Nomenklatur der Alnico-Magnetsorten und Unterschiede in der Zusammensetzung des Magnetkerns

Alnico-Magnete (Aluminium-Nickel-Kobalt-Magnete) sind eine Klasse von Permanentmagneten, die Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt wurden und für ihre ausgezeichnete Temperaturstabilität, Korrosionsbeständigkeit und hohe magnetische Flussdichte bei erhöhten Temperaturen bekannt sind. Sie bestehen hauptsächlich aus Eisen (Fe), Aluminium (Al), Nickel (Ni) und Kobalt (Co) mit geringen Zusätzen von Kupfer (Cu), Titan (Ti) oder Niob (Nb), um ihr Mikrogefüge zu verfeinern und die magnetischen Eigenschaften zu verbessern.

Alnico-Magnete werden anhand ihrer Zusammensetzung und magnetischen Eigenschaften in verschiedene Güteklassen eingeteilt, darunter gängige Bezeichnungen wie Alnico 2, Alnico 5, Alnico 8 und Alnico 9. Zusätzlich werden aufgrund ihres Kobaltgehalts mitunter auch spezielle Güteklassen wie SmCo-Magnete (Samarium-Kobalt) vom Typ 2:17 erwähnt, obwohl sie einer anderen Gruppe von Seltenerdmagneten angehören. Dieser Artikel konzentriert sich auf die verschiedenen Alnico-Güteklassen und ihre Nomenklatur und grenzt sie kurz von anderen kobalthaltigen Magneten ab.

2. Nomenklatur der Alnico-Sorten: Grundlagen und Standards

2.1 MMPA-Standardnomenklatur

Die am weitesten verbreitete Benennungskonvention für Alnico-Magnete ist der MMPA-Standard (Magnetic Materials Producers Association) . Dieser vergibt numerische Güteklassen (z. B. Alnico 2, Alnico 5, Alnico 8) basierend auf den magnetischen Eigenschaften und der Zusammensetzung. Diese Güteklassen sind standardisiert, um Anwendern die Auswahl des geeigneten Magneten für spezifische Anwendungen zu erleichtern.

2.2 Chinesische Nomenklatur

In China werden Alnico-Sorten häufig mit einer Kombination aus chinesischen Pinyin-Buchstaben und Zahlen bezeichnet. Zum Beispiel:

• LNG oderLNGT Präfixe bezeichnen Alnico-Gussmetalle (wobei "LNGT" auch Titan umfasst).
• Mit dem Präfix F ist gesintertes Alnico gekennzeichnet.
• Die Zahlen nach dem Präfix geben den Minimalwert des maximalen Energieprodukts (BH)max in kJ/m³ an.
• Ein Suffix „J“ kann auf eine Legierung mit hoher Koerzitivfeldstärke hinweisen.

2.3 Andere Namenskonventionen

Einige Hersteller verwenden Markennamen wie Columax, Alcomax, Hycomax oder Ticonal , die jedoch in der modernen Fachliteratur weniger gebräuchlich sind. Die numerischen MMPA-Klassifizierungen sind nach wie vor am weitesten verbreitet und verständlich.

3. Unterschiede in der Zusammensetzung der Alnico-Kerne bei verschiedenen Alnico-Sorten

Der Hauptunterschied zwischen den Alnico-Typen liegt in ihrem Kobaltgehalt (Co) , der ihre magnetischen Eigenschaften direkt beeinflusst. Andere Elemente wie Nickel (Ni), Aluminium (Al), Kupfer (Cu) und Titan (Ti) spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Übersicht der wichtigsten Alnico-Typen und ihrer Zusammensetzungen:

3.1 Alnico 2

• Zusammensetzung : Ungefähr 5 % Al, 15 % Ni, 20 % Co, 55 % Fe, 1 % Cu .
• Magnetische Eigenschaften:
  • Remanenz (Br) : Mäßig (etwa 0,7–0,9 T).
  • Koerzitivfeldstärke (Hc) : Niedrig (etwa 40–50 kA/m).
  • Maximales Energieprodukt (BHmax) : Niedrig (ca. 5–10 kJ/m³).
• Eigenschaften:
  • Isotrop (richtungsunabhängige magnetische Eigenschaften).
  • Geeignet für Anwendungen mit niedrigen Magnetfeldern, bei denen Kosten und einfache Magnetisierung Priorität haben.
  • Wird häufig in Sensoren, Relais und Motoren mit geringer Leistung eingesetzt.

3.2 Alnico 5

• Zusammensetzung : Ungefähr 8% Al, 15% Ni, 24% Co, 35% Fe, 4% Cu, 1% Ti .
• Magnetische Eigenschaften:
  • Remanenz (Br) : Hoch (ca. 1,0–1,3 T).
  • Koerzitivfeldstärke (Hc) : Mittel (etwa 48–160 kA/m).
  • Maximales Energieprodukt (BHmax) : Mittel bis hoch (ca. 25–40 kJ/m³).
• Eigenschaften:
  • Anisotrope (richtungsabhängige magnetische Eigenschaften, die durch Wärmebehandlung in einem Magnetfeld erzielt werden).
  • Ausgewogene Leistung bei guter Temperaturstabilität.
  • Weit verbreitet in Elektromotoren, Generatoren, Lautsprechern und Magnetscheidern.

3.3 Alnico 8

• Zusammensetzung : Ungefähr 8% Al, 24% Ni, 14% Co, 46% Fe, 2% Ti .
• Magnetische Eigenschaften:
  • Remanenz (Br) : Sehr hoch (ca. 1,1–1,4 T).
  • Koerzitivfeldstärke (Hc) : Hoch (ca. 160–240 kA/m).
  • Maximales Energieprodukt (BHmax) : Hoch (ca. 35–50 kJ/m³).
• Eigenschaften:
  • Anisotrop mit überlegenen magnetischen Eigenschaften im Vergleich zu Alnico 5.
  • Ausgezeichnete Temperaturstabilität und Korrosionsbeständigkeit.
  • Wird in Hochleistungsmotoren, Sensoren und Audiogeräten eingesetzt, bei denen eine maximale magnetische Leistung erforderlich ist.

3.4 Alnico 9

• Zusammensetzung : Ähnlich wie Alnico 8, jedoch mit leicht angepassten Anteilen (z. B. höherer Co- oder Ti-Gehalt).
• Magnetische Eigenschaften:
  • Remanenz (Br) : Vergleichbar mit Alnico 8.
  • Koerzitivfeldstärke (Hc) : Höher als bei Alnico 8.
  • Maximales Energieprodukt (BHmax) : Gehört zu den höchsten in der Alnico-Familie.
• Eigenschaften:
  • Weniger verbreitet als Alnico 5 und 8, wird aber in Spezialanwendungen eingesetzt, die eine extrem hohe magnetische Leistungsfähigkeit erfordern.

3.5 Wichtigste Trends bei Zusammensetzung und Leistung

• Kobaltgehalt : Ein höherer Kobaltgehalt erhöht im Allgemeinen die Remanenz (Br) und das maximale Energieprodukt (BHmax), kann aber die Koerzitivfeldstärke (Hc) leicht verringern, es sei denn, dies wird durch andere Elemente wie Ti ausgeglichen.
• Nickelgehalt : Ein höherer Ni-Gehalt verbessert die Koerzitivfeldstärke und die Temperaturstabilität, kann aber die Remanenz verringern, wenn er nicht mit Co ausgeglichen wird.
• Aluminium und Kupfer : Diese Elemente tragen zur Bildung der gewünschten Mikrostruktur bei (z. B. längliche NiAl-Ausscheidungen für Formanisotropie) und verbessern die magnetischen Eigenschaften.
• Titan : Wird einigen Sorten (z. B. Alnico 8) zugesetzt, um die Kornstruktur zu verfeinern und die Koerzitivfeldstärke zu verbessern.

4. Vergleich mit anderen kobalthaltigen Magneten: SmCo Typ 2:17

Obwohl es sich nicht um einen Alnico-Magneten handelt, ist der Samarium-Kobalt-Magnet vom Typ 2:17 (SmCo) aufgrund seines Kobaltgehalts und seiner hohen Leistungsfähigkeit erwähnenswert. Im Gegensatz zu Alnico gehört SmCo zur Familie der Seltenerdmagnete und bietet überlegene magnetische Eigenschaften, allerdings auf Kosten höherer Material- und Herstellungskosten.

4.1 Zusammensetzung

• SmCo vom Typ 2:17 : Enthält ca. 23–28 % Co sowie Sm (Samarium), Fe (Eisen), Cu (Kupfer) und Zr (Zirkonium).
• Magnetische Eigenschaften:
  • Remanenz (Br) : Bis zu 1,1–1,2 T.
  • Koerzitivfeldstärke (Hc) : Extrem hoch (bis zu 2000–2500 kA/m).
  • Maximales Energieprodukt (BHmax) : Sehr hoch (bis zu 250–300 kJ/m³).
• Eigenschaften:
  • Außergewöhnliche Temperaturstabilität (betriebsfähig bis 350–400°C).
  • Hohe Beständigkeit gegen Korrosion und Entmagnetisierung.
  • Wird in der Luft- und Raumfahrt, im Militärbereich und in High-End-Industrieanwendungen eingesetzt, bei denen die Leistung wichtiger ist als die Kosten.

4.2 Wesentliche Unterschiede zu Alnico

• Materialfamilie : Alnico ist ein Metalllegierungsmagnet, während SmCo ein Seltenerdmagnet ist.
• Magnetische Eigenschaften : SmCo ist Alnico hinsichtlich Koerzitivfeldstärke und Energieprodukt deutlich überlegen, ist aber teurer.
• Temperaturstabilität : Beide bieten eine ausgezeichnete Stabilität, SmCo hat jedoch eine höhere obere Temperaturgrenze.
• Anwendungsbereiche : Alnico wird bevorzugt für kostensensible Hochtemperaturanwendungen eingesetzt, während SmCo dort verwendet wird, wo maximale Leistung entscheidend ist.

5. Kosteneffizienz und anwendungsbasierte Auswahl

Die Wahl der Alnico-Sorte hängt von einem ausgewogenen Verhältnis zwischen magnetischer Leistung, Temperaturstabilität, Korrosionsbeständigkeit und Kosten ab. Ein höherer Kobaltgehalt verbessert im Allgemeinen die Leistung, erhöht aber die Material- und Verarbeitungskosten. Der optimale Punkt für ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis variiert je nach Anwendung.

5.1 Kostengünstige Anwendungen mit geringer Leistung

• Alnico 2 : Geeignet für Sensoren, Relais und Motoren mit geringer Leistung, bei denen eine moderate magnetische Leistung ausreicht.

5.2 Anwendungen mit ausgewogener Leistung

• Alnico 5 : Die am weitesten verbreitete Sorte, die ein gutes Verhältnis von Kosten und Leistung für Elektromotoren, Generatoren und Lautsprecher bietet.

5.3 Hochleistungsanwendungen

• Alnico 8 : Wird in Hochleistungsmotoren, Sensoren und Audiogeräten eingesetzt, bei denen eine maximale magnetische Leistung erforderlich ist und die Kosten eine untergeordnete Rolle spielen.

5.4 Spezialanwendungen

• Alnico 9 oder SmCo : Reserviert für Nischenanwendungen, die eine extreme Leistungsfähigkeit oder Temperaturstabilität erfordern, die über die Möglichkeiten von Alnico hinausgeht.

6. Schlussfolgerung

Alnico-Magnete werden anhand ihrer Zusammensetzung und magnetischen Eigenschaften in verschiedene Güteklassen (z. B. Alnico 2, 5, 8, 9) eingeteilt, wobei der Kobaltgehalt das wichtigste Unterscheidungsmerkmal darstellt. Magnete mit höherem Kobaltgehalt (z. B. Alnico 8) bieten eine überlegene magnetische Leistung, sind aber teurer, während Magnete mit niedrigerem Kobaltgehalt (z. B. Alnico 2) eine kostengünstige Lösung für weniger anspruchsvolle Anwendungen darstellen. Die MMPA-Standardnomenklatur und Systeme auf Basis der chinesischen Pinyin-Umschrift helfen Anwendern, die für ihre Bedürfnisse geeignete Güteklasse zu identifizieren und auszuwählen.

Alnico-Magnete sind aufgrund ihrer Temperaturstabilität und Korrosionsbeständigkeit weiterhin wertvoll, stehen aber in Hochleistungsanwendungen im Wettbewerb mit Seltenerdmagneten wie SmCo. Dennoch sichern die einzigartigen Vorteile von Alnico seine anhaltende Relevanz in Branchen wie der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie der Unterhaltungselektronik. Der Schlüssel zu optimaler Kosteneffizienz liegt in der Abstimmung der Magnetqualität auf die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung, um ein optimales Verhältnis von Leistung und Kosten zu erzielen.