Материал для постоянного магнита

Тут постоянно рекомендуют сделать попаданцу электродвигатель постоянного тока на постоянных магнитах.

Двигатель-то сделать можно — но для начала хорошо бы сделать сам постоянный магнит.

Давайте посмотрим, какие свойства магнита важны для попаданца и какие магниты он в состоянии получить…

Прежде, чем будем разбираться с материалом, сделаем лирическое отступление, разберемся сначала с самим магнитом — поймем что оно такое, какие типы бывают и в чем измеряется «сила» магнита.

Собственно, таких параметров всего два.

Первый — это коэрцитивная сила. То есть какое внешнее магнитное поле следует к магниту приложить, чтобы его размагнитить в ноль. По простому — насколько хорошо магнит «держит» поле. У разных материалов эта сила разная, но с практической точки зрения все материалы разделили на магнитотвердые и магнитомягкие — которые долго остаются магнитами и которые со временем сами размагничиваются.

Естественно, из второй категории, из магнитомягких материалов нормального магнита не сделать. Даже компаса не сделать — он легко размагнитится, а то и вообще перемагнитится наоборот, что для компаса катастрофично. Самый распространенный пример такого материала — железо. Намагнитить-то его можно, но хорошо это не получится. Поэтому если вы оказались в Египте, то сделать простой магнит из чистого метеоритного железа можно. Но это будет лажовый магнит.

Нельзя сказать, что такие магниты не нужны. Из них делают, например, сердечники трансформаторов, которые легко перемагничиваются 50 раз в секунду, с частотой тока в розетке, а если необходимо — то и с частотой сотни герц. Это магнитный материал, но магнитом его называть как-то рука не поднимается.

Первая же категория — магнитотвердые, нас сейчас и интересует.

Самый простой пример такого материала — углеродистая сталь, причем хорошо так углердистая, 1.2 — 1.5%.

Но этого мало — сталь не просто должна быть углеродистой, но и закаленной.

Если наштамповать таких иголок, то компаса из них получатся вполне приличные (а как для древнего времени — то вообще отличные).

Однако, если вы собрались сделать из таких магнитов электродвигатель, то все не так радужно.

Тут вступает в дело второй параметр — максимальная удельная энергия.

Дело в том, что для генератора или электродвигателя она очень важна (как и большое количество витков провода или плотность намотки). Максимальная удельная энергия определяет именно «плотность» магнитного поля, то есть магнитный поток и напряженность магнитного поля.

В случае с простой углеродистой сталью удельная энергия невелика и, кроме того, такие магниты «стареют», что связано с внутренней структурой стали. Но и этого мало — из-за малой коэрцитивной силы такие магниты легко теряют силу из-за ударов, а вибрации в электродвигателе будет с избытком.

И такие магниты не производятся.

Конечно, тут возникнут голоса, которые сами держали в руках стальные магниты.

Да, такие магниты есть, но там не просто углеродистая сталь. Добавка 3%
вольфрама
улучшает свойства стального магнита в три раза. А 6%
кобальта
улучшают свойства еще в три раза. Именно из подобных сплавов делаются самые простые современные магниты, и их удельная энергия держится в пределах 3 — 9. В данном случае — сплав «комоль», Fe-Co-Mo-W.

В реале такие магниты впервые были получены Котару Хондой в 1916 году. Кроме подбора состава стали, она еще достаточно сложно термически обрабатывалась. Кстати, именно эти магниты начали изготавливаться характерной подковообразной формы, которая у нас ассоциируется со словом «магнит».

Если с кобальтом проблем не будет, то вольфрам нормально доступен примерно с 1800 года, и вряд ли получится раньше. Вольфрам — штука тугоплавкая, такой сплав придется выплавлять в тиглях электрическим способом, что будет для попаданца совсем непросто.

Однако, сдвинуть это изобретение на сто лет вполне возможно, ведь магнитные свойства вольфрамовых сталей были обнаружены случайно и достаточно поздно.

Следующий прорыв произошел в 1931 году, когда был найдет сплав «Альнико» (в советской классификации ЮНДК) — сплав 53 % железа, 10 % алюминия, 19 % никеля и 18 % кобальта. Удельная энергия этого сплава — 9-11, это лучше чем у вольфрамовых сталей.

Сейчас есть куча разных магнитных сталей, вот вам небольшая табличка:

Надеюсь, рассказывать о недоступности для попаданца всяких молибденов и ванадиев не стоит. Тут с
алюминием
или
никелем
будет полный завал.

Однако, кое — какой выход у попаданца есть.

Ну, если это можно назвать выходом… но можно попробовать использовать платинакс.

Это — сплав 76%
платины
и 24% кобальта.

Сплав удивительно хорош. Коэрцитивная сила у него вообще рекордная, а удельная энергия доходит до 47:

Сплав удивительно стабилен и применяется в современных приборах.

В нем все хорошо, кроме цены. А для попаданца — платину привезли из Южной Америки только в районе 1770 года, то есть в любом случае — ни о каком средневековье или Древнем Риме речи не идет. Ну и хорошо бы учесть тугоплавкость платины, а нам нужно ее проплавить качественно, у нас ведь сплав.

Конечно, сейчас технологии куда продвинутее.

Очень хороши оксидно-бариевые магниты, они стойкие к ударам и нагреву. И, вроде бы, не требуют дефицитных металлов — вот только изготавливать их приходится методами порошковой металлургии, что недоступно попаданцу. Да и все-таки удельная энергия у них ниже, чем даже у альнико.

Существуют еще редкоземельные магниты — неодимовые и самариевые, но это именно «рокет сайнс» и для попаданца это направление недоступно.

Итак, если мы решили строить электродвигатель (и электрогенератор) на постоянных магнитах — не следует это делать.

Попаданцу куда проще будет сразу строить электродвигатель с электромагнитом.