаждения в присутствии магнитного поля. Как изотропный, так и анизотропный алнико требуют надлежащей термической обработки для достижения оптимальных магнитных свойств. Без него коэрцитивная сила алнико составляет около 10 Э, что сравнимо с техническим железом, магнитомягким материалом. После термообработки алнико превращается в композиционный материал, называемый « осадочным материалом» — он состоит из богатых железом и кобальтом материалов. [13] выделяется в богатой NiAl матрице.
Анизотропия Алнико ориентирована вдоль желаемой магнитной оси за счет приложения к нему внешнего магнитного поля во время зарождения частиц осадка, которое происходит при охлаждении от 900 ° C (1650 ° F) до 800 ° C (1470 ° F), вблизи точки Кюри. . Существуют локальные анизотропии различной ориентации без внешнего поля из-за спонтанного намагничивания. Структура выделений является «барьером» против изменений намагниченности, поскольку она предпочитает несколько состояний намагничивания, требующих много энергии для перевода материала в любое промежуточное состояние. Кроме того, слабое магнитное поле смещает намагниченность только матричной фазы и является обратимым.
Использование
[ редактировать ]
Магниты Alnico широко используются в промышленности и быту, где необходимы сильные постоянные магниты. Примерами являются электродвигатели , звукосниматели для электрогитар , микрофоны , датчики , громкоговорители , магнетронные трубки и коровьи магниты . Во многих приложениях их заменяют редкоземельные магниты , чьи более сильные поля (Br ) и более крупные энергетические продукты (B·H max ) позволяют использовать магниты меньшего размера для данного применения.
Устойчивость магнитов алнико к высоким температурам приводит к тому, что многие применения не могут быть заполнены менее устойчивыми магнитами, например, в магнитных нагревательных пластинах для перемешивания .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хеллвег, Пол (1986). Словарь человека, страдающего бессонницей . Факты о файловых публикациях. п. 115. ИСБН 978-0-8160-1364-7 .
- ^ Брэди, Джордж Стюарт; Клаузер, Генри Р.; Ваккари, Джон А. (2002). Справочник материалов: Энциклопедия для менеджеров . МакГроу-Хилл Профессионал. п. 577. ИСБН 978-0-07-136076-0 .
- ^ Каллити, Б.Д.; Грэм, компакт-диск (2008). Введение в магнитные материалы . Wiley-IEEE. п. 485. ИСБН 978-0-471-47741-9 .
- ^ Магниты Арнольда-Алнико . Арнольдмагнитс.com. Проверено 30 июля 2011 г.
- ^ Юбер, Алекс; Рудольф Шефер (1998). Магнитные домены: анализ магнитных микроструктур . Спрингер. п. 557. ИСБН 978-3-540-64108-7 .
- ^ Часто задаваемые вопросы, заархивированные 12 марта 2019 г. в Wayback Machine . Magnetsales.com. Проверено 30 июля 2011 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Стандартные спецификации для материалов с постоянными магнитами (Стандарт MMPA № 0100-00)» (PDF) . Ассоциация производителей магнитных материалов . Проверено 9 сентября 2015 г.
- ^ Кэмпбелл, Питер (1996). Материалы постоянных магнитов и их применение . Великобритания: Издательство Кембриджского университета. стр. 35–38. Бибкод : 1996pmma.book.....C . ISBN 978-0-521-56688-9 .
- ^ Перейти обратно: а б Цуй, Джун; Ормерод, Джон (2022). «Процессы производства постоянных магнитов: Часть I — спекание и литье» . ДЖОМ . 74 (4): 1279–1295. Бибкод : 2022JOM....74.1279C . дои : 10.1007/s11837-022-05156-9 .
- ^ «Магниты Алнико» . Стандартные магниты . Проверено 5 июля 2024 г.
- ^ Роттманн, ПФ; Полонский, А.Т. (2021). «Трёхлучевая томография и эволюция микроструктуры в магнитах Alnico, изготовленных аддитивным способом». Мэтр . 49 : 23–34. дои : 10.1016/j.mattod.2021.05.003 .
- ^ Дусса, Сайкумар; Джоши, СС (2024 г.). «Аддитивно изготовленные материалы для постоянных магнитов Alnico — обзор» . Магнетизм . 4 (2): 125–156. дои : 10.3390/magnetism4020010 .
- ^ Чу, В.Г.; Фей, штат Вирджиния; Ли, XH; Ян, ДЗ; Ван, JL (2000). «Эволюция частиц, богатых Fe-Co, в сплаве Alnico 8, термомагнитно обработанном при 800 ° C». Материаловедение и технологии . 16 (9): 1023–1028. Бибкод : 2000MatST..16.1023C . дои : 10.1179/026708300101508810 . S2CID 137015369 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- MMPA 0100-00 , Стандартные спецификации для материалов с постоянными магнитами