¿Cuáles son las diferencias específicas en los tres parámetros magnéticos principales de los imanes de AlNiCo orientados fundidos, los imanes de AlNiCo no orientados fundidos y los imanes de AlNiCo sinterizados?

Los tres parámetros magnéticos principales —remanencia (Br) , coercitividad (Hcb) y producto energético máximo ((BH)max) — varían significativamente entre los imanes de AlNiCo fundido orientado (anisotrópico) , AlNiCo fundido no orientado (isotrópico) y AlNiCo sinterizado debido a las diferencias en los procesos de fabricación, las microestructuras y las composiciones de la aleación. A continuación, se presenta una comparación detallada basada en datos empíricos y principios de la ciencia de los materiales:

1. Remanencia (Br)

• AlNiCo orientado por fundición (anisotrópico):
  • Rango : 1,0–1,35 T (10 000–13 500 Gauss).
  • Explicación : Los imanes anisotrópicos de AlNiCo alcanzan un mayor Br gracias a la orientación cristalina preferida inducida durante la solidificación direccional (p. ej., mediante un campo magnético durante la fundición). Esto alinea los dominios magnéticos, maximizando la remanencia.
  • Ejemplo : Alnico 6 (8% Al, 16% Ni, 24% Co, 3% Cu, 1% Ti, resto Fe) tiene Br ≈ 1,0 T.
• AlNiCo fundido no orientado (isotrópico):
  • Rango : 0,6–0,9 T (6.000–9.000 Gauss).
  • Explicación : Los imanes isótropos carecen de alineación de dominio, lo que da como resultado un Br más bajo. Se utilizan normalmente cuando se requieren formas complejas sin una orientación magnética estricta.
  • Ejemplo : Alnico 3 (10% Al, 19% Ni, 13% Co, 3% Cu, resto Fe) tiene Br ≈ 0,6 T.
• AlNiCo sinterizado:
  • Rango : 0,8–1,2 T (8.000–12.000 Gauss).
  • Explicación : La sinterización implica la compactación de una aleación en polvo bajo presión y calor. Si bien este proceso puede alcanzar un Br moderado, generalmente es menor que el anisotrópico de la fundición debido a microestructuras menos optimizadas. Sin embargo, algunas aleación de AlNiCo sinterizadas de alta calidad (p. ej., FLNGT42) pueden alcanzar Br ≈ 1,2 T.

Diferencia clave :

• En la mayoría de los casos, el AlNiCo anisotrópico fundido tiene entre un 20 % y un 50 % más de Br que las variantes isotrópicas y entre un 10 % y un 15 % más de Br que el AlNiCo sinterizado.

2. Coercitividad (Hcb)

• AlNiCo orientado por fundición (anisotrópico):
  • Rango : 40–70 kA/m (500–900 Oe).
  • Explicación : El AlNiCo anisotrópico presenta una coercitividad moderada debido a sus granos alargados y alineados. Si bien no es tan alta como la de los imanes de tierras raras, es suficiente para muchas aplicaciones.
  • Ejemplo : Alnico 5 (24% Co, 14% Ni, 8% Al, 3% Cu, Ti, Fe restante) tiene Hcb ≈ 48 kA/m.
• AlNiCo fundido no orientado (isotrópico):
  • Rango : 30–50 kA/m (400–600 Oe).
  • Explicación : Los imanes isótropos tienen menor coercitividad porque su orientación aleatoria de grano reduce la resistencia a la desmagnetización.
  • Ejemplo : Alnico 2 (14% Ni, 24% Co, 8% Al, 3% Cu, resto Fe) tiene Hcb ≈ 40 kA/m.
• AlNiCo sinterizado:
  • Rango : 45–65 kA/m (570–820 Oe).
  • Explicación : El AlNiCo sinterizado generalmente tiene una coercitividad mayor que el isotrópico fundido, pero menor que el anisotrópico fundido debido a microestructuras más densas y una porosidad reducida.
  • Ejemplo : FLNGT28 (un grado sinterizado) tiene Hcb ≈ 56 kA/m.

Diferencia clave :

• El AlNiCo anisotrópico fundido tiene entre un 10 % y un 30 % más de Hcb que los tipos isotrópicos y entre un 5 % y un 15 % más de Hcb que el AlNiCo sinterizado en grados estándar.

3. Producto energético máximo ((BH)max)

• AlNiCo orientado por fundición (anisotrópico):
  • Rango : 28–56 kJ/m³ (3,5–7,0 MGOe).
  • Explicación : El AlNiCo anisotrópico alcanza el (BH)máx más alto gracias a su microestructura optimizada y a la alineación de dominios. Esto lo hace adecuado para aplicaciones de alta energía, como motores y sensores.
  • Ejemplo : Alnico 8 (16% Ni, 24% Co, 8% Al, 3% Cu, 1% Ti, resto Fe) tiene (BH)max ≈ 40 kJ/m³.
• AlNiCo fundido no orientado (isotrópico):
  • Rango : 8–14 kJ/m³ (1,0–1,8 MGOe).
  • Explicación : Los imanes isótropos tienen un (BH)máx mucho menor debido a su orientación de grano aleatoria, lo que limita su uso a aplicaciones de bajo rendimiento.
  • Ejemplo : Alnico 1 (12% Al, 20% Ni, 5% Co, 2% Cu, resto Fe) tiene (BH)max ≈ 9 kJ/m³.
• AlNiCo sinterizado:
  • Rango : 20–45 kJ/m³ (2,5–5,6 MGOe).
  • Explicación : El AlNiCo sinterizado ofrece un (BH)máx moderado , lo que reduce la diferencia entre los grados isotrópicos y anisotrópicos de fundición. Los grados sinterizados de alta gama (p. ej., FLNGT42) pueden alcanzar un (BH)máx de aproximadamente 45 kJ/m³.

Diferencia clave :

• El AlNiCo anisotrópico fundido tiene un (BH)máx de 3 a 5 veces mayor que los tipos isotrópicos y de 20 a 30 % mayor que el AlNiCo sinterizado en grados premium.

Tabla resumen de los parámetros magnéticos del núcleo

Análisis crítico de las diferencias

1. Influencia microestructural:
   • El AlNiCo anisotrópico fundido logra propiedades superiores mediante la solidificación direccional , que alinea la fase α₁ alargada (rica en Fe-Co) a lo largo de la dirección del campo magnético. Esto crea una microestructura altamente ordenada con defectos mínimos, lo que mejora el Br y la (BH)máx.
   • El AlNiCo isotrópico fundido carece de esta alineación, lo que da como resultado una distribución aleatoria de granos y un menor rendimiento.
   • El AlNiCo sinterizado tiene una microestructura más densa que el isotrópico fundido, pero carece de la alineación perfecta del anisotrópico fundido, lo que lo coloca en el medio.
2. Composición de la aleación:
   • Los grados con alto contenido de Co (por ejemplo, Alnico 5, 8) exhiben una mejor coercitividad y producto energético debido al papel del cobalto en la estabilización de la fase magnética.
   • Las adiciones de titanio (por ejemplo, en Alnico 6, 8) refinan los granos y mejoran aún más la coercitividad.
3. Limitaciones del proceso:
   • La sinterización está limitada por el tamaño de las partículas de polvo y la presión de compactación , que afectan la densidad y la alineación.
   • La fundición permite utilizar componentes de mayor tamaño , pero requiere un control preciso de las velocidades de enfriamiento para evitar defectos como las transformaciones de fase α-γ, que degradan la coercitividad.

Recomendaciones basadas en aplicaciones

• AlNiCo anisotrópico fundido : ideal para motores de alto rendimiento, sensores y aplicaciones aeroespaciales donde el producto energético máximo y la estabilidad de la temperatura (hasta 550 °C) son fundamentales.
• AlNiCo isotrópico fundido : adecuado para componentes de formas simples y de bajo costo, como pastillas de guitarra o relés donde es suficiente un rendimiento moderado.
• AlNiCo sinterizado : ideal para dispositivos miniaturizados (por ejemplo, micromotores) que requieren un rendimiento moderado con tolerancias dimensionales ajustadas .

Conclusión

Los parámetros magnéticos básicos de los imanes de AlNiCo están fuertemente influenciados por su proceso de fabricación y microestructura. El AlNiCo anisotrópico fundido supera a las variantes isotrópicas y sinterizadas en Br, Hcb y (BH)max gracias a sus granos alineados y a su composición optimizada de la aleación. Sin embargo, el AlNiCo sinterizado ofrece una alternativa rentable para aplicaciones de precisión más pequeñas , mientras que el AlNiCo isotrópico fundido sigue siendo relevante para aplicaciones de bajo rendimiento a gran escala . La elección depende de los requisitos específicos de remanencia, coercitividad, producto energético y temperatura de operación.