Alnico: raua, alumiiniumi, nikli ja koobalti sulam — omadused, püsimagnetid

Alnico — raua, alumiiniumi, nikli ja koobalti sulam: kõrge koertsiivsus, vastupidavad püsimagnetid ja ajalooline alternatiiv haruldastele muldmetallidele. Avastage omadused ja rakendused.

Alnico on teatud tüüpi sulam, mis koosneb rauast, alumiiniumist (Al), niklist (Ni) ja koobalti (Co). Nimi on akronüüm sõnast Al‑Ni‑Co. Alnico võib sisaldada ka vaske ja mõnikord titaani.

Alnikosulamid on ferromagnetilised (mehhanism, mille abil mõned materjalid moodustavad püsimagneteid) ning neil on kõrge jäävmagnetism ja suhteliselt suur kuumustaluvus. Alnikomagnetidel on kõrge koertsiivsus võrreldes lihtsate terasmagnetitega ning neid kasutatakse laialdaselt püsimagnetite valmistamiseks. Enne haruldaste muldmetallide magnetite laialdast levikut 1970. aastatel olid alnikomagnetid kõige tugevamat tüüpi kaubanduslikult kättesaadavad püsimagnetid.

Ajaloost ja arendamisest

Alnico arendamine sai alguse, kui T. Mishima Jaapanis avastas, et raua, nikli ja alumiiniumi sulamil on kahekordne koertsiivsus võrreldes tolleaegsete parimate magnetitega. Alnico koertsiivsus on tüüpiliselt umbes 400 Oerstedi (≈32 kA/m), mis oli tolle ajastu jaoks märkimisväärne hüpe.

Koostis ja sordid

• Koostis: peamised elemendid on Fe, Al, Ni ja Co; lisaks võib esineda Cu ja Ti.
• Tavalised sordid: Alnico 2, 3, 5, 8 jpt — eri sordid erinevad täpse koostise, koertsiivsuse ja magnetiliste omaduste poolest. Näiteks Alnico 5 ja 8 on tavaliselt kõrgema koertsiivsusega ja kasutusel mootorites ning instrumentides.
• Struktuur: suured valatud või pressitud terad; anisotroopia (suunatud kristallograafiline struktuur) saavutatakse valamisel ja termo‑töötlusega, et parandada magnetilisi omadusi.

Magnetilised omadused

• Jäävmagnetism (Br): alnikomagnetid võivad saavutada jäävmagnetvälja kuni ligikaudu 1,0–1,3 T sõltuvalt sordist ja tootmisviisist.
• Maksimaalne energiatoode (BHmax): tüüpiliselt madalam kui haruldaste muldmetallide magnetitel, sageli järjestuses umbes 5–9 MGOe sõltuvalt grade’ist.
• Koertsiivsus (Hc): suhteliselt madal võrreldes neodüümi ja samarium‑kobaltiga — ligikaudu 400 Oe (≈32 kA/m) mõne tüübi puhul.
• Temperatuuritundlikkus: alnico on väga temperatuuristabiilne: opereerib hästi kõrgetel temperatuuridel ja talub kasutust kuni paarisaja kraadini ning mõnel juhul kuni ~500 °C; Curie‑temperatuur on kõrge (umbes 800–860 °C), seega magnetiline häving toimub alles väga kõrgel temperatuuril.

Tootmisviisid ja töötlemine

• Valamine: traditsiooniline ja levinud meetod suuremate tükkide jaoks; tulemuseks on sageli anizotroopne struktuur pärast suunatud tahkestamist.
• Pigemine ja pressimine: kasutatakse väiksema ja täpsemaid kuju saamiseks, sealhulgas sinterdamist.
• Termeprotsessid: kuumtöötlus ja suunatud jahutus mõjutavad kristallide tekkimist ja seeläbi magnetilisi omadusi; lõpuks magnetiseeritakse osad tugevates magnetväljas, et saavutada soovitud püsiv magnetisatsioon.

Kasutusalad

Alnikomagneteid on traditsiooniliselt kasutatud:

• elektrimootorites ja generaatorites (eriti kuumuskindlate rakenduste puhul),
• heli‑seadmetes nagu mikrofonid ja kõlarid,
• kitarrikõlarite pickup’id—paljud muusikud hindavad alnico pickupe nende toonilise iseloomu tõttu,
• andurites, mõõteseadmetes ja instrumentatsioonis, kus on vaja stabiilset magnetvälja laias temperatuurivahemikus,
• konksud, kinnituslahendused ja muud lihtsamad püsimagneti rakendused.

Eelised ja piirangud

• Eelised: hea temperatuuristabiilsus, hea jäävmagnetism, vastupidavus kõrgetele töötamistemperatuuridele; sobib rakendustesse, kus kuumuskindlus on prioriteet.
• Piirangud: madalam koertsiivsus ja energiatihedus võrreldes neodüümi‑ või samarium‑kobaltmagneetidega; suhteliselt rabed ja võivad tükelduda või praguneda mehaanilise stressi korral; mõnikord vajavad korrosioonikaitset (katteid) sõltuvalt koostisest ja keskkonnast.

Hooldus ja kasutusnipid

• Säilita alnikomagneteid magnetiseeritud olekus tugevas vastassuunalises väljas ega löögi all — madal koertsiivsus võib põhjustada osalist demagnetiseerumist.
• Vältida tugevate löökide ja mehaanilise pingega kokkupuudet, kuna materjal on rabed.
• Kui magnetit kasutatakse agressiivses või niiskes keskkonnas, on soovitatav pindade kaitse lakiga või muude katetega.

Kuigi tänapäeval valdav enamus tugevamaid püsimagneteid tehakse haruldastest muldmetallidest (neodüüm, samarium‑kobalt), on Alnico endiselt oluline materjal tipp‑temperatuuride ja spetsiifiliste heli‑ või instrumentaalrakenduste tõttu.

Küsimused ja vastused

K: Mis on alnico?

K: Millest tuleneb nimetus alnico?

K: Milliseid muid elemente võib alnico sisaldada?

K: Millised omadused on alnico sulamitel?

K: Mis on koertsiivsus?

K: Milline oli tugevaim magnetitüüp enne haruldaste maamagnetite väljatöötamist?

K: Millal ja kelle poolt töötati välja alnikomagnetid?

Otsing