Alnico (Al-Ni-Co): feromagnetna zlitina, lastnosti in uporabe

Alnico je vrsta zlitine, ki jo sestavljajo železo z aluminijem (Al), nikljem (Ni) in kobalt (Co). Ime je akronim iz Al‑Ni‑Co. Alnico lahko vsebuje tudi baker in včasih titan.

Sestava in vrste

Obstaja več formulacij alnico z različnimi razmerji Al, Ni in Co ter dodatki, zaradi česar imajo posamezne zlitine različne magnetne in mehanske lastnosti. Standardne označbe (Alnico 2, 3, 4, 5, 8, 9 itd.) so vezane na sestavo in magnetne značilnosti: na primer Alnico 5 vsebuje razmeroma veliko kobalta in ima večjo magnetno moč, medtem ko imajo nekatere vrste nižjo koercitivnost, druge pa so posebej izdelane za večjo odpornost na odmagnetenje.

Magnetne lastnosti

Zlitine alnico so feromagnetne (mehanizem, s katerim nekateri materiali tvorijo trajne magnete). Glavne značilnosti so:

Visoka remanenca (Br) – alnico lahko ustvari močno ostanko magnetnega polja po magnetizaciji.
Relativno nizka koercitivnost – alnico ne zadržuje nasprotnega polja tako dobro kot sodobne magnetne zlitine; koercitivnost je tipično v območju približno 300–500 oerstedov (približno 24–40 kA/m); v zgodovinskih poročilih se pogosto navaja okoli 400 Oe.
Dobra temperaturna stabilnost – alnico ohranja večino svojega magnetnega polja pri visokih temperaturah in ima visoko Curiejevo temperaturo (običajno več sto °C), zato se uporablja tam, kjer so zahteve po delovanju pri povišanih temperaturah.
Energijski produkt (BH)max – ni tako visok kot pri magnetih iz redkih zemelj; tipično so vrednosti do nekaj MGOe (megagauss‑oerstedov), pri izboljšanih vrstah nekoliko večje.

Proizvodnja in obdelava

Alnico se izdeluje predvsem z livanjem ali sintranjem. Pomemben korak je tudi toplotna obdelava v magnetnem polju (magnetno aneliranje), ki ustvari usmerjeno mikrostrukturo in tako poveča anizotropijo in končne magnetne lastnosti. Ko se zlitina strdi, nastane mikrostruktura zmagnetiziranih Fe‑Co bogatih izrastkov v aluminij‑nikljevi osnovi; nadzorovan ohlajevalni postopek in prisotnost magnetnega polja usmerita magnetne osi.

Mehansko so alnico magneti trdi in krhki: običajno jih ne režejo z običajnimi orodji, ampak se obdelujejo z brušenjem ali z elektroerozijo (EDM).

Uporabe

Zaradi kombinacije močnega polja in dobre temperaturne odpornosti so bile zlitine alnico dolgo časa najmočnejši trajni magneti, preden so v 1970‑ih postali razpoložljivi magneti iz redkih zemelj. Tipične uporabe vključujejo:

klasični magneti za zvočnike in mikrofonske oziroma tonske elemente (npr. guitar pickups),
merilne naprave, instrumenti in senzorji, kjer je pomembna stabilnost pri visokih temperaturah,
držala in zaklepne naprave, magnetne objemke,
elektromotorji in generatorji v starejših ali visokotemperaturnih izvedbah,
različne industrijske in vojaške aplikacije, kjer so potrebne dolgotrajne lastnosti pri povišanih temperaturah.

Prednosti in omejitve

Prednosti: zelo dobra temperaturna stabilnost, visoka remanenca, dolgo‑živa magnetna lastnost, primerna za visokotemperaturne aplikacije.
Slabosti: nižja koercitivnost (lahko pride do odmagnetenja ob izpostavitvi nasprotnim poljem ali udarcem), krhkost (težja mehanska obdelava), visoka cena pri zlitinah z več kobalta. Zaradi razvoja magnetov iz redkih zemelj in železnihoksidnih (ferritnih) magnetov so se aplikacije alnico v mnogih primerih zmanjšale.

Zgodovina

Razvoj alnico se je začel, ko je T. Mishima na Japonskem ugotovil, da ima zlitina železa, niklja in aluminija znatno večjo koercitivnost kot takrat razpoložljivi magneti. V 1930‑ih so alnico magneti omogočili številne nove naprave in bili do nastanka magnetov iz redkih zemelj v 1970‑ih najmočnejši trajni magneti na voljo.

Prednosti pri izbiri in skrb

Če razmišljate o uporabi alnico magneta, upoštevajte:

potrebe po delovanju pri visokih temperaturah – alnico izpade zelo dobro,
možnost izpostavljenosti nasprotnim poljem ali udarcem – če je to verjetno, so morda primernejši magneti z višjo koercitivnostjo (npr. NdFeB ali nekateri ferriti),
način obdelave in montaže – zaradi krhkosti načrtujte montažo brez mehanskih obremenitev ali z uporabo brušenja/EDM pri prilagoditvah.

Alnico ostaja pomembna skupina magnetnih materialov zaradi svoje edinstvene kombinacije lastnosti, zlasti tam, kjer je ključna stabilnost magnetnega polja pri visokih temperaturah ali tam, kjer so specifične magnetne lastnosti (npr. oblikovanje močnega stalnega polja) prednostne pred ekstremno visoko energijo produkta.

Magnet v obliki podkve, izdelan iz Alnico 5, visok približno 1 palec. Kovinska palica (spodaj) je držalo. Ko magnet ni bil v uporabi, je bila postavljena čez pola in je pomagala ohraniti magnetizacijo.

Lastnosti

Zlitine alnico lahko postanejo magneti z močnimi magnetnimi polji. Redkozemeljski magneti, kot sta neodim in samarij-kobalt, so edini magneti, ki jih je mogoče najti in so močnejši od magnetov alnico. Magneti Alnico ustvarjajo zelo močna magnetna polja na svojih polih (pol je eden od dveh koncev magneta), visoka do 1500 gaussov (0,15 tesla, kar je približno 3000-krat močnejše od zemeljskega magnetnega polja.

Nekatere vrste magnetov alnico so izotropne (lastnosti so enake v vseh smereh) in jih je mogoče ustrezno magnetizirati v vseh smereh. Druge vrste, kot sta alnico 5 in alnico 8, so anizotropne (lastnosti se spreminjajo ob spremembi smeri) in imajo prednostno smer (ena smer je boljša od drugih smeri) za magnetizacijo. Anizotropne zlitine alnico bodo v svoji prednostni smeri naredile močnejše magnete kot izotropna zlitina alnico.

Magneti Alnico so edini magneti, ki imajo uporaben magnetizem tudi pri vročem segrevanju.

Leta 2008 je bila cena magnetov Alnico približno 44 USD/kg (20 USD/kilogram).

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je alnico?

O: Alnico je vrsta zlitine, sestavljena iz železa, aluminija, niklja in kobalta.

V: Iz česa izhaja ime alnico?

O: Ime alnico je kratica, ki izhaja iz elementov, ki jih vsebuje: Al, Ni in Co.

V: Kateri drugi elementi so lahko prisotni v alnitu?

O: V alnitu sta lahko prisotna baker in včasih titan.

V: Kakšne lastnosti imajo zlitine alnico?

O: Zlitine alnico so feromagnetne, imajo visoko koercitivnost in se uporabljajo za izdelavo trajnih magnetov.

V: Kaj je koercitivnost?

O: Koercitivnost pomeni, kako odporen je material na izgubo magnetizma.

V: Katera je bila najmočnejša vrsta magneta, preden so razvili magnete iz redkih zemelj?

O: Magneti Alnico so bili najmočnejša vrsta magnetov, preden so bili razviti magneti iz redkih zemelj.

V: Kdaj in kdo je razvil alnico?

O: Alnico je leta 1931 razvil T. Mishima na Japonskem, ki je ugotovil, da ima zlitina železa, niklja in aluminija dvakrat večjo koercitivnost kot najboljši magneti tistega časa.