アルニコ
アルニコは鉄 合金の一種で、鉄に加えて主にアルミニウム（Al）、ニッケル（Ni）、コバルト（Co）で構成されており、その頭文字から[1] アルニコと呼ばれます。銅やチタンも含まれる場合があります。アルニコ合金は強磁性体であり、永久磁石の製造に使用されます。1970年代に希土類磁石が開発される以前は、アルニコ合金は最も強力な永久磁石でした。この合金の他の商標名は、Alni、Alcomax、Hycomax、Columax、Ticonalです。[2]
アルニコ合金の組成は、通常、アルミニウム8～12%、ニッケル15～26%、コバルト5～24%、銅最大6%、チタン最大1%、残りは鉄です。アルニコの開発は1931年に、日本の三島徹也が鉄、ニッケル、アルミニウムの合金の保磁力が400エルステッド（32 kA/m）であることを発見したことに始まりました。これは当時の最高の磁性鋼の2倍に相当します。[3]
プロパティ
アルニコ合金は磁化して強力な磁場を発生させることができ、高い保磁力（減磁に対する耐性）を持つため、強力な永久磁石になります。より一般的に利用できる磁石のうち、ネオジムやサマリウムコバルトなどの希土類磁石だけがこれより強力です。アルニコ磁石は、極で 1500 ガウス（0.15 テスラ）もの磁場強度を発生させます。これは地球の磁場の約 3000 倍に相当します。一部のアルニコ ブランドは等方性で、どの方向にも効率的に磁化できます。アルニコ 5 やアルニコ 8 などのその他のタイプは異方性で、それぞれ磁化の優先方向、つまり配向があります。異方性合金は通常、等方性タイプよりも優先配向でより大きな磁気容量を持ちます。アルニコの残留磁化（B r）は12,000 G（1.2 T）を超えることがあり、保磁力（H c）は最大1000エルステッド（80 kA/m）、最大エネルギー積（（BH）max）は最大5.5 MG·Oe（44 T·kA/m）に達することがあります。そのため、アルニコは閉磁気回路内で強力な磁束を発生させますが、減磁に対する耐性は比較的小さいです。永久磁石の極における磁界強度は形状に大きく依存し、通常は材料の残留磁化強度をはるかに下回ります。
アルニコ合金は、あらゆる磁性材料の中で最も高いキュリー温度（約800 °C（1,470 °F））を有するが、最高動作温度は通常約538 °C（1,000 °F）に制限される。 [4]アルニコ合金は、赤熱しても有用な磁性を維持する唯一の磁石である。[5]この特性、および脆さと高融点は、アルミニウムと他の成分との間の金属間結合による強い秩序化傾向に起因している。また、適切に取り扱われれば最も安定した磁石の1つでもある。アルニコ磁石は、セラミック磁石とは異なり、導電性がある。[要出典]アルニコ3の融点は1200 - 1450 °Cである。[6]
| MMPA クラス | IEC コード 参照 | 重量組成 （残りはFe） | 磁気特性 | 物理的特性 | 熱特性 | |||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最大エネルギー 積 （BH）max | 残留 誘導、B r | 保 磁力、H c | 固有 保 磁力、H ci | 密度 | 抗張力 | 横方向破壊 係数 | HRC | 熱 膨張 係数 （10 −6 / °C） | 20℃における電気 抵抗率（μΩ·cm） | 可逆温度 係数 （% / °C） | キュリー 温度 | 最高 使用 温度 | ||||||||||||||||||
| アル | ニ | 共同 | 銅 | ティ | （MGOe） | （kJ/m 3） | （ガウス） | （メートル） | （大江） | （kA/m） | （大江） | （kA/m） | （ポンド/インチ3） | （グラム/cm 3） | （サイ） | （MPa） | （サイ） | （MPa） | B rの近く | 最大 エネルギー生産に近い 。 | H c付近 | （℃） | (°F) | （℃） | (°F) | |||||
| 等方性鋳造アルニコ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| アルニコ1 | R1-0-1 | 12 | 21 | 5 | 3 | - | 1.4 | 11.1 | 7200 | 720 | 470 | 37 | 480 | 38 | 0.249 | 6.9 | 4000 | 28 | 14000 | 97 | 45 | 12.6 | 75 | |||||||
| アルニコ2 | R1-0-4 | 10 | 19 | 13 | 3 | - | 1.7 | 13.5 | 7500 | 750 | 560 | 45 | 580 | 46 | 0.256 | 7.1 | 3000 | 21 | 7000 | 48 | 45 | 12.4 | 65 | -0.03 | -0.02 | -0.02 | 810 | 1490 | 450 | 840 |
| アルニコ3 | R1-0-2 | 12 | 25 | - | 3 | - | 1.35 | 10.7 | 7000 | 700 | 480 | 38 | 500 | 40 | 0.249 | 6.9 | 12000 | 83 | 23000 | 158 | 45 | 13.0 | 60 | |||||||
| 異方性鋳造アルニコ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| アルニコ5 | R1-1-1 | 8 | 14 | 24 | 3 | - | 5.5 | 43.8 | 12800 | 1280 | 640 | 51 | 640 | 51 | 0.264 | 7.3 | 5400 | 37 | 10500 | 72 | 50 | 11.4 | 47 | -0.02 | -0.015 | +0.01 | 860 | 1580 | 525 | 975 |
| アルニコ5DG | R1-1-2 | 8 | 14 | 24 | 3 | - | 6.5 | 57.7 | 13300 | 1330 | 670 | 53 | 670 | 53 | 0.264 | 7.3 | 5200 | 36 | 9000 | 62 | 50 | 11.4 | 47 | |||||||
| アルニコ5-7 | R1-1-3 | 8 | 14 | 24 | 3 | - | 7.5 | 59.7 | 13500 | 1350 | 740 | 59 | 740 | 59 | 0.264 | 7.3 | 5000 | 34 | 8000 | 55 | 50 | 11.4 | 47 | |||||||
| アルニコ6 | R1-1-4 | 8 | 16 | 24 | 3 | 1 | 3.9 | 31.0 | 10500 | 1050 | 780 | 62 | 800 | 64 | 0.265 | 7.3 | 23000 | 158 | 45000 | 310 | 50 | 11.4 | 50 | -0.02 | -0.015 | +0.03 | 860 | 1580 | 525 | 975 |
| アルニコ8 | R1-1-5 | 7 | 15 | 35 | 4 | 5 | 5.3 | 42.2 | 8200 | 820 | 1650 | 131 | 1860 | 148 | 0.262 | 7.3 | 10000 | 59 | 30000 | 207 | 55 | 11.0 | 53 | -0.025 | -0.01 | +0.01 | 860 | 1580 | 550 | 1020 |
| アルニコ8HC | R1-1-7 | 8 | 14 | 38 | 3 | 8 | 5.0 | 39.8 | 7200 | 720 | 1900 | 151 | 2170 | 173 | 0.262 | 7.3 | 10000 | 59 | 30000 | 207 | 55 | 11.0 | 54 | -0.025 | -0.01 | +0.01 | 860 | 1580 | 550 | 1020 |
| アルニコ9 | R1-1-6 | 7 | 15 | 35 | 4 | 5 | 9.0 | 71.6 | 10600 | 1060 | 1500 | 119 | 1500 | 119 | 0.262 | 7.3 | 7000 | 48 | 8000 | 55 | 55 | 110. | 53 | -0.025 | -0.01 | +0.01 | 860 | 1580 | 550 | 1020 |
| 等方性焼結アルニコ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| アルニコ2 | R1-0-4 | 10 | 19 | 13 | 3 | - | 1.5 | 11.9 | 7100 | 710 | 550 | 44 | 570 | 45 | 0.246 | 6.8 | 65000 | 448 | 70000 | 483 | 45 | 123.4 | 68 | |||||||
| 異方性焼結アルニコ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| アルニコ5 | R1-1-10 | 8 | 14 | 24 | 3 | - | 3.9 | 31.0 | 10900 | 1090 | 620 | 49 | 630 | 50 | 0.250 | 6.9 | 50000 | 345 | 55000 | 379 | 45 | 11.3 | 50 | |||||||
| アルニコ6 | R1-1-11 | 8 | 15 | 24 | 3 | 1 | 2.9 | 23.1 | 9400 | 940 | 790 | 63 | 820 | 65 | 0.250 | 6.9 | 55000 | 379 | 100000 | 689 | 45 | 11.4 | 54 | |||||||
| アルニコ8 | R1-1-12 | 7 | 15 | 35 | 4 | 5 | 4.0 | 31.8 | 7400 | 740 | 1500 | 119 | 1690 | 134 | 0.252 | 7.0 | 50000 | 345 | 55000 | 379 | 45 | 11.0 | 54 | |||||||
| アルニコ8HC | R1-1-13 | 7 | 14 | 38 | 3 | 8 | 4.5 | 35.8 | 6700 | 670 | 1800 | 143 | 2020 | 161 | 0.252 | 7.0 | 55000 | 379 | 45 | 11.0 | 54 | |||||||||
2018年現在、アルニコ磁石のコストは約44 米ドル/kg（US$20/lb）、または最大US$4.30/BHである。[7]
分類
アルニコ磁石は、伝統的に磁性材料生産者協会（MMPA）によって割り当てられた番号（例えば、アルニコ3やアルニコ5）を用いて分類されています。これらの分類は、化学組成と磁気特性を示しています。（分類番号自体は磁石の特性と直接関係するものではありません。例えば、番号が大きいほど磁石の強度が強いとは限りません。）[8]
これらの分類番号は現在も使用されていますが、MMPAによる新しいシステムが導入されたため廃止されました。この新しいシステムでは、アルニコ磁石をメガガウス・エルステッド単位の最大エネルギー積とキロエルステッド単位の固有保磁力に基づいて指定し、IEC分類システムも採用しています。[8]
製造工程
アルニコ磁石は、鋳造法または焼結法によって製造されます。[9]鋳造アルニコは、樹脂結合砂型を用いた従来の方法で製造されます。この型は複雑で精巧なため、複雑な形状の製品を製造することができます。[10]製造されたアルニコ磁石は通常、表面が粗くなります。[11]このプロセスでは、金型作成のための初期金型コストが高くなります。[12]焼結アルニコ磁石は、粉末金属製造法を用いて成形されます。焼結法でも様々な形状の製品を製造することができますが、鋳造法に比べて非常に複雑または微細な設計には適さない場合があります。[10] [13]
生産されるアルニコ磁石のほとんどは異方性を有し、製造工程において粒子の磁気軸が平行になるように析出されます。異方性アルニコ磁石は、臨界温度以上に加熱し、磁場中で冷却することで配向されます。等方性アルニコと異方性アルニコのどちらも、最適な磁気特性を得るには適切な熱処理が必要です。熱処理を行わない場合、アルニコの保磁力は約10 Oeで、軟磁性材料である工業用鉄に匹敵します。熱処理後、アルニコは「析出物」と呼ばれる複合材料になります。これは、鉄とコバルトを豊富に含む[14]析出物がNiAlを豊富に含むマトリックス中に形成されたものです。
アルニコの異方性は、キュリー点付近の900℃（1,650℉）から800℃（1,470℉）まで冷却する際に析出粒子の核生成が起こる際に外部磁場を印加することで、所望の磁気軸に沿って配向されます。自発磁化により、外部磁場がなくても異なる配向の局所異方性が現れます。析出構造は磁化変化に対する「障壁」であり、磁化状態をほとんど持たないため、中間状態に移行するために多くのエネルギーを必要とします。また、弱い磁場はマトリックス相の磁化のみをシフトさせ、可逆的です。
用途
アルニコ磁石は、強力な永久磁石が必要とされる産業用途および民生用途で広く使用されています。例としては、電気モーター、エレキギターのピックアップ、マイク、センサー、スピーカー、マグネトロン管、カウマグネットなどが挙げられます。多くの用途において、アルニコ磁石は希土類磁石に置き換えられつつあります。希土類磁石はより強い磁場（B r）とより大きなエネルギー積（B·H max）を持ち、特定の用途ではより小型の磁石を使用できます。
アルニコ磁石は耐高温性に優れているため、磁気撹拌ホットプレートなど、耐高温性の低い磁石では対応できない多くの用途に使用できます。
参考文献
- ^ ヘルウェグ、ポール (1986). 『不眠症の辞典』 ファクト・オン・ファイル出版. p. 115. ISBN 978-0-8160-1364-7。
- ^ ブレイディ、ジョージ・スチュアート、クラウザー、ヘンリー・R、ヴァッカーリ、ジョン・A (2002). 『資材ハンドブック：経営者のための百科事典』McGraw-Hill Professional. p. 577. ISBN 978-0-07-136076-0。
- ^ Cullity, BD; Graham, CD (2008). 磁性材料入門. Wiley-IEEE. p. 485. ISBN 978-0-471-47741-9。
- ^ 「アルニコ磁石とカスタムアセンブリ」Arnold Magnetic Technologies . 2024年9月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2024年9月13日閲覧。
- ^ ヒューバート、アレックス、ルドルフ・シェーファー（1998年）『磁区：磁性微細構造の解析』シュプリンガー、p.557、ISBN 978-3-540-64108-7。
- ^ 「ALNICO 3 安全データシート」(PDF) 2014年9月2日。 2024年9月13日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。
- ^ 「よくある質問」. Total Magnetic Solutions . Magnet Sales & Manufacturing Company, Inc. 2019年3月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年3月12日閲覧。
- ^ ab 「永久磁石材料の標準仕様（MMPA規格番号0100-00）」（PDF）磁性材料生産者協会。 2015年9月9日閲覧。
- ^ キャンベル、ピーター (1996). 永久磁石材料とその応用. 英国: ケンブリッジ大学出版局. pp. 35– 38.書誌コード:1996pmma.book.....C. ISBN 978-0-521-56688-9。
- ^ ab Cui, Jun; Ormerod, John (2022). 「永久磁石の製造プロセス：パートI：焼結と鋳造」JOM . 74 (4): 1279– 1295. Bibcode :2022JOM....74.1279C. doi : 10.1007/s11837-022-05156-9 .
- ^ 「アルニコ磁石」スタンフォード磁石. 2024年9月13日閲覧。
- ^ Rottmann, PF; Polonsky, AT (2021). 「TriBeamトモグラフィーと積層造形アルニコ磁石の微細構造進化」. Mater . 49 : 23–34 . doi :10.1016/j.mattod.2021.05.003.
- ^ Dussa, Saikumar; Joshi, SS (2024). 「付加的に製造されたアルニコ永久磁石材料—レビュー」. Magnetism . 4 (2): 125– 156. doi : 10.3390/magnetism4020010 .
- ^ Chu, WG; Fei, WD; Li, XH; Yang, DZ; Wang, JL (2000). 「800℃で熱磁気処理したアルニコ8合金中のFe-Co含有粒子の進化」. Materials Science and Technology . 16 (9): 1023– 1028. Bibcode :2000MatST..16.1023C. doi :10.1179/026708300101508810. S2CID 137015369.
さらに読む
- MMPA 0100-00、永久磁石材料の標準仕様
