Alnico

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 para las aleaciones de esta familia son: Alni, Alcomax, Hycomax, Columax y Ticonal . ^{[ 2 ]}

La composición de las aleaciones de alnico suele ser de 8 a 12 % de Al, de 15 a 26 % de Ni, de 5 a 24 % de Co, hasta un 6 % de Cu, hasta un 1 % de 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 ]} 

Las aleaciones de Alnico se pueden magnetizar para producir campos magnéticos intensos y poseen una alta coercitividad (resistencia a la desmagnetización), lo que las convierte en potentes imanes permanentes. De los imanes más comunes, solo los de tierras raras, como el neodimio y el samario-cobalto, son más fuertes. Los imanes de Alnico generan campos magnéticos en sus polos con una intensidad de hasta 1500 gauss (0,15 tesla ), aproximadamente 3000 veces superior a la del campo magnético terrestre . Algunas marcas de Alnico son isotrópicas y se pueden magnetizar eficazmente 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 presentan una mayor capacidad magnética en una orientación preferida que las isotrópicas. La remanencia ( B _r ) del alnico puede superar los 12 000 G (1,2 T ), su coercitividad ( H _c ) puede alcanzar los 1000 oersteds (80 kA/m), y su producto de energía máximo (( BH ) _max ) puede llegar a 5,5 MG·Oe (44 T·kA/m). Por lo tanto, el alnico puede generar un flujo magnético intenso en circuitos magnéticos cerrados, pero presenta una resistencia relativamente baja a la desmagnetización. La intensidad del campo en los polos de cualquier imán permanente depende en gran medida de su forma y suele ser muy inferior a la intensidad de la 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 generalmente se limita 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 al enlace intermetálico entre el aluminio y otros constituyentes. 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. El Alnico 3 tiene una temperatura de fusión de 1200 - 1450 °C. ^{[ 6 ]}    

A partir de 2018, los imanes de Alnico costaban alrededor de 44 USD /kg (US$20/lb) o US$4,30/BH _{como máximo} . ^{[ 7 ]} 

Los imanes de alnico se clasifican tradicionalmente mediante 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 indica necesariamente un imán más fuerte). ^{[ 8 ]}

Estos números de clasificación, aunque todavía en uso, han sido descontinuados 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 en 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 suele tener una superficie rugosa. ^{[ 11 ]} Este proceso tiene mayores costos iniciales de utillaje 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 durante la fabricación los granos se precipitan con sus ejes magnéticos paralelos. Los imanes de alnico anisotrópicos 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 a la del hierro técnico, un material magnético blando. Después del tratamiento térmico, el alnico se convierte en un material compuesto, denominado " 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 actúa como una barrera contra los cambios de magnetización, ya que favorece pocos estados de magnetización que requieren mucha energía para que el material alcance cualquier estado intermedio. Además, un campo magnético débil solo desplaza la magnetización de la fase matriz y es reversible.    

Los imanes de Alnico se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales y de consumo donde se requieren imanes permanentes potentes. Algunos ejemplos son los motores eléctricos , las pastillas de guitarra eléctrica , los micrófonos , los sensores , los altavoces , los tubos magnetrón y los imanes para ganado . En muchas aplicaciones, están siendo reemplazados por imanes de tierras raras , cuyos campos magnéticos más intensos (B _r ) y mayores productos energéticos (B·H _max ) permiten utilizar imanes de menor tamaño para una aplicación determinada.

La alta resistencia a la temperatura de los imanes de alnico permite numerosas aplicaciones que no pueden ser cubiertas por imanes menos resistentes, como por ejemplo en placas calefactoras con agitación magnética .

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