Álnico

De Wikipedia, la enciclopedia libre
Un " imán de herradura " hecho de Alnico 5, de aproximadamente 1 pulgada de alto. La barra de metal (abajo) es un protector , 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 de 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 Alnico 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 potente. Otros nombres comerciales de aleaciones de esta familia son: Alni, Alcomax, Hycomax, Columax y Ticonal . [2]

La composición de las aleaciones de álnico es típicamente 8–12 % Al, 15–26 % Ni, 5–24 % Co, hasta 6 % Cu, hasta 1 % Ti y el resto es Fe. El desarrollo del 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 la de los mejores aceros magnéticos de la época. [3]

Propiedades

Las aleaciones de álnico se pueden magnetizar para producir fuertes campos magnéticos y tener una alta coercitividad (resistencia a la desmagnetización), lo que genera fuertes imanes permanentes. 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 alnico producen una intensidad de campo magnético en sus polos de hasta 1500  gauss (0,15  tesla ), o unas 3000 veces la intensidad del campo magnético terrestre . Algunas marcas de álnico son isotrópicas y pueden magnetizarse eficientemente en cualquier dirección. Otros tipos, como alnico 5 y alnico 8, son anisotrópicos, teniendo cada uno una dirección preferida de magnetización u orientación. Las aleaciones anisotrópicas generalmente tienen una 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 el alnico puede producir un fuerte flujo magnético en circuitos magnéticos cerrados, pero tiene una resistencia relativamente pequeña contra la desmagnetización. La intensidad de 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 Alnico 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 constituyentes. También son uno de los imanes más estables si se manejan adecuadamente. Los imanes de Alnico son eléctricamente conductores, a diferencia de los imanes de cerámica.

MMPA

Clase

CEI

Código

Árbitro.

Químico

Composición

(Equilibrar Hierro

para todas las aleaciones)

Propiedades magnéticas Propiedades físicas Propiedades termales
máx.

Energía

Producto

(BH) máx.

Residual

Inducción

Br _

Coactivo

Fuerza

H c

Intrínseco

Coactivo

Fuerza

H ci

Densidad De tensión

Fortaleza

Transverso

Módulo de

Ruptura

CDH 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

máx.

Servicio

Temperatura

Alabama Ni Co cobre ti MGOe kJ/m 3 gauss monte oersteds kA/m Oersteads kA/m libras/pulgadas 3 g/cm 3 psi pa x 10 6 psi pa x 10 6 Cerca

Br _

Cerca

máx.

Energía

Pinchar.

Escuchar

H c

ºC °F ºC °F
ALNICO FUNDIDO ISOTROPICO
Álnico 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
Álnico 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 FUNDIDO ANISOTROPICO
Álnico 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
Álnico 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
Álnico 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
Álnico 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
Álnico 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 uno de los primeros hornos de microondas. Aproximadamente 3 pulgadas (8 cm) de largo.

Clasificación

Los imanes de alnico 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 quedado obsoletos a favor de un nuevo sistema de la MMPA, que designa los imanes de Alnico en función del producto de energía máxima en megagauss-oersteds y la fuerza coercitiva intrínseca como kilooersteds, así como un sistema de clasificación IEC. [7]

Proceso de fabricación

Anuncio de Jensen Radio Manufacturing Co. para altavoces Alnico 5 en 1945. Como se ilustra, Alnico 5 permitió una reducción drástica en el tamaño y el peso del imán necesario para producir un flujo determinado, de 90 oz en 1930 a 4,6 oz.

Los imanes de Alnico se producen mediante procesos de fundición o sinterización . [8] El alnico fundido se produce mediante métodos convencionales utilizando moldes de arena aglomerados con resina. Los imanes de álnico sinterizado se forman utilizando métodos de fabricación de metal en polvo. La sinterización de 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 anisotrópicos de álnico se orientan calentándose por encima de una temperatura crítica y enfriándose 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 "; 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, condujo a una nueva generación de altavoces y motores compactos de imanes permanentes.

La anisotropía de Alnico se orienta a lo largo del eje magnético deseado al aplicarle un campo magnético externo durante la nucleación de partículas precipitadas, que ocurre cuando se enfría de 900 °C (1650 °F) a 800 °C (1470 °F), cerca del punto de 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 cualquier estado intermedio. Además, un campo magnético débil cambia la magnetización de la fase de la matriz únicamente y es reversible.

Usos

Imán de vaca Alnico , utilizado para atar alambre de hierro afilado y otros objetos de hierro que pueden ser ingeridos por el animal y causar daño al tracto digestivo

Los imanes de Alnico se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales y de consumo donde se necesitan imanes permanentes potentes; 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 de energía más grandes (B·H max ) permiten usar imanes de menor tamaño para una aplicación determinada.

La resistencia a altas temperaturas de los imanes de álnico da lugar a muchos usos que no se pueden llenar con imanes menos resistentes, como en las placas calefactoras de agitación magnética .

Referencias

  1. ^ Hellweg, Pablo (1986). El diccionario del insomne . Hechos en publicaciones de archivo. pag. 115. ISBN 978-0-8160-1364-7.
  2. ^ Brady, Jorge Estuardo; Clauser, Henry R.; Vaccari, John A. (2002). Manual de materiales: una enciclopedia para gerentes . McGraw-Hill Professional. pag. 577. ISBN 978-0-07-136076-0.
  3. ^ Cultura, BD; CD Graham (2008). Introducción a los Materiales Magnéticos . Wiley-IEEE. pag. 485. ISBN 978-0-471-47741-9.
  4. ^ Imanes Arnold-Alnico . Arnoldmagnetics.com. Consultado el 30-07-2011.
  5. ^ Huberto, 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 Wayback Machine . Magnetsales.com. Consultado el 30-07-2011.
  7. ^ a b "Especificaciones estándar para materiales de imán permanente (MMPA Standard 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 01 de agosto de 2019
  10. ^ Chu, GT; 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 . S2CID 137015369 . 

Lectura adicional

  • MMPA 0100-00 , Especificaciones estándar para materiales de imanes permanentes