Materiales por propiedades físicas

materiales ferromagnéticos

El álnico¹ o alnico es una aleación formada principalmente de cobalto, aluminio y níquel, aunque también puede contener hierro, cobre y en ocasiones titanio. Su uso principal es en aplicaciones magnéticas.

Álnico es un acrónimo, y se refiere a las aleaciones de metal que están compuestas principalmente de aluminio (Al símbolo), níquel (símbolo Ni) y cobalto (Co símbolo), por lo tanto, al-ni-co, con la adición de hierro, cobre, y a veces, de titanio, por lo general Al 8-12 %, 15-26 % Ni, 5.24 % Co, hasta el 6 % de Cu, hasta el 1 % de Ti, y el resto de Fe.

Las aleaciones de álnico son ferromagnéticas y se usan para hacer imanes permanentes. Antes del desarrollo de imanes de tierras raras en la década de 1970, fueron el tipo más fuerte de imán. Otros nombres comerciales de las aleaciones de esta familia son: Alni, Alcomax, Hycomax, Columax, y Ticonal.

El desarrollo de álnico comenzó en 1931, cuando T. Mishima en Japón descubrió que una aleación de hierro, níquel, aluminio y tenía una coercitividad magnética (resistencia a la pérdida de magnetismo) de 400 Oersted, el doble de los mejores aceros de imán de la época.

Propiedades

Las aleaciones de álnico hacen fuertes imanes permanentes y pueden ser magnetizados para producir campos magnéticos intensos. De los imanes más comúnmente disponibles, solo los imanes de tierras raras como el imán de neodimio y el imán de samario-cobalto son más fuertes. Los imanes de álnico pueden producir fuerzas del campo magnético en sus polos tan altas como 1500 gauss (0,15 tesla) o alrededor de 3000 veces la fuerza del campo magnético de la Tierra. Algunas marcas de álnico son isótropas y se pueden magnetizar eficientemente en cualquier dirección. Otros tipos, como el álnico 5 y el álnico 8, son anisótropos, cada uno de ellos con una dirección preferida de magnetización o de orientación. Las aleaciones anisótropas en general tienen una mayor capacidad magnética en una orientación preferente de los tipos de isótropa. La remanencia del álnico (Br) podrá ser superior a 12.000 gauss (1.2 T), su coercitividad (Hc) puede ser de hasta 1000 Oersted (80 kA / m), su producto de la energía ((BH) max) puede ser de hasta 5,5 mg · Oe (unos 44 T / m). Esto significa que el álnico puede producir un flujo magnético en el circuito magnético cerrado, pero tiene una resistencia relativamente pequeña a la desmagnetización.

Las piezas y componentes de álnico se producen mediante procesos de moldeado o sinterización. Los imanes de alnico anisotrópico se orientan por calentamiento por encima de una temperatura crítica, y la refrigeración en la presencia de un campo magnético. Tanto el alnico isótropo como el anisótropo necesitan un tratamiento térmico adecuado para el desarrollo óptimo de las propiedades magnéticas - sin lo cual su coercitividad es de unos 10 Oe, comparable a la del hierro técnico, que es un material magnético blando. Después del tratamiento térmico el álnico se convierte en un material compuesto, llamado material de precipitación, que está formado por hierro y cobalto precipitados en una matriz rica en Ni y Al.

El álnico anisótropo se orienta a lo largo del eje magnético deseado mediante la aplicación de un campo magnético externo a ella durante la nucleación de partículas precipitados, que se producen con un enfriamiento de 900 °C (1650 °F) a 800 °C (1470 °F), cerca del punto de Curie. Sin un campo externo existen anisotropías locales de diferentes orientaciones, debido a la magnetización espontánea. La estructura de precipitado es una «barrera» contra los cambios de magnetización, pues prefiere algunos estados de magnetización que requieren mucha energía para obtener el material en cualquier estado intermedio. Además, un débil campo magnético cambia la magnetización de la fase matriz única, y es reversible.

Las aleaciones de álnico tienen algunos de los puntos de Curie más altos que cualquier material magnético, alrededor de 800 °C (1470 °F), aunque la temperatura máxima se limita normalmente a unos 538 °C (1000 °F). Son los únicos imanes que tienen magnetismo útil incluso cuando se calientan al rojo vivo.

Esta propiedad, así como su fragilidad y alto punto de fusión, es el resultado de la fuerte tendencia hacia el orden, debido a la vinculación entre intermetálicos aluminio y sus otros componentes. Son también uno de los imanes más estables si se manejan adecuadamente.

A partir de 2008, los imanes de Alnico costarán alrededor de $44/kg ($20/libras) o $4.30/BHmax

Usos

Los imanes de alnico son ampliamente utilizados en aplicaciones industriales y de consumo donde se necesitan fuertes imanes permanentes; como en los motores eléctricos, las pastillas de guitarra eléctrica, micrófonos, sensores, altavoces, y los imanes de herradura. En muchas aplicaciones están siendo reemplazados por los imanes de tierras raras, cuyos campos más fuertes (Br) y los productos más grandes de energía (BHmax) permiten a los imanes de menor tamaño, utilizarlos para una aplicación dada.

Los imanes de Alnico nacen de la intuición del japonés Mishima en el 1936 que mezclando en las justas proporciones algunos metales inventa el primer importante material magnético permanente. 

La aleación de Alnico 5 que es en absoluto la más utilizada y solicitada por el mercado es principalmente constituida por un 24% de cobalto + el 14% de níquel + el 8% de aluminio + el 3% de cobre + hierro para la parte restante. 

Para obtener aleaciones de Alnico diferentes es suficiente cambiar la formula. A pesar de la introducción de materiales más potentes y económicos, el alnico todavía es fuertemente utilizado principalmente por su especial característica de un campo coercitivo muy bajo que permite la desimantación y magnetización con aplicaciones de bajas potencias eléctricas. 

Dado el elevado uso de cobalto, este material sufre en el tiempo significativas variaciones de precio en consecuencia de las valoraciones de la materia prima (sólo es utilizado cobalto refinado al 99.99%) que proviene prácticamente sólo de Zambia y República Democrática de Congo. Además el alnico es todavía el material magnético que resiste a las más altas temperaturas (punto de Curie 860°). 

Calamit posee las tecnologías para cortar y magnetizar alnico en todas las direcciones teniendo en cuenta que es en su mayoría material anisótropo es decir con sentido magnético preferencial.

Hay dos tipos de imanes usados para la construcción de pastillas: Imanes de alnico 5 y 2 Imanes cerámicos Es de creencia popular que los imanes de alnico tienden a sonar más cálidos y limpios que los cerámicos, que se usan para conseguir más potencia, brillo y ataque. En realidad la potencia de una pastilla no depende solo del imán que se utilice para construirla sino que existen otros factores como el tipo, diámetro y longitud del cable usado en la bobina, el tamaño de la bobina, su altura, dimensiones y magnetización del imán, etc. De hecho existen en el mercado un gran número de imanes cerámicos que suenan cálidos y presentes, y por otro lado, cuantas veces nos hemos encontrado con una pastilla simple en el puente que sonaba chillona y demasiado brillante? Por esa razón es bueno no elegir sobre la "ficha técnica" sino probar personalmente el mayor número de marcas y modelos diferentes posibles.

Two Alnico single coil pickups and a 7 strings ceramic single coil (note the big ceramic magnet glued to the 7 strings pickup.

El tema de las pastillas ha sido muy tratado en la web por lo que me gustaría dedicarme a temas con menor difusión. En una visión muy general podemos resumir de la siguiente manera: COMO ELEGIR Si te inclinas más por el sonido tipo "vintage" puedes ir sin problemas a por las de alnico. Puedes encontrar pastillas para cualquier estilo y gusto construida en este material, ya sean simples o humbuckers. Elige el alnico para pastillas simples y experimenta con humbuckers cerámicas si estás buscando un sonido moderno y agresivo adecuado para la saturación y el uso de tremolo. Olvida las pastillas simples cerámicas. Elige humbuckers de alnico si te interesa el sonido clásico y cálido donde el ataque rápido no es importante y experimenta con Alnico V y Alnico II, donde Alnico V es generalmente más potente y "vintage" mientras que Alnico II suele asociarse al brillo, menos potencia y sonido más dulce. El Bismanol es una aleación magnética de bismuto y manganeso (bismuturo de manganeso) desarrollada por el US Naval Ordnance Laboratory. Historia El Bismanol, un imán permanente hecho de la pulvimetalurgia del bismuturo de manganeso, fue desarrollado por el US Naval Ordnance Laboratory a principios de los años 1950 - en el momento de su invención era uno de los imanes permanentes con mayor fuerza coercitiva disponible, de unos 3.000 oersteds.1 A mediados de los años cincuenta se consiguió alcanzar una fuerza coercitiva de unos 3650 oersteds y una densidad de flujo 4800. El material era generalmente fuerte, y estable al choque y a la vibración, pero tenía tendencia desconcharse, además se proeducía una corrosión lenta del material a condiciones normales.2 Usos Este material se utilizó para hacer imanes permanentes para su uso en pequeños motores eléctricos.3 Actualmente los imanes de Bismanol han sido sustituidos por imanes de neodimio que son, a la vez que más baratos, superiores en otras características, por los imanes de Samario-Cobalto en aplicaciones más críticas, y por imanes de Alnico. Cunico es una aleación de cobre (Cu), níquel (Ni), y cobalto (Co). La aleación tiene el mismo coeficiente de dilatación lineal que ciertos tipos de vidrio, y por lo tanto es un material ideal para sellado de uniones vidrio-metal, como los conectores metálicos externos de bombillas y válvulas termoiónicas. Tiene propiedades magnéticas y puede ser utilizado para la fabricación de imanes permanentes.1 Los principales productores son Powdertech Corporation y Carboloy Inc.2 Alnico, Fernico u Cunife son otras aleaciones multicomponente que poseen propiedades similares. Composición y propiedades Cunico I tiene una composición de 50% Cu, 21% Ni, y 29% de Co.3 Por sus propiedades de remanencia magnética (B= 0,34 tesla= 3400 Gauss y de coercitividad magnética (H= 54000 Amperio-vuelta/metro= 680 oersted) es utilizada para la construcción de imanes. La temperatura de Curie de Cunico es de 860ºC y su resistividad es de 2,4·10-7Ω·m4 Aplicaciones Cunico se emplea desde hace más de 50 años en la fabricación de accesorios y piezas para fines militares y para las industrias nuclear y petroquímica.5 Se utilizan estas aleaciones donde se requiere un campo magnético permanente y no es posible el empleo de electroimanes. Aleaciones para imanes permanentes. Son aleaciones que contienen entre el 5 y el 35% de cobalto y pueden dividirse, fundamentalmente, en dos grupos: Alnicos y Cunicos. Los alnicos son aleaciones de composición 5-35% Co, 12-25% Ni, 5-11% de Al, y eventualmente titanio y cobre, siendo el resto hierro. Estas aleaciones no son forjables ni mecanizables, por lo que deben moldearse con sus dimensiones exactas, o bien mediante metalurgia de polvos con lo que presentan mejores propiedades mecánicas y una mayor facilidad de conformación. Tras su imanación en un campo magnético elevado se obtienen excelentes propiedades, BHmáx. de 12000-36000 J/m3. Los cunicos son aleaciones Co-Ni-Cu dúctiles y mecanizables que se utilizan en aquellos casos en que la forjabilidad es esencial. Estos imanes se emplean en fabricación de instrumentos de medida eléctricos, pequeños motores y magnetos, tubos de televisión, altavoces, instalaciones telefónicas, aparatos de radar, etc. Cunife es una aleación de cobre (Cu), níquel (Ni), y hierro (Fe), y en algunos casos algo de cobalto (Co). La aleación tiene el mismo coeficiente de dilatación lineal que ciertos tipos de vidrio, y por lo tanto es un material ideal para sellado de uniones vidrio-metal, como los conectores metálicos externos de bombillas y válvulas termoiónicas. Tiene propiedades magnéticas y puede ser utilizado para la fabricación de imanes. Fernico es otra aleación multicomponente que posee propiedades similares. Composición Cunife I, a veces llamada Magnetoflex, tiene una composición de 60% Cu, 20% Ni, y 20% de Fe.1 Cunife II tiene una composición de 60% Cu, 20% Ni, 2,5% Co, y 17,5% de Fe. Aplicaciones Por ser dichas aleaciones altamente resistentes al agua de mar, los productos de Cunife se usan en muchas aplicaciones relacionadas con el área marítima, como por ejemplo, en sistemas conductores de agua de mar: circuitos refrigerantes de agua de mar, desagües.2 Por sus propiedades de remanencia magnética (B= 0,54 tesla= 5400 Gauss y de coercitividad magnética (H= 44000 Amperio-vuelta/metro= 550 oersted) es utilizada para la construcción de imanes.