Альнико — это семейство железных сплавов , которые, помимо железа, в основном состоят из алюминия (Al), никеля (Ni) и кобальта (Co), отсюда и аббревиатура [1] al-ni-co . Они также включают медь и иногда титан . Сплавы альнико 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 наименования сплавов в этом семействе: Alni, Alcomax, Hycomax, Columax и Ticonal . [2]
Состав сплавов альнико обычно составляет 8–12% Al, 15–26% Ni, 5–24% Co, до 6% Cu, до 1% Ti, а остальное — Fe. Разработка альнико 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 альнико можно намагничивать для создания сильных магнитных полей , и они обладают высокой коэрцитивной силой (сопротивлением размагничиванию), что позволяет создавать сильные постоянные магниты. Из наиболее распространенных магнитов сильнее только редкоземельные магниты , такие как неодимовые и самарий-кобальтовые . Магниты альнико создают на своих полюсах напряженность магнитного поля до 1500 гаусс (0,15 тесла ), что примерно в 3000 раз больше напряженности магнитного поля Земли . Некоторые марки альнико являются изотропными и могут эффективно намагничиваться в любом направлении. Другие типы, такие как альнико 5 и альнико 8, являются анизотропными , каждый из которых имеет предпочтительное направление намагничивания или ориентацию. Анизотропные сплавы обычно имеют большую магнитную емкость в предпочтительной ориентации, чем изотропные типы. Остаточная намагниченность альнико ( Br ) может превышать 12000 Гс (1,2 Тл ), его коэрцитивная сила ( Hc ) может достигать 1000 эрстед (80 кА/м), его максимальное энергетическое произведение (( BH ) max ) может достигать 5,5 МГс·Э (44 Тл·А/м). Поэтому альнико может создавать сильный магнитный поток в замкнутых магнитных цепях, но имеет относительно небольшое сопротивление размагничиванию. Напряженность поля на полюсах любого постоянного магнита сильно зависит от формы и обычно значительно ниже остаточной намагниченности материала.
Сплавы альнико имеют одну из самых высоких температур Кюри среди всех магнитных материалов, около 800 °C (1470 °F), хотя максимальная рабочая температура обычно ограничена около 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 порядку из-за интерметаллических связей между алюминием и другими компонентами. Они также являются одними из самых стабильных магнитов при правильном обращении. Магниты альнико являются электропроводящими, в отличие от керамических магнитов. [ требуется ссылка ] Температура плавления альнико 3 составляет 1200–1450 °C. [6]
По состоянию на 2018 год магниты Alnico стоили около 44 долларов США /кг (20 долларов США/фунт) или максимум 4,30 доллара США/BH . [7]
Магниты Alnico традиционно классифицируются с использованием номеров, присвоенных Ассоциацией производителей магнитных материалов (MMPA), например, alnico 3 или alnico 5. Эти классификации указывают на химический состав и магнитные свойства. (Сами по себе классификационные номера не имеют прямого отношения к свойствам магнита; например, более высокий номер не обязательно указывает на более сильный магнит.) [8]
Эти классификационные номера, хотя и 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. [8]
Магниты из алнико производятся с помощью процессов литья или спекания . [9] Литой алнико производится обычными методами с использованием песчаных форм, связанных смолой , которые могут быть сложными и детализированными, что позволяет производить сложные формы. [10] Изготовленный магнит из алнико обычно имеет шероховатую поверхность. [11] Этот процесс имеет более высокие начальные затраты на оснастку для создания формы. [12] Спеченные магниты из алнико формируются с использованием методов производства порошкового металла. Хотя спекание также может производить ряд форм, оно может быть не таким подходящим для чрезвычайно сложных или детализированных конструкций по сравнению с литьем. [10] [13]
Большая часть производимого альнико является анизотропным, что означает, что магнитное направление зерен ориентировано случайным образом при первоначальном изготовлении. Анизотропные магниты из альнико ориентируются путем нагревания выше критической температуры и охлаждения в присутствии магнитного поля. Как изотропный, так и анизотропный альнико требуют надлежащей термической обработки для развития оптимальных магнитных свойств. Без нее коэрцитивная сила альнико составляет около 10 Э, что сопоставимо с техническим железом, магнитомягким материалом. После термической обработки альнико становится композитным материалом, называемым « материалом осаждения » — он состоит из осадков, богатых железом и кобальтом [14], в матрице, богатой NiAl.
Анизотропия альнико ориентируется вдоль желаемой магнитной оси путем приложения к нему внешнего магнитного поля во время зарождения частиц преципитата, 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 спонтанной намагниченности. Структура преципитата является «барьером» против изменений намагниченности, поскольку она предпочитает несколько состояний намагниченности, требующих большой 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 промышленных и потребительских приложениях, где требуются сильные постоянные магниты. Примерами являются электродвигатели , звукосниматели электрогитар , микрофоны , датчики , громкоговорители , магнетронные трубки и коровьи магниты . Во многих приложениях их заменяют редкоземельные магниты , чьи более сильные поля (B r ) и большие энергетические продукты (B·H max ) позволяют использовать магниты меньшего размера для данного приложения.
Высокая термостойкость магнитов из алнико позволяет использовать их во многих областях, где менее стойкие магниты не могут быть использованы, например, в магнитных перемешивающих плитках .