Hvordan Alnico magneter er lavet
Alnico er en legering, der hovedsageligt er lavet af en kombination af aluminium, nikkel, kobolt og jern plus varierende niveauer af kobber, titan og niobium.
Den nøjagtige kemiske sammensætning i Alnico kvalitet afhænger af kvaliteten af Alnico. Et eksempel på sammensætningen er angivet nedenfor.
Typisk sammensætning af Alnico legering
Et eksempel for sintret Alnico 8 er – 31,5% jern, 36% kobolt, 13,5% nikkel, 7,2% aluminium, 3,5% kobber, 7,5% titan og 0,8% niobium.
Alnico magneter kan fremstilles enten ved sintring eller ved de mere almindelige støbeprocesser. Alnico-strukturen består af en stærkt magnetisk Fe-Co-stangmikrostruktur i en svagt magnetisk Ni-Al-matrix – stavformens anisotropi giver Alnico sin koercitivitet.
CAST ALNICO
Hver Alnico-kvalitet har sin egen sammensætning af grundstoffer i varierende proportioner. Elementerne til Alnico anbringes i en ovn (almindeligvis anvendes en induktionsovn) og smeltes ved 1750-1780 grader C. Der tilsættes en større mængde aluminium (Al) end nødvendigt i begyndelsen, fordi noget Al går tabt med tiden, fordi det smelter ved 680 grader C. Som følge heraf er tiden under støbeprocessen meget vigtig, da den påvirker Ni:Al-forholdet.
Den smeltede Alnico-legering hældes i sandforme. Sandformene, der er blevet forberedt på forhånd til den ønskede form af magneten. Sandformen indeholder volumener, der er formerne for magneten, som er forbundet af vandrette rør (runners) og lodrette rør (risers). Når den smeltede magnetlegering hældes i formen, kan den let fortrænge al luften for at fylde alle rum og hulrum op (metoden til at skabe sandforme er en teknisk proces). Fordi der ved støbning anvendes løbere og stigrør, er udbyttet ikke 100 %. Sandformen og støbningen afkøles hurtigt for at undgå, at der dannes en anden gammafase. Nogle gange er der særlige plader i bunden af formene, såkaldte “chills”, som hjælper med afkølingen. Og nogle gange er det sand, der anvendes, et eksotermisk sand. Det exoterme sand giver en anden afkølingshastighed, og “kølepladen” giver mulighed for en søjleformet eller halvsøjleformet krystalvækst for at fremstille Alnico-typer med de højeste Br-værdier. Afkølingshastigheden og også magnetens overfladefinish påvirkes af mængden af sand, der anvendes i støbningen, sandkornstørrelsen og sandets egenskaber.
Når magneten er afkølet, nedbrydes sandformen, og magneterne hentes ud (sandet genanvendes; løbere og stigrør fjernes og genanvendes). En varmebehandlingscyklus i nærvær af et magnetfelt fjerner enhver uønsket anden fase og giver nogle af de endelige magnetiske egenskaber. En sidste hærdningsfase giver temperaturkoefficienterne og de endelige magnetiske egenskaber (forbedring af magnetens koercitivitet Hc og Hci). Varmebehandling og hærdningsfasen kan ændres for at reducere disse magneters sprødhed, men dette er meget dyrt.
Magneterne slibes om nødvendigt til færdig størrelse. Som støbt ser Alnico ud til at have en mørk grå/sort farve med en opkradset tekstur (tekstur skyldes sandformen). Den bearbejdede overflade er en glat, lys metallic farve. Det er ikke til skade for magnetens ydeevne, hvis de ikke-polede flader ikke er støbt (det er billigere), selv om nogle kunder måske foretrækker, at alle fladerne bearbejdes af æstetiske årsager. Hvis det er nødvendigt, magnetiseres magneterne også inden pakning.
Godstøbning er den eneste metode til fremstilling af store Alnico magneter. Magneter på op til 30 kg, måske endda tungere, kan fremstilles ved støbning. Der kan forekomme meget små luftlommer i støbte Alnico magneter – dette er helt normalt og er ikke skadeligt for magneten.
SINTERED ALNICO
Sintered Alnico fremstilles ved en presset pulverproces. Den ønskede blanding af metalpulvere presses i en matrice, der ligger meget tæt på den ønskede endelige form. Den resulterende “grønne” magnet sintres derefter ved ca. 1260 grader C i en brintatmosfære for at smelte pulveret sammen. Magneterne er faktisk strukturelt stærkere end støbte Alnico-magneter (det anbefales stadig at undgå at anvende magneterne i applikationer, hvor de er belastede, da de vil gå i stykker). Selv om sintringen kan medføre en mindre grad af formvariationer i forhold til den “grønne” form, opnås der stadig relativt snævre tolerancer uden behov for yderligere bearbejdning/slibning. Generelt er sintrede Alnico-magneter små og vejer typisk mindre end 30 g. Processen til fremstilling af sintrede Alnico magneter er velegnet til masseproduktion
.