Alnico: feromagnetinis geležės lydinys — sudėtis, savybės ir panaudojimas

Alnico — feromagnetinis Fe–Al–Ni–Co lydinys: sudėtis, didelis koercityvumas, savybės ir pritaikymai nuo nuolatinių magnetų iki pramoninių jutiklių ir istorinių technologijų.

Alnico yra geležies lydinys, sudarytas iš geležies, aliuminio (Al), nikelio (Ni) ir kobalto (Co). Pavadinimas yra Al-Ni-Co akronimas. Alnico sudėtyje taip pat gali būti vario ir kartais titano.

Alnico lydiniai yra feromagnetiniai (mechanizmas, kuriuo kai kurios medžiagos sudaro nuolatinius magnetus). Alnico lydiniai taip pat pasižymi dideliu koercityvumu (lengvai nepraranda magnetizmo) ir yra naudojami nuolatiniams magnetams gaminti. Prieš XX a. septintajame dešimtmetyje sukuriant retųjų žemių magnetus, alnico magnetai buvo stipriausias magnetų tipas. Alnico pradėtas kurti, kai T. Mišima Japonijoje nustatė, kad geležies, nikelio ir aliuminio lydinys pasižymi dvigubai didesniu koercivumu nei geriausi to meto magnetai. (Alnico koercivumas yra 400 oerstedų).

Sudėtis ir pagrindinės rūšys

Tipiška Alnico sudėtis svyruoja priklausomai nuo legiruojančių elementų santykio, bet dažniausiai apima didžiąją dalį geležies, apie 5–12 % aliuminio, 6–20 % nikelio ir 2–24 % kobalto. Į sudėtį taip pat gali būti įtrauktas varis (pagerina koercityvumą) ir titano (mikrostruktūros kontrolė). Yra daug rūšių (žymimos, pavyzdžiui, Alnico 2, 3, 5, 8 ir kt.), kurios skiriasi magnetinėmis savybėmis bei atsparumu demagnetizacijai.

Magnetinės savybės

• Feromagnetiškumas ir remanencija: Alnico pasižymi aukšta liekamu magnetiniu indukcijos lygiu (remanencija), todėl geba išlaikyti stiprų nuolatinį magnetinį lauką.
• Koercityvumas: daugeliui alnico lydinių būdingas vidutinis koercityvumas (kartais nurodomas šimtai oerstedų). Dėl to alnico magnetai yra mažiau atsparūs demagnetizacijai nei retųjų žemių magnetai, bet geriau už klasikinius feritinius magnetus tam tikrose sąlygose.
• Energijos produktas (BHmax): maksimumas palyginti nedidelis (keli MGOe — milijonai gausų oerstedo), todėl alnico nepasiekia NdFeB ar SmCo magnetų energijos tankio.
• Temperatūrinis stabilumas: Alnico turi aukštą Curie temperatūrą (apie 700–860 °C, priklausomai nuo sudėties) ir palyginti mažą nuostolį magnetizacijoje su temperatūra, todėl tinka veikti aukštoje temperatūroje.
• Anizotropija: magnetinės savybės dažnai pasiekiamos kontroliuojant mikrostruktūrą (spinodalinė segregacija), o magnetinė ašis nustatoma gamybos metu magnetiniu pjovimu ar terminio apdorojimo metu.

Gamybos metodai ir terminis apdorojimas

Alnico gaminamas keliais būdais:

• Liejiniai: lydinys liejamas į formą, po to atliekamas terminis apdorojimas ir magnetinis atsparumas nustatomas mag. lauku magnetinant kristalų orientaciją.
• Sinteravimas (presavimas ir sintravimas): naudojamas sudėtingesniems arba kompaktiškiems komponentams; sintravimas gali duoti geresnį tankį ir vienodesnę mikrostruktūrą.
• Magnetinis linklinimas: daugeliu atvejų po terminio apdorojimo medžiaga šaldoma ir tada magnetizuojama didelio intensyvumo išoriniu lauku, kuris orientuoja magnetines domenuose susidariusias sritis.

Mechaninės ir cheminės savybės

Alnico yra gana trapi medžiaga — ją sunku deformuoti štampuojant ar lankstant. Mechaninis apdirbimas dažniausiai atliekamas šlifavimu arba pjovimu abrazyvais. Dėl galimo korozijos jautrumo dažnai taikomas paviršiaus apsauginis sluoksnis (dažymas, nikeliavimas, kita danga).

Panaudojimas

Alnico magnetai naudojami ten, kur reikalingas stabilus nuolatinis laukas, didelis temperatūrinis stabilumas arba specifinė magnetinė charakteristika:

• muzikos instrumentų pikapai (ypač gitarų pikapai — dažnai naudojami Alnico 2 ir 5);
• maži varikliai ir generatoriai, kur reikalingas stabilus magnetinis laukas aukštoje temperatūroje;
• jutikliai, tachometrai, matavimo prietaisai ir magnetiniai indukcijos elementai;
• garsiakalbiai, mikrofonai ir akustinės sistemos;
• magnetiniai fiksatoriai, laikikliai ir pramoniniai separatoriai;
• moksliniai instrumentai, kur reikalingas pastovus laukas ir atsparumas temperatūriniams pokyčiams.

Istorija ir dabartis

Istoriškai, alnico buvo vienas iš pirmųjų plačiai naudojamų aukštos kokybės nuolatinių magnetų — ypač iki XX a. vidurio, kol atsirado retųjų žemių (NdFeB, SmCo) magnetai. Alnico išradimas ir tolesnis vystymas susiję su darbais Japonijoje; T. Mišima (Tokushichi Mishima) 1930–1931 m. atliko esminius tyrimus, parodžiusius naujos sudėties lydinių pranašumus.

Nors šiuolaikiniai retųjų žemių magnetai pasižymi žymiai didesniu energijos tankiu, alnico vis dar išlieka svarbus ten, kur reikalingas didelis temperatūrinis stabilumas, specifinė magnetinė kreivė ar atsparumas magnetinio lauko ilgaamžiškumo pokyčiams.

Priežiūra ir eksploatacija

Alnico magnetus geriausia saugoti nuo mechaninių smūgių ir aštrių šiluminių šuolių. Pilnas magnetizavimas reikalauja stipraus magnetinio lauko (specializuotos magnetizavimo spindulys). Dėl korozijos rizikos rekomenduojama naudoti apsaugines dangas ar nikelio / kita danga priklausomai nuo panaudojimo srities.

Santrauka: Alnico — tai geležies pagrindu pagaminti feromagnetiniai lydiniai su aliuminiu, nikeliu ir kobaltu, kurie turi gerą temperatūrinį stabilumą ir aukštą liekamą magnetizmą. Jie buvo vieni pirmųjų stipriųjų nuolatinių magnetų ir tebenaudojami specializuotose srityse, nepaisant to, kad retųjų žemių magnetai užėmė daug bendros rinkos dėl didesnio energijos tankio.

Klausimai ir atsakymai

Klausimas: Kas yra alnico?

K: Iš ko kilęs alnico pavadinimas?

K: Kokių dar elementų gali būti alnico sudėtyje?

K: Kokiomis savybėmis pasižymi alnico lydiniai?

K: Kas yra koercivumas?

K: Koks buvo stipriausias magnetas prieš sukuriant retųjų žemių magnetus?

K: Kada ir kas sukūrė alnico magnetus?

Paieška pagal raidę