Nomenclatuur van Alnico-magneten en verschillen in samenstelling van de kern

Alnico (aluminium-nikkel-kobalt) magneten zijn een klasse permanente magneten die in het begin van de 20e eeuw zijn ontwikkeld en bekend staan ​​om hun uitstekende temperatuurstabiliteit, corrosiebestendigheid en hoge magnetische fluxdichtheid bij hoge temperaturen. Ze zijn hoofdzakelijk samengesteld uit ijzer (Fe), aluminium (Al), nikkel (Ni) en kobalt (Co), met kleine toevoegingen van koper (Cu), titanium (Ti) of niobium (Nb) om hun microstructuur te verfijnen en hun magnetische eigenschappen te verbeteren.

Alnico-magneten worden ingedeeld in verschillende kwaliteiten op basis van hun samenstelling en magnetische eigenschappen, met gangbare aanduidingen zoals Alnico 2, Alnico 5, Alnico 8 en Alnico 9. Daarnaast worden soms ook enkele gespecialiseerde kwaliteiten, zoals 2:17-type SmCo (samarium-kobalt) magneten, in dezelfde context genoemd vanwege hun kobaltgehalte, hoewel ze tot een andere familie van zeldzame-aardemagneten behoren. Dit artikel richt zich op de verschillende Alnico-kwaliteiten en hun nomenclatuur, en maakt een korte onderscheiding van deze kwaliteiten ten opzichte van andere kobaltbevattende magneten.

2. Nomenclatuur van Alnico-kwaliteiten: basis en normen

2.1 MMPA-standaardnomenclatuur

De meest gangbare naamgevingsconventie voor Alnico-magneten is de MMPA-standaard (Magnetic Materials Producers Association) , die numerieke waarden toekent (bijv. Alnico 2, Alnico 5, Alnico 8) op basis van hun magnetische eigenschappen en samenstelling. Deze waarden zijn gestandaardiseerd om gebruikers te helpen bij het selecteren van de juiste magneet voor specifieke toepassingen.

2.2 Chinese nomenclatuur

In China worden Alnico-kwaliteiten vaak aangeduid met een combinatie van Chinese pinyin-letters en -cijfers . Bijvoorbeeld:

• LNG ofLNGT De voorvoegsels duiden op het gieten van Alnico (waarbij "LNGT" ook titanium omvat).
• De F -prefix duidt op gesinterd Alnico.
• De getallen achter het voorvoegsel vertegenwoordigen de minimumwaarde van het maximale energieproduct (BH)max in kJ/m³.
• Een achtervoegsel "J" kan duiden op een legering met een hoge coërciviteit.

2.3 Andere naamgevingsconventies

Sommige fabrikanten gebruiken merknamen zoals Columax, Alcomax, Hycomax of Ticonal , hoewel deze minder vaak voorkomen in de moderne technische literatuur. De numerieke MMPA-classificaties blijven het meest algemeen bekend.

3. Verschillen in de samenstelling van de kern tussen de verschillende Alnico-kwaliteiten

Het voornaamste verschil tussen Alnico-kwaliteiten zit hem in hun kobaltgehalte (Co) , dat rechtstreeks van invloed is op hun magnetische eigenschappen. Andere elementen zoals nikkel (Ni), aluminium (Al), koper (Cu) en titanium (Ti) spelen ook een cruciale rol in de prestaties. Hieronder volgt een gedetailleerd overzicht van de belangrijkste Alnico-kwaliteiten en hun samenstelling:

3.1 Alnico 2

• Samenstelling : Circa 5% Al, 15% Ni, 20% Co, 55% Fe, 1% Cu .
• Magnetische eigenschappen:
  • Remanentie (Br) : Matig (ongeveer 0,7–0,9 T).
  • Coërciviteit (Hc) : Laag (ongeveer 40-50 kA/m).
  • Maximale energieproductiviteit (BHmax) : Laag (circa 5–10 kJ/m³).
• Kenmerken:
  • Isotropisch (niet-directionele magnetische eigenschappen).
  • Geschikt voor toepassingen met een laag magnetisch veld, waarbij kosten en gemakkelijke magnetisatie prioriteit hebben.
  • Vaak gebruikt in sensoren, relais en motoren met een laag vermogen.

3.2 Alnico 5

• Samenstelling : Circa 8% Al, 15% Ni, 24% Co, 35% Fe, 4% Cu, 1% Ti .
• Magnetische eigenschappen:
  • Remanentie (Br) : Hoog (ongeveer 1,0–1,3 T).
  • Coërciviteit (Hc) : Matig (ongeveer 48–160 kA/m).
  • Maximale energieproductiviteit (BHmax) : Matig tot hoog (circa 25–40 kJ/m³).
• Kenmerken:
  • Anisotroop (richtingsgebonden magnetische eigenschappen verkregen door warmtebehandeling in een magnetisch veld).
  • Evenwichtige prestaties met goede temperatuurstabiliteit.
  • Wordt veel gebruikt in elektromotoren, generatoren, luidsprekers en magnetische scheiders.

3.3 Alnico 8

• Samenstelling : Circa 8% Al, 24% Ni, 14% Co, 46% Fe, 2% Ti .
• Magnetische eigenschappen:
  • Remanentie (Br) : Zeer hoog (ongeveer 1,1–1,4 T).
  • Coërciviteit (Hc) : Hoog (ongeveer 160–240 kA/m).
  • Maximale energieproductiviteit (BHmax) : Hoog (circa 35–50 kJ/m³).
• Kenmerken:
  • Anisotroop met superieure magnetische prestaties in vergelijking met Alnico 5.
  • Uitstekende temperatuurstabiliteit en corrosiebestendigheid.
  • Gebruikt in krachtige motoren, sensoren en audioapparatuur waar maximale magnetische output vereist is.

3.4 Alnico 9

• Samenstelling : Vergelijkbaar met Alnico 8, maar met licht aangepaste verhoudingen (bijv. een hoger Co- of Ti-gehalte).
• Magnetische eigenschappen:
  • Remanentie (Br) : Vergelijkbaar met Alnico 8.
  • Coërciviteit (Hc) : Hoger dan Alnico 8.
  • Maximale energieproductiviteit (BHmax) : Een van de hoogste binnen de Alnico-familie.
• Kenmerken:
  • Minder gebruikelijk dan Alnico 5 en 8, maar gebruikt in specialistische toepassingen die extreme magnetische prestaties vereisen.

3.5 Belangrijkste trends in compositie en uitvoering

• Kobaltgehalte : Een hoger kobaltgehalte verhoogt over het algemeen de remanentie (Br) en het maximale energieproduct (BHmax), maar kan de coërciviteit (Hc) enigszins verlagen, tenzij dit in evenwicht wordt gebracht met andere elementen zoals titanium.
• Nikkelgehalte : Een hoger nikkelgehalte verbetert de coërciviteit en temperatuurstabiliteit, maar kan de remanentie verminderen als het niet in evenwicht is met het kobaltgehalte.
• Aluminium en koper : deze elementen dragen bij aan de vorming van de gewenste microstructuur (bijvoorbeeld langwerpige NiAl-precipitaten voor vormanisotropie) en verbeteren de magnetische eigenschappen.
• Titanium : Toegevoegd aan sommige kwaliteiten (bijv. Alnico 8) om de korrelstructuur te verfijnen en de coërciviteit te verbeteren.

4. Vergelijking met andere kobaltbevattende magneten: 2:17-type SmCo

Hoewel het geen Alnico-magneet is, is de 2:17-type samarium-kobalt (SmCo) magneet het vermelden waard vanwege het kobaltgehalte en de hoogwaardige eigenschappen. In tegenstelling tot Alnico behoort SmCo tot de familie van zeldzame-aardemagneten en biedt het superieure magnetische eigenschappen, maar dit gaat wel ten koste van hogere materiaal- en productiekosten.

4.1 Samenstelling

• 2:17-type SmCo : Bevat ongeveer 23-28% Co , samen met Sm (samarium), Fe (ijzer), Cu (koper) en Zr (zirkonium).
• Magnetische eigenschappen:
  • Remanentie (Br) : Tot 1,1–1,2 T.
  • Coërciviteit (Hc) : Extreem hoog (tot 2000–2500 kA/m).
  • Maximale energieproductiviteit (BHmax) : Zeer hoog (tot 250–300 kJ/m³).
• Kenmerken:
  • Uitzonderlijke temperatuurstabiliteit (bruikbaar tot 350–400 °C).
  • Zeer goed bestand tegen corrosie en demagnetisatie.
  • Gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, het leger en hoogwaardige industriële toepassingen waar prestaties belangrijker zijn dan kosten.

4.2 Belangrijkste verschillen met Alnico

• Materiaalfamilie : Alnico is een magneet van een metaallegering, terwijl SmCo een magneet van zeldzame aardmetalen is.
• Magnetische prestaties : SmCo presteert aanzienlijk beter dan Alnico wat betreft coërciviteit en energieproduct, maar is wel duurder.
• Temperatuurstabiliteit : Beide materialen bieden een uitstekende stabiliteit, maar SmCo heeft een hogere bovengrens voor de temperatuur.
• Toepassingen : Alnico heeft de voorkeur voor kostenbewuste toepassingen bij hoge temperaturen, terwijl SmCo wordt gebruikt waar maximale prestaties cruciaal zijn.

5. Kosteneffectiviteit en toepassingsgerichte selectie

De keuze voor een bepaalde Alnico-kwaliteit hangt af van een afweging tussen magnetische prestaties, temperatuurstabiliteit, corrosiebestendigheid en kosten . Een hoger kobaltgehalte verbetert over het algemeen de prestaties, maar verhoogt de materiaal- en verwerkingskosten. De optimale balans tussen kosteneffectiviteit en kwaliteit verschilt per toepassing.

5.1 Goedkope toepassingen met lage prestaties

• Alnico 2 : Geschikt voor sensoren, relais en motoren met een laag vermogen waar een matige magnetische output voldoende is.

5.2 Evenwichtige prestatie-toepassingen

• Alnico 5 : De meest gebruikte soort, die een goede balans biedt tussen kosten en prestaties voor elektromotoren, generatoren en luidsprekers.

5.3 Hoogwaardige toepassingen

• Alnico 8 : Gebruikt in hoogwaardige motoren, sensoren en audioapparatuur waar maximale magnetische output vereist is en kosten minder belangrijk zijn.

5.4 Gespecialiseerde toepassingen

• Alnico 9 of SmCo : Gereserveerd voor nichetoepassingen die extreme prestaties of temperatuurstabiliteit vereisen die de mogelijkheden van Alnico te boven gaan.

6. Conclusie

Alnico-magneten worden ingedeeld in kwaliteiten (bijv. Alnico 2, 5, 8, 9) op basis van hun samenstelling en magnetische eigenschappen, waarbij het kobaltgehalte het belangrijkste onderscheidende kenmerk is. Kwaliteiten met een hoger kobaltgehalte (bijv. Alnico 8) bieden superieure magnetische prestaties, maar tegen een hogere prijs, terwijl kwaliteiten met een lager kobaltgehalte (bijv. Alnico 2) een kosteneffectieve oplossing bieden voor minder veeleisende toepassingen. De MMPA-standaardnomenclatuur en op Chinese pinyin gebaseerde systemen helpen gebruikers bij het identificeren en selecteren van de juiste kwaliteit voor hun behoeften.

Hoewel Alnico-magneten waardevol blijven vanwege hun temperatuurstabiliteit en corrosiebestendigheid, ondervinden ze concurrentie van zeldzame-aardemagneten zoals SmCo in hoogwaardige toepassingen. De unieke voordelen van Alnico zorgen er echter voor dat het relevant blijft in industrieën zoals de automobielindustrie, de lucht- en ruimtevaart en de consumentenelektronica. De sleutel tot het optimaliseren van de kosteneffectiviteit ligt in het afstemmen van de magneetkwaliteit op de specifieke eisen van de toepassing, waardoor de beste balans tussen prestatie en kosten wordt gewaarborgd.