Nomenclatura de los grados de imán de Alnico y diferencias en la composición del núcleo

Los imanes de Alnico (aluminio-níquel-cobalto) son una clase de imanes permanentes desarrollados a principios del siglo XX, conocidos por su excelente estabilidad térmica, resistencia a la corrosión y alta densidad de flujo magnético a temperaturas elevadas. Están compuestos principalmente de hierro (Fe), aluminio (Al), níquel (Ni) y cobalto (Co), con pequeñas adiciones de cobre (Cu), titanio (Ti) o niobio (Nb) para refinar su microestructura y mejorar sus propiedades magnéticas.

Los imanes de álnico se clasifican en diferentes grados según su composición y rendimiento magnético, con denominaciones comunes como álnico 2, álnico 5, álnico 8 y álnico 9. Además, algunos grados especializados, como los imanes de SmCo (samario-cobalto) tipo 2:17, a veces se mencionan en el mismo contexto debido a su contenido de cobalto, aunque pertenecen a una familia diferente de imanes de tierras raras. Este artículo se centra en los grados de álnico y su nomenclatura, a la vez que los distingue brevemente de otros imanes que contienen cobalto.

2. Nomenclatura del grado de Alnico: Bases y normas

2.1 Nomenclatura estándar MMPA

La convención de nomenclatura más reconocida para los imanes de Alnico es la norma MMPA (Asociación de Productores de Materiales Magnéticos) , que asigna grados numéricos (p. ej., Alnico 2, Alnico 5, Alnico 8) según sus propiedades magnéticas y composición. Estos grados están estandarizados para ayudar a los usuarios a seleccionar el imán adecuado para aplicaciones específicas.

2.2 Nomenclatura china

En China, los grados de álnico suelen designarse mediante una combinación de letras y números del pinyin chino . Por ejemplo:

• LNG oLNGT Los prefijos denotan fundición Alnico (donde "LNGT" incluye titanio).
• Los prefijos F denotan Alnico sinterizado.
• Los números que siguen al prefijo representan el valor mínimo del producto energético máximo (BH)max en kJ/m³.
• Un sufijo "J" puede indicar una aleación de alta coercitividad.

2.3 Otras convenciones de nomenclatura

Algunos fabricantes utilizan nombres comerciales como Columax, Alcomax, Hycomax o Ticonal , aunque son menos comunes en la literatura técnica moderna. Los grados numéricos MMPA siguen siendo los más universalmente comprendidos.

3. Diferencias en la composición del núcleo entre los grados de alnico

La principal distinción entre los grados de Alnico reside en su contenido de cobalto (Co) , que influye directamente en sus propiedades magnéticas. Otros elementos como el níquel (Ni), el aluminio (Al), el cobre (Cu) y el titanio (Ti) también desempeñan un papel crucial en el rendimiento. A continuación, se detallan los principales grados de Alnico y sus composiciones:

3.1 Álnico 2

• Composición : Aproximadamente 5% Al, 15% Ni, 20% Co, 55% Fe, 1% Cu .
• Propiedades magnéticas:
  • Remanencia (Br) : Moderada (alrededor de 0,7–0,9 T).
  • Coercitividad (Hc) : Baja (alrededor de 40–50 kA/m).
  • Producto energético máximo (BHmax) : bajo (alrededor de 5–10 kJ/m³).
• Características:
  • Isotrópico (propiedades magnéticas no direccionales).
  • Adecuado para aplicaciones de campo bajo donde el costo y la facilidad de magnetización son prioridades.
  • Se utiliza a menudo en sensores, relés y motores de baja potencia.

3.2 Álnico 5

• Composición : Aproximadamente 8% Al, 15% Ni, 24% Co, 35% Fe, 4% Cu, 1% Ti .
• Propiedades magnéticas:
  • Remanencia (Br) : Alta (alrededor de 1,0–1,3 T).
  • Coercitividad (Hc) : Moderada (alrededor de 48–160 kA/m).
  • Producto energético máximo (BHmax) : moderado a alto (alrededor de 25–40 kJ/m³).
• Características:
  • Anisotrópico (propiedades magnéticas direccionales logradas mediante tratamiento térmico en un campo magnético).
  • Rendimiento equilibrado con buena estabilidad de temperatura.
  • Ampliamente utilizado en motores eléctricos, generadores, altavoces y separadores magnéticos.

3.3 Álnico 8

• Composición : Aproximadamente 8% Al, 24% Ni, 14% Co, 46% Fe, 2% Ti .
• Propiedades magnéticas:
  • Remanencia (Br) : Muy alta (alrededor de 1,1–1,4 T).
  • Coercitividad (Hc) : Alta (alrededor de 160–240 kA/m).
  • Producto energético máximo (BHmax) : alto (alrededor de 35–50 kJ/m³).
• Características:
  • Anisotrópico con rendimiento magnético superior en comparación con Alnico 5.
  • Excelente estabilidad de temperatura y resistencia a la corrosión.
  • Se utiliza en motores de alto rendimiento, sensores y equipos de audio donde se requiere la máxima salida magnética.

3.4 Álnico 9

• Composición : Similar al Alnico 8 pero con proporciones ligeramente ajustadas (por ejemplo, mayor contenido de Co o Ti).
• Propiedades magnéticas:
  • Remanencia (Br) : Comparable a Alnico 8.
  • Coercitividad (Hc) : Superior a Alnico 8.
  • Producto energético máximo (BHmax) : Entre los más altos de la familia Alnico.
• Características:
  • Menos común que Alnico 5 y 8, pero se utiliza en aplicaciones especializadas que requieren un rendimiento magnético extremo.

3.5 Tendencias clave en composición e interpretación

• Contenido de cobalto : un mayor contenido de Co generalmente aumenta la remanencia (Br) y el producto de energía máxima (BHmax), pero puede reducir ligeramente la coercitividad (Hc) a menos que se equilibre con otros elementos como Ti.
• Contenido de níquel : un mayor contenido de Ni mejora la coercitividad y la estabilidad de la temperatura, pero puede reducir la remanencia si no se equilibra con Co.
• Aluminio y cobre : ​​estos elementos ayudan a formar la microestructura deseada (por ejemplo, precipitados de NiAl alargados para la anisotropía de forma) y mejoran las propiedades magnéticas.
• Titanio : Se agrega en algunos grados (por ejemplo, Alnico 8) para refinar la estructura del grano y mejorar la coercitividad.

4. Comparación con otros imanes que contienen cobalto: SmCo tipo 2:17

Aunque no es un imán de álnico, el imán de samario-cobalto (SmCo) tipo 2:17 es digno de mención por su contenido de cobalto y sus características de alto rendimiento. A diferencia del álnico, el SmCo pertenece a la familia de imanes de tierras raras y ofrece propiedades magnéticas superiores a costa de mayores costos de material y fabricación.

4.1 Composición

• SmCo tipo 2:17 : contiene aproximadamente entre un 23 y un 28 % de Co , junto con Sm (samario), Fe (hierro), Cu (cobre) y Zr (circonio).
• Propiedades magnéticas:
  • Remanencia (Br) : Hasta 1,1–1,2 T.
  • Coercitividad (Hc) : Extremadamente alta (hasta 2000–2500 kA/m).
  • Producto energético máximo (BHmax) : Muy alto (hasta 250–300 kJ/m³).
• Características:
  • Excepcional estabilidad de temperatura (operable hasta 350–400 °C).
  • Altamente resistente a la corrosión y desmagnetización.
  • Se utiliza en aplicaciones aeroespaciales, militares y industriales de alta gama donde el rendimiento supera el costo.

4.2 Diferencias clave con Alnico

• Familia de materiales : Alnico es un imán de aleación de metal, mientras que SmCo es un imán de tierras raras.
• Rendimiento magnético : SmCo supera significativamente a Alnico en coercitividad y producto energético, pero es más caro.
• Estabilidad de temperatura : Ambos ofrecen una excelente estabilidad, pero SmCo tiene un límite de temperatura superior más alto.
• Aplicaciones : Alnico se prefiere para aplicaciones de alta temperatura y sensibles a los costos, mientras que SmCo se utiliza donde el máximo rendimiento es fundamental.

5. Rentabilidad y selección basada en aplicaciones

La elección del grado de Alnico depende del equilibrio entre el rendimiento magnético, la estabilidad térmica, la resistencia a la corrosión y el coste . Un mayor contenido de cobalto generalmente mejora el rendimiento, pero incrementa los costes de material y procesamiento. El punto óptimo de rentabilidad varía según la aplicación:

5.1 Aplicaciones de bajo costo y bajo rendimiento

• Alnico 2 : Adecuado para sensores, relés y motores de baja potencia donde una salida magnética moderada es suficiente.

5.2 Aplicaciones de rendimiento equilibrado

• Alnico 5 : el grado más utilizado, que ofrece un buen equilibrio entre costo y rendimiento para motores eléctricos, generadores y altavoces.

5.3 Aplicaciones de alto rendimiento

• Alnico 8 : Se utiliza en motores de alto rendimiento, sensores y equipos de audio donde se requiere una salida magnética máxima y el costo es una preocupación menor.

5.4 Aplicaciones especializadas

• Alnico 9 o SmCo : Reservado para aplicaciones específicas que requieren un rendimiento extremo o una estabilidad de temperatura más allá de las capacidades de Alnico.

6. Conclusión

Los imanes de álnico se clasifican en grados (p. ej., Alnico 2, 5, 8, 9) según su composición y propiedades magnéticas, siendo el contenido de cobalto el principal diferenciador. Los grados con mayor contenido de cobalto (p. ej., Alnico 8) ofrecen un rendimiento magnético superior, pero a un mayor coste, mientras que los grados con menor contenido de cobalto (p. ej., Alnico 2) ofrecen una solución rentable para aplicaciones menos exigentes. La nomenclatura estándar de la MMPA y los sistemas basados ​​en el pinyin chino ayudan a los usuarios a identificar y seleccionar el grado adecuado para sus necesidades.

Si bien los imanes de Alnico siguen siendo valiosos por su estabilidad térmica y resistencia a la corrosión, se enfrentan a la competencia de imanes de tierras raras como el SmCo en aplicaciones de alto rendimiento. Sin embargo, las ventajas únicas del Alnico garantizan su continua relevancia en industrias como la automotriz, la aeroespacial y la electrónica de consumo. La clave para optimizar la rentabilidad reside en adaptar el grado del imán a los requisitos específicos de la aplicación, garantizando así el mejor equilibrio entre rendimiento y coste.