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Alluminio-nichel-cobalto
I magneti AlNiCo sono magneti permanenti basati su una lega di alluminio-nichel-cobalto. A questa lega spesso, vengono aggiunti altri metalli come ad esempio ferro, rame o titanio, che permettono di assumere proprietà d’attrazione ancora maggiori. Dunque la miscelazione di questi metalli e poi non di meno il processo di fabbricazione, fanno di questi magneti, dei veri e propri super magneti permanenti. Tra questi, viene inoltre fatta una distinzione tra magneti isotropi e magneti anisotropi, che possono avere valori magnetici di rimanenza o di coercitività differenti. La lega magnetica permanente è stata introdotta e prodotta per la prima volta grazie allo scienziato giapponese Tokushichi Mishima nel 1931.
La produzione di magneti AlNiCo
I magneti possono essere realizzati in diversi modi. Vediamo quindi come avviene un processo di produzione attraverso ad esempio la fusione e attraverso la sinterizzazione. Nel processo di fusione, i singoli componenti – come le pre-leghe - vengono fusi e posti negli stampi (ad esempio quelli per la sabbia o stampi per microfusione). Nel processo di sinterizzazione, i metalli sono inizialmente disponibili singolarmente e in polvere, quindi vengono miscelati (come richiesto) e infine pressati ad alta pressione. Quindi i pezzi grezzi pressati vengono sinterizzati a circa 1.300 ° C nel vuoto o in atmosfera protettiva. Il processo di diffusione, che viene attivato termicamente, è molto efficace. Gli atomi dei metalli pressati iniziano a muoversi più velocemente e a staccarsi dalle loro posizioni fisse nella griglia. Il movimento degli atomi porta a posti vacanti nella griglia, che a loro volta possono essere occupati da altri atomi. La separazione dei materiali stampati scompare perché tra loro vengono a crearsi aree di connessione. Il processo porta alla formazione di una lega e alla compressione dei corpi pressati. I corpi pressati risultanti dal processo di fusione o sinterizzazione vengono quindi sottoposti a tempra per precipitazione, al fine di ottenere le proprietà magnetiche desiderate. Una parola chiave importante in questo contesto è quella dell'isotropia: in primo luogo, le fasi metalliche sono omogeneizzate al fine di ottenere una fase alfa uniforme ed evitare fasi gamma indesiderate. Questo crea una struttura in alluminio-nichel. Aghi CoFe molto magnetici sono presenti all'interno della griglia AlNi risultante, che non è magnetica. Se durante il processo di formazione di fase viene applicato un campo elettromagnetico, gli aghi CoFe si allineano con questo campo. Il magnete finito può quindi essere magnetizzato solo in questa direzione: si parla di un magnete anisotropico. Se non viene applicato alcun campo elettromagnetico, gli aghi si allineano in tutte le direzioni possibili. Il magnete viene quindi chiamato isotropico. Sebbene questo possa essere magnetizzato in tutte le direzioni, non è forte come un magnete anisotropico. Quindi solo un singolo passaggio distingue se è presente un magnete isotropico o anisotropico. Infine, il magnete viene sottoposto a un trattamento termico (rinvenimento) al fine di ottimizzare i valori magnetici e alleviare le sollecitazioni all'interno della struttura.
Vantaggi e svantaggi dei magneti AlNiCo e dei loro campi di applicazione
I magneti AlNiCo possono resistere a temperature da un massimo di 500 a 550 ° C senza perdere le loro proprietà magnetiche. Hanno quindi una resistenza alla temperatura superiore rispetto a SmCo o magneti in ferrite dura, la cui capacità di carico è compresa tra 250 e 350 ° C. Al contrario, i magneti al neodimio possono essere utilizzati solo fino ad un massimo di 200 ° C. Inoltre, i magneti AlNiCo sono insensibili alla corrosione e resistenti alla maggior parte degli acidi, solventi e oli, grazie all'alto contenuto di nichel della lega. Anche i magneti in ferrite e SmCo sono resistenti alla corrosione, mentre i magneti al neodimio sono altamente suscettibile ad essa. Poiché i magneti AlNiCo sono molto duri e fragili, non è possibile tagliarli (cioè separare strati di materiale usando un tagliente) - ma possono essere rettificati. Per le loro proprietà, i magneti AlNiCo sono utilizzati ovunque, grazie proprio ad una resistenza del materiale alle alte temperature. Sono magneti ideali per sensori, interruttori magnetici, motori, dispositivi di misurazione, ecc. I magneti sono tra l’altro adatti anche all'uso domestico e scolastico. A scuola, i bambini possono essere introdotti in modo giocoso all'interessante ed entusiasmante tema del magnetismo. Alcuni magneti vengono appositamente prodotti per essere destinati al mondo scolastico. Poiché quelli appartenenti a questa lega AlNiCo, hanno una bassa intensità di campo coercitivo, sono molto sensibili ai campi di smagnetizzazione, mentre i magneti SmCo hanno un'alta coercitività. I magneti SmCo possono resistere meglio alla smagnetizzazione attraverso campi magnetici. Pertanto, i magneti AlNiCo non devono essere conservati con la stessa polarità. Sebbene i magneti abbiano una coercività relativamente bassa, hanno anche un alto residuo dell’effetto magnetico. Quindi, utilizzando un forte campo magnetico, il magnete può essere nuovamente indebolito smagnetizzandone gli effetti.
Magneti al neodimio, ferrite e SmCo
Nel confronto diretto con i magneti al AlNiCo, sono già stati messi a confronto gli altri magneti discutendo delle loro proprietà diverse. Proprio in questo paragrafo osserviamo i vantaggi e gli svantaggi dei magneti al neodimio, ferrite e SmCo, che si distinguono effettivamente per le loro diverse caratteristiche e per i loro effetti. E per capirne le differenze è indispensabile prendere in considerazione proprio il loro processo di fabbricazione. I magneti in ferrite sono costituiti principalmente da elementi come il ferro, bario e stronzio, che vengono dapprima pressati in polvere. Da questo passaggio è possibile ottenere magneti isotropi o anisotropi. Come per i magneti AlNiCo, anche per quelli in ferrite, l’effetto del magnetismo può avere luogo con o senza un campo magnetico. Successivamente, i pressati ottenuti vengono sinterizzati in un'atmosfera ossidante. I magneti in ferrite sono anche economici, in quanto sono facili da magnetizzare e resistenti alla corrosione e ai prodotti chimici. Tuttavia, sono molto sensibili agli shock, infatti sono facilmente scheggiabili. Inoltre, le proprietà magnetiche dei magneti in ferrite sono basse. I magneti al neodimio invece, sono costituiti essenzialmente da neodimio, ferro e boro; qui le polveri che si ottengono da un primo passaggio, vengono a loro volta compresse in un campo magnetico, ma il compatto viene successivamente sinterizzato nel vuoto. I magneti sono caratterizzati da un’elevata coercitività e residuo magnetico; allo stesso tempo offrono un forte campo magnetico occupando un piccolo volume. Pertanto, sono adatti per la costruzione dei più piccoli dispositivi elettronici. Tuttavia, sono magneti molto sensibili alla corrosione e resistono solo a temperature fino a un massimo di 200 ° C. Infine, ci sono i magneti SmCo (magneti samario-cobalto), che sono molto costosi perché le giacenze della materia prima (di samario) sono relativamente scarse e la loro estrazione è molto complessa. Oltre al samario e al cobalto, i magneti sono realizzati in ferro e rame. La polvere del materiale macinato viene pressata e sinterizzata nuovamente in un campo magnetico. I magneti SmCo hanno un'alta rimanenza, coercitività, densità di energia e resistenza alla corrosione, ma sono molto sensibili e tendono a scheggiarsi anch’essi molto facilmente.
Che forma hanno i magneti AlNiCo?
Il rapporto ottimale tra lunghezza e diametro è dato da 4 a 1 per i magneti AlNiCo. Questi magneti è possibile trovarli in diverse varietà di forme, ad esempio: disco, anello, un blocco, cuboide, cono, sfera, piramide, o tradizionalmente come un ferro di cavallo o cilindro.
Riepilogo: Magneti AlNiCo
Un magnete AlNiCo è un magnete permanente realizzabile attraverso un processo di fusione o sinterizzazione. Gli elementi grezzi ottenuti sono sottoposti a tempra per precipitazione al fine di ottenere l'omogeneizzazione delle fasi. Aghi magnetici CoFe sono presenti all'interno della griglia AlNi. Se durante la fase di formazione viene applicato un campo elettromagnetico, gli aghi CoFe si allineano con esso - si parla in questo caso di un magnete anisotropico che può essere magnetizzato solo in una direzione. Se il processo di formazione della fase avviene senza un campo elettromagnetico, gli aghi CoFe si allineano come desiderato; il magnete può essere magnetizzato in tutte le direzioni, ma è più debole. Si parla di un magnete isotropico. Il magnete AlNiCo resiste ad una temperatura molto elevata e resiste alla corrosione; è molto duro ma allo stesso tempo fragile, il che rende difficile la sua lavorazione. Questo tipo di magnete inoltre, ha una forza coercitiva debole, che lo rende sensibile ai campi magnetici opposti. Possiede però un alto valore magnetico residuo.