Qual è l'intervallo di capacità di accumulo di energia magnetica per i magneti AlNiCo?

L'intervallo del prodotto energetico magnetico (BHmax) dei magneti in alnico varia significativamente a seconda del processo di fabbricazione, della composizione della lega e dell'orientamento strutturale, rientrando tipicamente tra 4,45 e 11 MGOe (36-90 kJ/m³) . Di seguito è riportata una ripartizione dettagliata dei fattori che influenzano questo intervallo e le sue implicazioni pratiche:

1. Processo di produzione: fusione vs. sinterizzazione

• Magneti in Alnico fusi:
  • Prodotto fondendo la lega e versandola in stampi, seguito da un trattamento termico per allineare i domini magnetici.
  • Prodotto di energia magnetica più elevato : in genere varia da 4,25 a 10 MGOe (34–80 kJ/m³) per alnico fuso anisotropico (orientato direzionalmente).
  • Esempio : l'Alnico 5 (isotropico) ha un BHmax di ~5 MGOe, mentre l'Alnico 8 (anisotropico) può raggiungere fino a 11 MGOe (90 kJ/m³) .
• Magneti Alnico sinterizzati:
  • Realizzato comprimendo la lega in polvere in forme e sinterizzandola ad alte temperature.
  • Prodotto di energia magnetica inferiore : generalmente varia da 4,45 a 5,5 MGOe (36-44 kJ/m³) a causa della porosità residua e di un allineamento dei domini meno uniforme.
  • Compromesso : l'alnico sinterizzato offre una migliore precisione dimensionale e resistenza meccanica, ma sacrifica le prestazioni magnetiche rispetto alle varianti fuse.

2. Composizione della lega e orientamento strutturale

• Elementi chiave : le leghe Alnico sono composte principalmente da ferro (Fe), alluminio (Al, 8–12%), nichel (Ni, 15–26%) e cobalto (Co, 5–24%), con tracce di rame (Cu) e titanio (Ti) per migliorare le proprietà magnetiche.
• Anisotropico vs. Isotropico:
  • L'alnico anisotropico (ad esempio, Alnico 5, Alnico 8) ha un orientamento magnetico preferito ottenuto durante la fusione o il trattamento termico, con conseguenti valori BHmax più elevati.
  • L'alnico isotropico non ha allineamento direzionale, il che comporta un prodotto di energia magnetica inferiore ma prestazioni uniformi in tutte le direzioni.
• Decomposizione spinodale : fenomeno microstrutturale nell'alnico in cui il raffreddamento ad alte temperature crea strati alternati di fasi magneticamente forti (ricche di Fe-Co) e deboli (ricche di Ni-Al), aumentando la coercitività e la rimanenza.

3. Confronto delle prestazioni con altri materiali magnetici

• Magneti in ferrite:
  • BHmax: 3,5–5 MGOe (28–40 kJ/m³) .
  • Ha un costo inferiore ma è notevolmente più debole dell'alnico, il che ne limita l'uso in applicazioni ad alte prestazioni.
• Magneti in samario-cobalto (SmCo):
  • BHmax: 18–35 MGOe (144–280 kJ/m³) .
  • Superiore all'alnico in termini di densità energetica, ma più costoso e meno stabile alla temperatura.
• Magneti al neodimio-ferro-boro (NdFeB):
  • BHmax: 35–55 MGOe (280–440 kJ/m³) .
  • Sono i magneti permanenti più potenti, ma soggetti a corrosione e smagnetizzazione termica oltre i 150°C.
• Nicchia di Alnico:
  • Eccelle in ambienti ad alta temperatura (fino a 550°C ) grazie alla sua elevata temperatura di Curie ( 840–890°C)).
  • La bassa coercitività ( 36–160 kA/m ) lo rende suscettibile alla smagnetizzazione da campi esterni o shock meccanici, ma questo fenomeno è mitigato nei sistemi progettati con cura.

4. Applicazioni pratiche e considerazioni progettuali

• Stabilità alle alte temperature : la capacità dell'Alnico di mantenere il magnetismo a temperature elevate lo rende ideale per sensori aerospaziali, militari e industriali che operano a temperature vicine o superiori a 200 °C.
• Resistenza alla corrosione : a differenza dell'NdFeB, l'alnico non richiede rivestimenti, riducendo la complessità di produzione e i costi di manutenzione a lungo termine.
• Rapporto qualità-prezzo : sebbene più costoso dei magneti in ferrite, l'alnico offre prestazioni migliori nelle applicazioni in cui la stabilità della temperatura e la durata superano la necessità di una forza magnetica estrema.
• Limitazioni di progettazione:
  • La bassa coercitività richiede una manipolazione attenta per evitare la smagnetizzazione (ad esempio, utilizzando dei fermagli nei gruppi magnetici).
  • La natura fragile richiede un imballaggio protettivo per evitare scheggiature durante il trasporto o l'installazione.

5. Contesto storico ed evoluzione

• Sviluppo iniziale : l'Alnico è emerso negli anni '30 come uno dei primi magneti permanenti ad alta energia, sostituendo l'acciaio al carbonio e l'acciaio al tungsteno (BHmax ~2,7 kJ/m³).
• Prestazioni massime : negli anni '50, l'alnico 5 e 8 raggiunse valori BHmax di 5–11 MGOe , dominando le applicazioni nei motori, negli altoparlanti e nei separatori magnetici fino all'ascesa di SmCo e NdFeB negli anni '70–'80.
• Utilizzo moderno : sebbene oscurato dai magneti in terre rare nella maggior parte dei prodotti elettronici di consumo, l'alnico rimane fondamentale in nicchie di mercato in cui la sua resistenza alla temperatura e alla corrosione sono insostituibili.