Альнико — магнитный сплав на основе алюминия и никеля¶

Альнико — класс постоянных магнитных сплавов на основе алюминия (Al), никеля (Ni) и кобальта (Co), с примесями меди, титана и ниобия. Название образовано от первых букв основных компонентов: Al — алюминий, Ni — никель, Co — кобальт. Альнико относится к группе металлических (металлокерамических) постоянных магнитов и характеризуется высокой остаточной магнитной индукцией (0,7–1,35 Тл) и относительно невысокой коэрцитивной силой (40–160 кА/м).

¶История создания

Открытие магнитных свойств сплавов системы Al–Ni–Co произошло в 1931 году практически одновременно и независимо: в США (компания General Electric, группа Льюиса Нила) и в Японии (Т. Мидзутани и С. Кадзита из Токийского императорского университета). В 1937 году немецкий физик Ганс Керн разработал технологию текстурирования альнико — направленного затвердевания сплава в магнитном поле, что позволило существенно повысить магнитные свойства вдоль оси текстурирования. В СССР работы по альнико начались в 1930-х годах; промышленное производство освоено в 1940-е годы на предприятиях, связанных с оборонной промышленностью.

¶Состав и классификация

Типичный состав альнико включает 8–12 % алюминия, 12–25 % никеля, 3–6 % кобальта, 3–6 % меди; остальное — железо. Добавки титана (до 8 %) и ниобия повышают коэрцитивную силу. По назначению и свойствам альнико подразделяют на изотропные (не текстурированные) и анизотропные (текстурированные) марки.

В СССР и России альнико выпускается под марками АК (альнико кобальтовый) — например, АК5, АК7, АК10, АК12, АК15, АК18, АК24, АК28, а также АКМ (с медью) и АКНК (с ниобием). Цифровой индекс примерно соответствует максимальной энергии магнита в единицах СГС (ккал/м³).

¶Структура и механизм магнетизма

Магнитные свойства альнико обусловлены присутствием в структуре двух фаз: ферромагнитной α₁-фазы (обогащённой кобальтом и железом, с высокой намагниченностью) и слабомагнитной α₂-фазы (обогащённой никелем и алюминием, обеспечивающей магнитную анизотропию). При нагреве сплава до 1200–1300 °C и последующем охлаждении со скоростью 0,1–1 °C/мин происходит спинодальное распадение твёрдого раствора с образованием двухфазной структуры с размером фазовых областей 10–100 нм. Этот процесс называется термической обработкой по «шагающей» или «медленной» схеме. Текстурирование осуществляется охлаждением в сильном магнитном поле (150–300 кА/м), что обеспечивает ориентацию кристаллитов вдоль лёгкой оси намагничивания.

¶Технология производства

Изготовление альнико основано на литье или спекании. Литейный альнико получают плавкой в индукционных печах с последующим разливкой в кокили; медленное охлаждение в магнитном поле совмещают с термообработкой. Спекаемый (порошковый) альнико производят методом металлургии порошков: измельчение компонентов, прессование, спекание при 1200–1300 °C. Порошковая технология позволяет получать магниты сложной формы и точных размеров без механической обработки. Финишная обработка — шлифовка и, при необходимости, алмазное точение, так как альнико отличается высокой твёрдостью и хрупкостью (по шкале Роквелла C — 40–50 единиц).

¶Применение

Основные области применения альнико:

• Электроизмерительные приборы — постоянные магниты для стрелочных амперметров, вольтметров, осциллографов, где важна стабильность поля.
• Электроакустические устройства — динамики, громкоговорители, микрофоны (альнико применялся в большинстве акустических систем XX века).
• Электродвигатели и генераторы — магниты малых электродвигателей постоянного тока, синхронных генераторов.
• Микроволновая техника — магнетроны, где альнико работает в условиях нагрева до 400–500 °C.
• Промышленное оборудование — магнитные захваты, муфты, ловители стружки.

Ключевое достоинство альнико — исключительная температурная стабильность: рабочая температура до 500–550 °C (предел по температуре Кюри — около 860 °C), температурный коэффициент остаточной индукции −0,02 %/°C. При этом альнико легко размагничивается внешним полем: коэрцитивная сила в 3–10 раз ниже, чем у редкоземельных магнитов, поэтому магниты из альнико выполняют в виде длинных стержней или с магнитопроводом-шунтом.

¶Альнико в России

В СССР альнико стал основой постоянной магнитной промышленности: к 1970-м годам СССР был одним из крупнейших мировых производителей. В настоящее время в России альнико выпускают, в частности, предприятия в Перми («Магнезит»), Подольске и ряде других промышленных центров. Сплав сохраняет нишевое, но устойчивое применение там, где важна работа при высоких температурах и длительная стабильность магнитного поля.

Источники:

• Каплунов А. Б., Плешкачеев В. М. «Постоянные магниты из редкоземельных и редких металлов»
• Свиридова Л. Н. «Магнитные материалы и элементы»
• ГОСТ 10190—82 «Магниты постоянные из альнико. Технические условия»
• McCaig M., Clegg A. G. «Permanent Magnets in Theory and Practice»