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 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 para las aleaciones de esta familia son: Alni, Alcomax, Hycomax, Columax y Ticonal . [2]
La composición típica de las aleaciones de alnico es de 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 de la de los mejores aceros magnéticos de la época. [3]
Las aleaciones de alnico se pueden magnetizar para producir campos magnéticos fuertes y tienen una alta coercitividad (resistencia a la desmagnetización), lo que las convierte en imanes permanentes 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 alnico producen una intensidad de campo magnético en sus polos de hasta 1500 gauss (0,15 tesla ), o aproximadamente 3000 veces la intensidad del campo magnético de la Tierra . Algunas marcas de alnico son isotrópicas y se pueden magnetizar de manera eficiente en cualquier dirección. Otros tipos, como el alnico 5 y el alnico 8, son anisotrópicos , cada uno con una dirección de magnetización u orientación preferida. Las aleaciones anisotrópicas generalmente tienen una mayor capacidad magnética en una orientación preferida que los tipos isotrópicos. La remanencia del alnico ( Br ) puede superar los 12.000 G (1,2 T ), su coercitividad ( Hc ) 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). Por lo tanto, 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 está limitada a alrededor de 538 °C (1000 °F). [4] Son los únicos imanes que tienen magnetismo útil incluso cuando se calientan al rojo vivo . [5] Esta propiedad, así como su fragilidad y alto punto de fusión, resulta de la fuerte tendencia al 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 alnico son conductores de electricidad, a diferencia de los imanes cerámicos. [ cita requerida ] Alnico 3 tiene una temperatura de fusión de 1200 - 1450 °C. [6]
A partir de 2018, los imanes de Alnico cuestan alrededor de 44 USD /kg (20 USD/lb) o 4,30 USD/BH como máximo . [7]
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 se relacionan directamente con las propiedades del imán; por ejemplo, un número más alto no necesariamente indica un imán más fuerte). [8]
Estos números de clasificación, aunque todavía se utilizan, han sido desestimados en 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 kilo oersted, así como un sistema de clasificación IEC. [8]
Los imanes de alnico se producen mediante procesos de fundición o sinterización . [9] El alnico fundido se produce mediante métodos convencionales utilizando moldes de arena unidos con resina , que pueden ser intrincados y detallados, lo que permite producir formas complejas. [10] El imán de alnico producido normalmente tiene una superficie rugosa. [11] Este proceso tiene mayores costos iniciales de herramientas para la creación del molde. [12] Los imanes de alnico sinterizados se forman utilizando métodos de fabricación de metal en polvo. Si bien la sinterización también puede producir una variedad de formas, puede no ser tan adecuada para diseños extremadamente intrincados o detallados en comparación con la fundición. [10] [13]
La mayor parte del alnico producido es anisotrópico, lo que significa que la dirección magnética de los granos está orientada aleatoriamente cuando se fabrica inicialmente. Los imanes de alnico anisotrópico se orientan calentándolos por encima de una temperatura crítica y enfriándolos 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, un material magnético blando. Después del tratamiento térmico, el alnico se convierte en un material compuesto, llamado " material de precipitación ", que consiste en precipitados ricos en hierro y cobalto [14] en una matriz rica en NiAl.
La anisotropía del alnico se orienta a lo largo del eje magnético deseado al aplicarle un campo magnético externo durante la nucleación de partículas precipitadas, que ocurre al enfriarse de 900 °C (1650 °F) a 800 °C (1470 °F), cerca del punto de Curie . Existen anisotropías locales de diferentes orientaciones sin un campo externo 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.
Los imanes de alnico se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales y de consumo donde se necesitan imanes permanentes potentes. Algunos ejemplos son los motores eléctricos , las pastillas de guitarra eléctrica , los micrófonos , los sensores , los altavoces , los tubos de magnetrón y los 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 utilizar imanes de tamaño más pequeño para una aplicación determinada.
La resistencia a altas temperaturas de los imanes de alnico da lugar a muchos usos que no pueden ser cubiertos por imanes menos resistentes, como por ejemplo en placas calefactoras con agitación magnética .