Алнико — это семейство сплавов железа , которые помимо железа состоят в основном из алюминия (Al), никеля (Ni) и кобальта (Co), отсюда и аббревиатура [1] al-ni-co . 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 имеет коэрцитивную силу 400 эрстед (32 кА/м), что вдвое больше, чем у лучших магнитных сталей того времени. [3]
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 сильнее только редкоземельные магниты , такие как неодим и самарий-кобальт . 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. Остаточная намагниченность Алнико ( 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). Это означает, что 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, которые обладают полезным магнетизмом 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, если с ними правильно обращаться. Магниты Alnico электропроводны, в отличие от керамических магнитов.
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]
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 внутренней коэрцитивной силы как килоэрстедов, а также системы классификации IEC. [7]
Магниты Alnico производятся методами литья или спекания . [8] Литой альнико производится традиционными методами с использованием песчаных форм на связке смолы. Спеченные магниты из алнико изготавливаются с использованием методов производства порошкового металла. Спекание алнико подходит для изделий сложной геометрии. [9]
Большая часть производимого алнико анизотропна, что означает, что магнитное направление зерен ориентировано в одном направлении. Анизотропные магниты алнико ориентируются путем нагревания выше критической температуры и охлаждения в присутствии магнитного поля. Как изотропный, так и анизотропный алнико требуют соответствующей термической обработки для достижения оптимальных магнитных свойств - без нее коэрцитивная сила алнико составляет около 10 Э, что сравнимо с техническим железом, которое является магнитомягким материалом. После термообработки алнико превращается в композиционный материал, называемый « материалом осадков » — он состоит из выделений с высоким содержанием железа и кобальта [10] в матрице с высоким содержанием NiAl.
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 . . Без внешнего поля возникают локальные анизотропии разной ориентации 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.
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 они могут использоваться во многих областях, которые не могут быть заполнены менее устойчивыми магнитами, например, в нагревательных плитах с магнитной мешалкой .