Альнико — сплав на основе алюминия, никеля и кобальта¶

Альнико (от англ. AlNiCo — Al, Ni, Co) — группа магнитных сплавов на основе алюминия (Al), никеля (Ni) и кобальта (Co) с добавлением железа, меди, титана и других элементов. Относятся к классу постоянных магнитов и характеризуются высокой остаточной магнитной индукцией (0,6–1,4 Тл) и коэрцитивной силой (40–160 кА/м). Альнико остаются одними из наиболее распространённых постоянных магнитов в промышленности, несмотря на появление более мощных редкоземельных сплавов.

¶История создания

Открытие альниковых магнитов произошло в начале 1930-х годов независимо в нескольких странах. В 1931 году японский исследователь Такэси Мисима и американец Джесси Филлипс получили сплавы с аномально высокой коэрцитивной силой на основе системы Fe–Al–Ni–Co. В СССР исследования в этой области проводились под руководством Виктора Горева и Константина Сиверта в Харьковском физико-техническом институте; в 1932 году ими был получен первый советский альниковый сплав марки ЮНДК (южно-никелированно-кобальтовый). Промышленное производство магнитов из альнико началось в 1930-х годах и быстро вытеснило стальные магниты, обладавшие значительно меньшей коэрцитивной силой.

¶Состав и классификация

Типичный состав альниковых сплавов: 8–14 % Al, 12–26 % Ni, 3–38 % Co, остальное — железо. В качестве добавок используют медь (до 6 %), титан (до 8 %), ниобий и тантал. По структуре различают:

• Изотропные (незатвердевшие) марки — магнитные свойства одинаковы во всех направлениях, изготавливаются без применения магнитного поля при охлаждении. Обозначения: АНД, АНКО.
• Анизотропные (затвердевшие в поле) марки — получают направленной кристаллизацией в сильном магнитном поле, что обеспечивает повышенную остаточную индукцию в направлении легирования. Обозначения: АНДК, АНКОЛ, АНКОНИ.
• Литейные марки — отливаются в песчаные или оболочковые формы.
• Деформируемые (ковкие) марки — прокатываются или куются, имеют более высокую механическую прочность.

В обозначениях советских марок буквы «А», «Н», «К» указывают на наличие алюминия, никеля и кобальта; «Д» — деформируемый, «Л» — литейный, «Т» — с титаном.

¶Производство

Технология изготовления альниковых магнитов включает плавку сплава в индукционных печах, литьё в формы и термическую обработку. Ключевой этап — закалка с быстрым охлаждением (иногда со скоростью до 100 °C/с) в сильном магнитном поле, создающем текстуру — направленное распределение выделяющихся фаз Fe₂AlNi и FeCo. После закалки проводят старение при 600–700 °C, во время которого происходит разделение на две фазы: ферромагнитную (Fe–Co) и слабомагнитную (Ni–Al), что обеспечивает формирование структуры типа «шпинодальная декомпозиция». Именно эта двухфазная наноструктура responsible за высокую коэрцитивную силу.

¶Магнитные свойства

Основные параметры альниковых магнитов:

По сравнению с ферритовыми магнитами альнико обладают значительно большей остаточной индукцией, но меньшей коэрцитивной силой. По сравнению с редкоземельными магнитами (NdFeB, SmCo) уступают в коэрцитивной силе и энергии, но превосходят по рабочей температуре и коррозионной стойкости.

¶Применение

Альниковые магниты применяются в широком спектре приборов и устройств:

• Электроизмерительные приборы — в стрелочных амперметрах, вольтметрах, осциллографах, электроизмерительных головках.
• Электроакустические устройства — в динамиках, микрофонах, громкоговорителях.
• Электромашины — в генераторах, электродвигателях, магнитных муфтах.
• Медицинское оборудование — в магнитно-резонансных томографах (используются сверхпроводящие соленоиды, но альнико применяются в отдельных узлах).
• Военная и аэрокосмическая техника — в гироскопах, датчиках, исполнительных механизмах.
• Бытовые изделия — в магнитных застёжках, держателях, игрушках.

Высокая рабочая температура (до 500–600 °C) делает альнико незаменимыми в условиях, где редкоземельные магниты выходят из строя. Недостатком является низкая коэрцитивная сила: магниты легко размагничиваются внешним полем, поэтому их применяют преимущественно в магнитных цепях с замкнутым контуром.

¶Альнико в России

В СССР альниковые магниты производились на заводах в Харькове, Ленинграде, Свердловске и других городах. В настоящее время производство альнико в России сосредоточено на нескольких предприятиях, включая «Магнит» (Дзержинск) и «Ферротек». Страна остаётся одним из мировых лидеров по производству кобальтсодержащих магнитных сплавов, что связано с наличием собственной сырьевой базы кобальта и никеля.

¶Перспективы

Несмотря на конкуренцию со стороны неодимовых магнитов (NdFeB), альнико сохраняют нишевое, но стабильное применение в высокотемпературных и ответственных устройствах. Исследования направлены на повышение коэрцитивной силы за счёт добавления редкоземельных элементов (диспрозия, тербия) и совершенствования технологии направленной кристаллизации.

¶Источники

• Каплан А. Д., Голев Л. С. «Постоянные магниты». — М.: Машгиз, 1961.
• Сиверт К. Г. «Магнитные материалы и элементы». — М.: Энергия, 1971.
• Справочник по магнитным материалам / под ред. И. С. Кавальского. — Л.: Энергоатомиздат, 1988.
• Пухин А. А. «Магнитные материалы и элементы». — М.: Высшая школа, 1971.