Wat zijn de specifieke verschillen in de drie belangrijkste magnetische parameters van gegoten georiënteerde AlNiCo-magneten, gegoten niet-georiënteerde AlNiCo-magneten en gesinterde AlNiCo-magneten?

De drie belangrijkste magnetische parameters – remanentie (Br) , coërciviteit (Hcb) en maximaal energieproduct ((BH)max) – variëren aanzienlijk tussen gegoten georiënteerde (anisotrope) AlNiCo-magneten , gegoten niet-georiënteerde (isotrope) AlNiCo- magneten en gesinterde AlNiCo -magneten. Dit komt door verschillen in fabricageprocessen, microstructuren en legeringssamenstellingen. Hieronder volgt een gedetailleerde vergelijking op basis van empirische gegevens en materiaalkundige principes:

1. Remanentie (Br)

• Gegoten georiënteerd (anisotroop) AlNiCo:
  • Bereik : 1,0–1,35 T (10.000–13.500 Gauss).
  • Uitleg : Anisotrope AlNiCo-magneten bereiken een hogere Br-waarde door een voorkeursoriëntatie van de kristallen die wordt geïnduceerd tijdens gerichte stolling (bijvoorbeeld door gebruik te maken van een magnetisch veld tijdens het gieten). Dit lijnt de magnetische domeinen uit, waardoor de remanentie wordt gemaximaliseerd.
  • Voorbeeld : Alnico 6 (8% Al, 16% Ni, 24% Co, 3% Cu, 1% Ti, Fe-balans) heeft Br ≈ 1,0 T.
• Gegoten niet-georiënteerd (isotroop) AlNiCo:
  • Bereik : 0,6–0,9 T (6.000–9.000 Gauss).
  • Uitleg : Isotrope magneten hebben geen domeinuitlijning, wat resulteert in een lagere Br-waarde. Ze worden doorgaans gebruikt waar complexe vormen vereist zijn zonder strikte magnetische oriëntatie.
  • Voorbeeld : Alnico 3 (10% Al, 19% Ni, 13% Co, 3% Cu, Fe-balans) heeft Br ≈ 0,6 T.
• Gesinterd AlNiCo:
  • Bereik : 0,8–1,2 T (8.000–12.000 Gauss).
  • Uitleg : Sinteren is het proces waarbij poedervormige legeringen onder druk en hitte worden samengeperst. Hoewel dit proces een matige Br-waarde kan opleveren, is deze over het algemeen lager dan bij anisotropisch gieten vanwege minder geoptimaliseerde microstructuren. Sommige hoogwaardige gesinterde AlNiCo-legeringen (bijvoorbeeld FLNGT42) kunnen echter een Br-waarde van ongeveer 1,2 T bereiken.

Belangrijkste verschil :

• Gegoten anisotroop AlNiCo heeft in de meeste gevallen 20-50% meer Br dan isotrope varianten en 10-15% meer Br dan gesinterd AlNiCo.

2. Dwang (Hcb)

• Gegoten georiënteerd (anisotroop) AlNiCo:
  • Bereik : 40–70 kA/m (500–900 Oe).
  • Uitleg : Anisotroop AlNiCo vertoont een matige coërciviteit vanwege de langwerpige, georiënteerde korrels. Hoewel deze niet zo hoog is als die van zeldzame-aardemagneten, is hij voldoende voor veel toepassingen.
  • Voorbeeld : Alnico 5 (24% Co, 14% Ni, 8% Al, 3% Cu, Ti, Fe balans) heeft Hcb ≈ 48 kA/m.
• Gegoten niet-georiënteerd (isotroop) AlNiCo:
  • Bereik : 30–50 kA/m (400–600 Oe).
  • Uitleg : Isotrope magneten hebben een lagere coërciviteit omdat hun willekeurige korreloriëntatie de weerstand tegen demagnetisatie vermindert.
  • Voorbeeld : Alnico 2 (14% Ni, 24% Co, 8% Al, 3% Cu, Fe-balans) heeft Hcb ≈ 40 kA/m.
• Gesinterd AlNiCo:
  • Bereik : 45–65 kA/m (570–820 Oe).
  • Uitleg : Gesinterd AlNiCo heeft doorgaans een hogere coërciviteit dan gegoten isotroop, maar een lagere dan gegoten anisotroop vanwege de dichtere microstructuur en verminderde porositeit.
  • Voorbeeld : FLNGT28 (een gesinterde kwaliteit) heeft een Hcb van ongeveer 56 kA/m.

Belangrijkste verschil :

• Gegoten anisotroop AlNiCo heeft een 10-30% hogere Hcb dan isotrope typen en een 5-15% hogere Hcb dan gesinterd AlNiCo in standaardkwaliteiten.

3. Maximaal energieproduct ((BH)max)

• Gegoten georiënteerd (anisotroop) AlNiCo:
  • Bereik : 28–56 kJ/m³ (3,5–7,0 MGOe).
  • Uitleg : Anisotroop AlNiCo bereikt de hoogste (BH)max dankzij de geoptimaliseerde microstructuur en domeinuitlijning. Hierdoor is het geschikt voor toepassingen met hoge energie, zoals motoren en sensoren.
  • Voorbeeld : Alnico 8 (16% Ni, 24% Co, 8% Al, 3% Cu, 1% Ti, Fe balans) heeft (BH)max ≈ 40 kJ/m³.
• Gegoten niet-georiënteerd (isotroop) AlNiCo:
  • Bereik : 8–14 kJ/m³ (1,0–1,8 MGOe).
  • Uitleg : Isotrope magneten hebben een veel lagere (BH)max vanwege hun willekeurige korreloriëntatie, waardoor hun gebruik beperkt is tot toepassingen met lage prestaties.
  • Voorbeeld : Alnico 1 (12% Al, 20% Ni, 5% Co, 2% Cu, Fe balans) heeft (BH)max ≈ 9 kJ/m³.
• Gesinterd AlNiCo:
  • Bereik : 20–45 kJ/m³ (2,5–5,6 MGOe).
  • Uitleg : Gesinterd AlNiCo biedt een gematigde (BH)max , waarmee de kloof tussen gegoten isotrope en anisotrope kwaliteiten wordt overbrugd. Hoogwaardige gesinterde kwaliteiten (bijv. FLNGT42) kunnen een (BH)max van ongeveer 45 kJ/m³ bereiken.

Belangrijkste verschil :

• Gegoten anisotroop AlNiCo heeft een 3–5 keer hogere (BH)max dan isotrope typen en een 20–30% hogere (BH)max dan gesinterd AlNiCo in premiumkwaliteiten.

Overzichtstabel van de magnetische kernparameters

Kritische analyse van verschillen

1. Microstructurele invloed:
   • Gegoten anisotroop AlNiCo bereikt superieure eigenschappen door gerichte stolling , waarbij de langwerpige α₁-fase (rijk aan Fe-Co) zich uitlijnt langs de richting van het magnetische veld. Dit creëert een zeer geordende microstructuur met minimale defecten, wat de Br- en (BH)max-waarden verbetert.
   • Gegoten isotroop AlNiCo mist deze uitlijning, wat resulteert in een willekeurige verdeling van de korrels en lagere prestaties.
   • Gesinterd AlNiCo heeft een dichtere microstructuur dan gegoten isotroop materiaal, maar mist de perfecte uitlijning van gegoten anisotroop materiaal, waardoor het zich daar tussenin bevindt.
2. Legeringssamenstelling:
   • Hoog-Co-kwaliteiten (bijv. Alnico 5, 8) vertonen een betere coërciviteit en energieproduct vanwege de rol van kobalt in de stabilisatie van de magnetische fase.
   • Toevoegingen van titanium (bijvoorbeeld in Alnico 6 en 8) verfijnen de korrels en verbeteren de coërciviteit verder.
3. Procesbeperkingen:
   • Het sinterproces wordt beperkt door de deeltjesgrootte van het poeder en de compactiedruk , die van invloed zijn op de dichtheid en de uitlijning.
   • Gieten maakt grotere componenten mogelijk, maar vereist nauwkeurige controle van de afkoelsnelheid om defecten zoals α-γ-faseovergangen te voorkomen, die de coërciviteit verminderen.

Aanbevelingen op basis van toepassingen

• Gegoten anisotroop AlNiCo : Bij uitstek geschikt voor hoogwaardige motoren, sensoren en ruimtevaarttoepassingen waar een maximaal energierendement en temperatuurstabiliteit (tot 550 °C) cruciaal zijn.
• Gegoten isotropisch AlNiCo : Geschikt voor goedkope, eenvoudig gevormde componenten zoals gitaarelementen of relais, waar gemiddelde prestaties volstaan.
• Gesinterd AlNiCo : Ideaal voor geminiaturiseerde apparaten (bijv. micromotoren) die gemiddelde prestaties vereisen met nauwe maattoleranties .

Conclusie

De belangrijkste magnetische parameters van AlNiCo-magneten worden sterk beïnvloed door het fabricageproces en de microstructuur. Gegoten anisotroop AlNiCo presteert beter dan zowel isotrope als gesinterde varianten wat betreft Br, Hcb en (BH)max, dankzij de uitgelijnde korrels en de geoptimaliseerde legeringssamenstelling. Gesinterd AlNiCo biedt echter een kosteneffectief alternatief voor kleinere, precisietoepassingen , terwijl gegoten isotroop AlNiCo relevant blijft voor grootschalige toepassingen met lage prestaties . De keuze hangt af van de specifieke eisen ten aanzien van remanentie, coërciviteit, energieproduct en bedrijfstemperatuur.