Alnico

Un " imán de herradura " hecho de Alnico 5, de aproximadamente 1 pulgada de alto. La barra de metal (parte inferior) es un sujetador que se coloca a través de los polos cuando el imán no está en uso. Esto ayuda a preservar la magnetización.

Alnico es una familia de aleaciones de hierro que, además del hierro, se componen principalmente de aluminio (Al), níquel (Ni) y cobalto (Co), de ahí el acrónimo ^[1] al-ni-co . También incluyen cobre y, a veces, titanio . Las aleaciones de álnico son ferromagnéticas y se utilizan para fabricar imanes permanentes . Antes del desarrollo de los imanes de tierras raras en la década de 1970, eran el tipo de imán permanente más fuerte. Otros nombres comerciales de las aleaciones de esta familia son: Alni, Alcomax, Hycomax, Columax y Ticonal . ^[2]

La composición de las aleaciones de álnico es típicamente de 8 a 12% de Al, 15 a 26% de Ni, 5 a 24% de Co, hasta 6% de Cu, hasta 1% de Ti y el resto es Fe. El desarrollo de alnico comenzó en 1931, cuando T. Mishima en Japón descubrió que una aleación de hierro, níquel y aluminio tenía una coercitividad de 400 oersteds (32 kA / m), el doble que los mejores aceros magnéticos de la época. ^[3]

Propiedades

Las aleaciones de álnico se pueden magnetizar para producir fuertes campos magnéticos y tienen una alta coercitividad (resistencia a la desmagnetización), lo que hace que los imanes permanentes sean fuertes. De los imanes más comúnmente disponibles, solo los imanes de tierras raras como el neodimio y el samario-cobalto son más fuertes. Los imanes de álnico producen una fuerza de campo magnético en sus polos de hasta 1500  gauss (0,15  tesla ), o aproximadamente 3000 veces la fuerza del campo magnético de la Tierra . Algunas marcas de álnico son isotrópicas y pueden magnetizarse de manera eficiente en cualquier dirección. Otros tipos, como alnico 5 y alnico 8, son anisotrópicos, teniendo cada uno una dirección de magnetización u orientación preferida . Las aleaciones anisotrópicas generalmente tienen mayor capacidad magnética en una orientación preferida que los tipos isotrópicos. La remanencia de Alnico ( B _r ) puede superar los 12.000  G (1,2  T ), su coercitividad ( H _c ) puede ser de hasta 1000 oersteds (80 kA / m), su producto energético máximo (( BH ) _max) puede ser de hasta 5,5 MG · Oe (44 T · A / m). Esto significa que alnico puede producir un fuerte flujo magnético en circuitos magnéticos cerrados, pero tiene una resistencia relativamente pequeña contra la desmagnetización. La intensidad del campo en los polos de cualquier imán permanente depende mucho de la forma y suele estar muy por debajo de la fuerza de remanencia del material.

Las aleaciones de álnico tienen algunas de las temperaturas de Curie más altas de cualquier material magnético, alrededor de 800 ° C (1470 ° F), aunque la temperatura máxima de trabajo normalmente se limita a alrededor de 538 ° C (1000 ° F). ^[4] Son los únicos imanes que tienen un magnetismo útil incluso cuando se calientan al rojo vivo . ^[5] Esta propiedad, así como su fragilidad y alto punto de fusión, es el resultado de la fuerte tendencia hacia el orden debido a la unión intermetálica entre el aluminio y otros componentes. También son uno de los imanes más estables si se manipulan correctamente. Los imanes de álnico son conductores de electricidad, a diferencia de los imanes de cerámica.

MMPA Clase	IEC Código Árbitro.	Químico Composición (Equilibrio de hierro para todas las aleaciones)					Propiedades magnéticas								Propiedades físicas									Propiedades termales
							Max. Energía Producto (BH) máx.		Residual Inducción B r		Coactivo Fuerza H c		Intrínseco Coactivo Fuerza H ci		Densidad		De tensión Fuerza		Transverso Módulo de Ruptura		HRC	Coeficiente de Térmica Expansión 10 −6 por ° C	Eléctrico Resistividad "Ohm-cm x 10 -6 " (a 20 ° C)	Reversible Temperatura. Coeficiente % De cambio por ° C			Curie Temperatura		Max Servicio Temperatura
		Alabama	Ni	Co	Cu	Ti	MGOe	kJ / m 3	gauss	monte	Oersteds	kA / m	Oersteads	kA / m	lbs / pulg 3	g / cm 3	psi	Pa x 10 6	psi	Pa x 10 6				Cerca B r	Cerca Max. Energía Pinchar.	Escuchar H c	° C	° F	° C	° F
CAST ISOTROPIC ALNICO
Alnico 1	R1-0-1	12	21	5	3	-	1.4	11,1	7200	720	470	37	480	38	0,249	6,9	4000	28	14000	97	45	12,6	75
Alnico 2	R1-0-4	10	19	13	3	-	1,7	13,5	7500	750	560	45	580	46	0,256	7.1	3000	21	7000	48	45	12,4	sesenta y cinco	-0,03	-0,02	-0,02	810	1490	450	840
Alnico 3	R1-0-2	12	25	-	3	-	1,35	10,7	7000	700	480	38	500	40	0,249	6,9	12000	83	23000	158	45	13,0	60
ALNICO ANISOTROPIC CAST
Alnico 5	R1-1-1	8	14	24	3	-	5.5	43,8	12800	1280	640	51	640	51	0,264	7.3	5400	37	10500	72	50	11,4	47	-0,02	-0,015	+0.01	860	1580	525	975
Alnico 5DG	R1-1-2	8	14	24	3	-	6.5	57.7	13300	1330	670	53	670	53	0,264	7.3	5200	36	9000	62	50	11,4	47
Alnico 5-7	R1-1-3	8	14	24	3	-	7.5	59,7	13500	1350	740	59	740	59	0,264	7.3	5000	34	8000	55	50	11,4	47
Alnico 6	R1-1-4	8	dieciséis	24	3	1	3.9	31.0	10500	1050	780	62	800	64	0,265	7.3	23000	158	45000	310	50	11,4	50	-0,02	-0,015	+0.03	860	1580	525	975
Alnico 8	R1-1-5	7	15	35	4	5	5.3	42,2	8200	820	1650	131	1860	148	0,262	7.3	10000	59	30000	207	55	11,0	53	-0,025	-0,01	+0.01	860	1580	550	1020
Alnico 8HC	R1-1-7	8	14	38	3	8	5,0	39,8	7200	720	1900	151	2170	173	0,262	7.3	10000	59	30000	207	55	11,0	54	-0,025	-0,01	+0.01	860	1580	550	1020
Alnico 9	R1-1-6	7	15	35	4	5	9.0	71,6	10600	1060	1500	119	1500	119	0,262	7.3	7000	48	8000	55	55	110.	53	-0,025	-0,01	+0.01	860	1580	550	1020
ALNICO SINTERIZADO ISOTROPICO
Alnico 2	R1-0-4	10	19	13	3	-	1,5	11,9	7100	710	550	44	570	45	0,246	6,8	65000	448	70000	483	45	123,4	68
ALNICO SINTERIZADO ANISOTROPICO
Alnico 5	R1-1-10	8	14	24	3	-	3.9	31.0	10900	1090	620	49	630	50	0,250	6,9	50000	345	55000	379	45	11,3	50
Alnico 6	R1-1-11	8	15	24	3	1	2.9	23,1	9400	940	790	63	820	sesenta y cinco	0,250	6,9	55000	379	100000	689	45	11,4	54
Alnico 8	R1-1-12	7	15	35	4	5	4.0	31,8	7400	740	1500	119	1690	134	0,252	7.0	50000	345	55000	379	45	11,0	54
Alnico 8HC	R1-1-13	7	14	38	3	8	4.5	35,8	6700	670	1800	143	2020	161	0,252	7.0			55000	379	45	11,0	54

A partir de 2018, los imanes de Alnico cuestan alrededor de 44  USD / kg (20 USD / lb) o 4,30 USD / BH _máx . ^[6]

Imán de Alnico 5 utilizado en un tubo de magnetrón en un horno microondas antiguo. Aproximadamente 3 pulgadas (8 cm) de largo.

Clasificación

Los imanes de álnico se clasifican tradicionalmente utilizando números asignados por la Asociación de Productores de Materiales Magnéticos (MMPA), por ejemplo, alnico 3 o alnico 5. Estas clasificaciones indican la composición química y las propiedades magnéticas. (Los números de clasificación en sí mismos no tienen ninguna relación directa con las propiedades del imán; por ejemplo, un número más alto no indica necesariamente un imán más fuerte). ^[7]

Estos números de clasificación, aunque todavía están en uso, han sido desaprobados a favor de un nuevo sistema por el MMPA, que designa imanes de Alnico basados ​​en el producto de energía máxima en megagauss-oersteds y fuerza coercitiva intrínseca como kilooersteds, así como un sistema de clasificación IEC. ^[7]

Proceso de manufactura

Anuncio de Jensen Radio Manufacturing Co. para altavoces Alnico 5 en 1945. Como se ilustra, Alnico 5 permitió una reducción dramática en el tamaño y peso del imán necesario para producir un flujo dado, de 90 oz en 1930 a 4.6 oz.

Los imanes de álnico se producen mediante procesos de fundición o sinterización . ^[8] El alnico fundido se produce mediante métodos convencionales utilizando moldes de arena adheridos con resina. Los imanes de álnico sinterizado se forman utilizando métodos de fabricación de metal en polvo. La sinterización alnico es adecuada para geometrías complejas. ^[9]

La mayor parte del álnico producido es anisotrópico, lo que significa que la dirección magnética de los granos está orientada en una dirección. Los imanes de álnico anisotrópicos se orientan calentando por encima de una temperatura crítica y enfriando en presencia de un campo magnético. Tanto el alnico isotrópico como el anisotrópico requieren un tratamiento térmico adecuado para desarrollar propiedades magnéticas óptimas; sin él, la coercitividad del alnico es de aproximadamente 10 Oe, comparable al hierro técnico, que es un material magnético blando. Después del tratamiento térmico, el álnico se convierte en un material compuesto, denominado " material de precipitación ", que consiste en precipitados ricos en hierro y cobalto ^[10] en una matriz rica en NiAl.

Surtido de imanes Alnico en 1956. Alnico 5, desarrollado durante la Segunda Guerra Mundial, dio lugar a una nueva generación de motores y altavoces compactos de imanes permanentes.

La anisotropía de Alnico se orienta a lo largo del eje magnético deseado aplicándole un campo magnético externo durante la nucleación de partículas precipitadas, que ocurre cuando se enfría de 900 ° C (1,650 ° F) a 800 ° C (1,470 ° F), cerca del punto Curie. . Sin un campo externo existen anisotropías locales de diferentes orientaciones debido a la magnetización espontánea. La estructura del precipitado es una "barrera" contra los cambios de magnetización, ya que prefiere pocos estados de magnetización que requieran mucha energía para llevar el material a un estado intermedio. Además, un campo magnético débil desplaza la magnetización de la fase de la matriz únicamente y es reversible.

Usos

Imán de vaca de álnico , utilizado para unir alambres de hierro afilados y otros objetos de hierro que pueden ser ingeridos por el animal y causar daños al tracto digestivo.

Los imanes de álnico se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales y de consumo donde se necesitan imanes permanentes fuertes; ejemplos son motores eléctricos , pastillas de guitarra eléctrica , micrófonos , sensores , altavoces , tubos de magnetrón e imanes de vaca . En muchas aplicaciones, están siendo reemplazados por imanes de tierras raras , cuyos campos más fuertes (B _r ) y productos energéticos más grandes (B · H _max ) permiten que se utilicen imanes de menor tamaño para una aplicación determinada.

Referencias

1. Hellweg, Paul. Diccionario de Insomniac . Publicaciones de Hechos en Archivo. pag. 115. ISBN 978-0-8160-1364-7.
2. Brady, George Stuart; Clauser, Henry R .; Vaccari, John A. (2002). Manual de materiales: una enciclopedia para gerentes . Profesional de McGraw-Hill. pag. 577. ISBN 978-0-07-136076-0.
3. Cullity, BD; CD Graham (2008). Introducción a los materiales magnéticos . Wiley-IEEE. pag. 485. ISBN 978-0-471-47741-9.
4. Imanes de Arnold-Alnico . Arnoldmagnetics.com. Consultado el 30 de julio de 2011.
5. Hubert, Alex; Rudolf Schäfer (1998). Dominios magnéticos: el análisis de microestructuras magnéticas . Saltador. pag. 557. ISBN 978-3-540-64108-7.
6. Preguntas frecuentes archivadas el 12 de marzo de 2019 en la Wayback Machine . Magnetsales.com. Consultado el 30 de julio de 2011.
7. "Especificaciones estándar para materiales de imán permanente (estándar MMPA No. 0100-00)" (PDF) . Asociación de Productores de Materiales Magnéticos . Consultado el 9 de septiembre de 2015 .
8. Campbell, Peter (1996). Materiales de imanes permanentes y su aplicación . Reino Unido: Cambridge University Press. págs. 35–38. Bibcode : 1996pmma.book ..... C . ISBN 978-0-521-56688-9.
9. [1] . thomas-skinner.com. Thomas & Skinner, Inc. Materiales magnéticos de alto rendimiento. Extraído del sitio web el 1 de agosto de 2019
10. Chu, WG; Fei, WD; Li, XH; Yang, DZ; Wang, JL (2000). "Evolución de partículas ricas en Fe-Co en aleación Alnico 8 tratada termomagnéticamente a 800 ° C". Ciencia y Tecnología de Materiales . 16 (9): 1023–1028. doi : 10.1179 / 026708300101508810 .

Otras lecturas

• Barras y grados de imán de Alnico ,
  Surtido de imanes de herradura de alnico, 1956
• Revisión física: 77p839_2 , 80p112_2 , 80p302_1 , 81p478_1
• Revisión de la física moderna 17p15 , 25p316_1
• 29p299 , 31pS82 , 40p1308
• MMPA 0100-00 , Especificaciones estándar para materiales de imán permanente