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알니코 자석
알니코 자석(alnico magnet)은 알루미늄과 니켈, 코발트를 합금해서 만든 자석의 일종이다.
학교 과학실에서는 페라이트 자석 다음으로 많이 사용되고, 인지도는 네오디뮴 자석 다음으로 유명하다. N극과 S극이 표시되어있고 N극이 빨간색, S극이 파란색으로 되어있는 자석이 바로 알니코 자석이다.
일렉트릭 기타나 베이스 기타 등에 사용되는 픽업 중 '알니코 픽업'이라 불리는 것들이 바로 이 알니코 자석을 이용한 픽업이다.
개요
알니코 자석은 알라미늄, 니켈, 코발트, 철 등의 합금으로 제작되고 있는 영구자석이다다.
600~800 Gauss의 고무자석과 비슷한 약한 자력을 갖고 있지만 온도에 대한 안정성이 높아 최대 650℃의 고온에서도 자력의 감자없이 사용이 가능하다. 알니코 자석은 표면이 도금이 필요없는 강력한 부식방지 기능을 가지고 있으며 성형방법에 따라 주조알니코 자석과 소결알니코 자석으로 구분하여 제작되고 있다. 소결알리니는 주조알니코 자석보다 가격이 높아 필요한 경우에만 사용한다.
상세
1930년대에 개발된 Alnico는 알루미늄(Al),니켈(Ni)및 코발트(Co)를 혼합하여, 텅스텐 자석강의 약9배에 달하는 강력한 인장력 자석(Alnico)을 만들기위해 새로운 경이로운 소재로 브랜드화되었다. 그리고 최고의 코발트 자석강의 절반이다. Alnico 자석내부의 금속 구성으로 인해, 고온및 부식에 강한 재료가 생성되었다. 상직적인 적으로 칠해진 말굽모양의 Alnico 자석은 자석의 기초를 가르치는 자석세계의 필수품이 되었다. 그러나, 그들은 또한 석유및 가스산업,항공우주및 초고온 클램핑 응용분야와 같은 적대적이거나 극한 환경을 포함한 전체 응용프로그램에서 매우 우수한 성능을 보였다.
Alnico 자석은 여전히 매우 인기있는 자성재료이지만,재료는 Alcomax, Hycomax, Columax, Ax2및 Ax3과 같은 오래된 이름으로 알려져 있지만, 많은사람들이 Alnico-5, Alnico-6, Alnico 5-7, Alnico-5DG, Alnico-8및 Alnico-9로 더 일반적으로 알고있다. 이들은 모두 다른등급의 Alnico 자석재료의 이름이다. Alnico의 최신 명명법은 이제 명명에 LNG또는 LNGT를 사용하고도 있다.
등방성 및 이방성 버전으로 제공되는 알니코 자석의 등방성 Alnico 자석은 임의의 방향으로 자화될수있는 반면 이방성은 사전 결정된 방향으로만 강하게 자력이 발생한다(자석구조내에서 자화축의 방향을 잠그는 생산방법으로 인해). Alnico 자석생산에는 다양한 단계가 있다. Alnico 자석 생산공정은 단지 주조 또는 소결에 관한것이 아니다. 열처리 단계와 적용된 자기장의 사용을 포함한 템퍼링이 있다. Alnico 자석을 생산하는 것은 기술적인 과정이며, 잘못수행될 경우 Alnico 자석 등급에 대해 예상한 것보다 성능이 떨어질 수 있다. 대부분의 Alnico 자석은 이방성 버전인 경향이 있다.
Alnico 자석은 최대550℃의 온도에서 작동할수있는 등급으로 초고온 응용분야에 탁월한 선택이다. Alnico는 자기출력의 온도 안정성이 가장 좋은것으로 잘 알려져 있다. 응용 프로그램의 온도가 변함에 따라, 우수한 Alnico 자석의 자기출력은 자성재료중 가작다.
Alnico 자석은, 또한 내식성이 매우 우수한것으로 간주되어 부식 위험이 있는 많은 응용분야에 탁월한 선택이 될 수 있다.(철은 합금에 있지만, 일반적으로 내식성이 더 높지만, 물에 장기간 노출되면 부식이 시작될수있다. 장기간 부식징후를 나타냄).
주조된 Alnico 자석은, 모래 주형과 접촉하기 때문에 외부표면이 검게 변할수있다. 외부표면을 기계가공하여, 밝은 광택금속 상태로 나온다(극면에는 항상). 그러나 비극성 표면은 외관상의 이유로 코팅될 수 있으므로 역사적인 Red Magnet모양이 Red Alnico Magnet이다. 1930년대, 1940년대 및 1950년대의 Alnico자석은 오늘날에도 여전히 존재하는것으로 알려져 있으며 여전히 자기성능을 갖고있다. 이는 적절하게 관리하면, 자석의 수명에 대한 증거다.
온도변화로 인한 자기출력의 변화가 가장적은 비용효율적인 재료인 Alnico 자석은 고온 오일,클램핑,질량분석기및 정밀센서및 미터. Alnico 자석의 디자인이 정확하다면 보다 '현대적인' 희토류 자석과 일치하거나 능가할수있는 고성능 자석을 가질수있다. Alnico에는 19개의 주조등급, 9개의 소결등급 및 2개의 본드등급을 포함하여 30개의 등급이 있다. Alnico는 더 큰크기와 더 복잡한 모양으로 주조할 수 있다(주물모래 주형설계및 필요한 자기패턴이 제한요소가 될수있음). 소결된 Alnico는 일반적으로 중소 크기와 단순한 모양으로 제한된다.
장점
네오디뮴 자석이 가장 강력한 자석이라면, 알니코 자석은 극한의 환경을 가장 잘 견디는 자석이다.
알니코 자석은 내구성이 매우 강해 충격을 받아도 잘 안깨지는 장점이 있다. 내구성이 매우 강해서 떨어뜨리거나 기타 충격으로 깨지는 경우는 거의 없고, 자기 자신의 자력을 이기지 못하거나 자석끼리 붙어서 깨지는 경우는 더더욱 없다.
알니코 자석은 부식에 강한 알루미늄과 니켈, 코발트가 주성분이기 때문에 내식성이 강해 녹도 잘 안슬고 덕분에 내식성 코팅도 불필요하다.
무엇보다 알니코 자석의 최대강점은 바로 내열성이다. 자석은 열을 받으면 내부에 정렬된 자성체 원자들의 배열이 흐트러지면서 자력이 약해지기 시작하고, 결국은 자력이 완전히 사라져 버린다.그리고 이렇게 소멸된 자력은 자석을 아예 새로 만들지 않는 이상 절대로 회복되지 않는다.
가령, 네오디뮴 자석은 자력은 매우 강력하지만 내열성은 매우 취약해서 온도가 50°C 정도만 되어도 자력상실이 발생하고 100°C를 넘으면 자력이 급격히 상실될 정도로 취약한데 비해 알니코 자석은 최대 660°C까지 자력을 상실하지 않고 견딜 정도로 내열성이 매우 우수하다.
단점
자력이 약하다.즉, 알니코 자석은 내열성이 뛰어나 고온에서도 자성을 쉽게 잃지 않지만, 반대로 상온에서의 자력은 약하다는 것이다. 네오디뮴 자석 앞에 가져가면 강력한 자력으로 인해 자력이 소멸될 정도.
또한, 가격이 비교적 비싸다는 단점도 있다.
분류
제조방법에 따라 주조 알리코(Cast Alnico)와 소결 알니코(Sintered Alnico)로 구분된다.
주조 알니코 자석
주조 알니코자석은, 알루미늄・니켈・코발트・철을 주성분으로 하며 첨가제로 구리・규소・티탄 ・니오비움 등을 첨가하여, 용해해서 열처리및 시효처리・가공공정을 거친 鑄造자석으로서 감자하기 쉬운 결점이 있지만, 고온에 타자석에 비해 강하며(퀴리점 : 850℃), 잘깨지지 않는등 기계적강도가 뛰어나다. 각종미터, 통신분야에서 사용하는데, 방산분야와 과거에 많이 사용하던 기계식적산전력계외 방범용 기기등에도 사용하고 있다. 이 알니코자석은 이방성 자석과 등방성 자석으로도 분류된다.
- 자력 : 이방성자석 > 등방성자석
- 이방성자석 : 자구가 제조공정에서 형성된 방향으로 반드시 착자를 해야한다. 수직으로 착자하면,정상자력의 1/3정도로 약하다.
- 등방성자석 : 원하는 방향(수평,수직등 어느방향이나)으로 착자가 가능하나, 이방성자석에 비해, 자력이 약하다.
소결 알니코 자석
소결 알니코자석은, 분말야금법에 의한 알니코 자석으로서, 주조방식에서 필요한 湯口로 주조하는 주조 알니코자석에서는 어려웠던, 작고 복잡한 형태의 자석의 제조에 쓰이는 것이 특징이다.
1) 소형으로 복잡한 자석을 대량생산 가능하다.
2) 주조 알니코 자석에 비해 기계적 강도가 크다.
3) 자기특성은, Br, Hc는 주조 알니코자석에 비해 약95％、BHmax도 약90％로서, 거의 근접한다.
용도
- 주조 알니코 자석 : 스피커, 마이크폰, 전화기, 마이크로모터, 전류계 등
- 소결 알니코 자석: 측정장비, 센서, 레벨 메터, Panel 메터 등
- 플라이휠 발전기(모터사이클, 농기계), TV와 PC모니터의 CPM, 경보장치 등
주의점
자력이 비슷한 자석끼리는 서로 붙여도 되지만, 자력이 많이 차이가 나는 자석끼리는 붙이면 문제가 된다.
자력이 크게 차이나는 자석이 서로 붙으면 자력이 약한 자석이 강한 자석에 의해 쇼트가 발생할 수 있기 때문인데, 쇼트가 발생하면 극이 달라지거나 극끼리 자력이 바뀔수도 있으며, 한번 쇼트가 발생한 자석은 원래 상태로 되돌릴 수 없다.
쉽게 말해서 알니코 자석은 네오디뮴 자석에 취약하다.
내열성이 매우 나쁜 네오디뮴 자석과는 달리, 알니코 자석은 내열성이 매우 좋아 불에 잘 견디지만 정작 알니코 자석의 천적이 네오디뮴 자석이라는 것이 아이러니하다.
결론
특징을 살펴보면 알니코 자석은 네오디뮴 자석과는 성질 면에서 상반되는 자석이라 볼 수 있다.
네오디뮴 자석은 지구상에서 가장 뛰어난 자기력을 가진 영구자석이지만 내구성, 내식성이 별로이고 특히 최악의 내열성을 가졌다. 반면 알니코 자석은 고무자석 수준 보다 조금 더 강할 정도로의 약한 자기력을 가졌지만 내구성과 내식성이 매우 뛰어나고 최강의 내열성을 자랑한다.
이러한 특성을 고려하면 네오디뮴 자석은 상온이나 저온의 환경에서, 알니코 자석은 고온의 환경에서 사용하는게 적절하다.
예를 들어 평범하게 상온에서 쓰거나 액체질소가 존재하는 극저온의 환경에서는 네오디뮴 자석을, 찜질방이나 제철소같이 더운 장소, 특히 불 속에서도 자력을 잃지 않고 유지시켜야 한다면 알니코 자석을 쓰는 것이 적절하다.
참고자료
- 〈알코니 자석〉, 《나무위키》
- MC자석산업, 〈알니코 자석과 네오디뮴 자석의 장단점 비교〉, 《네이버 블로그》, 2021-07-30
- 〈알니코 자석〉, 《MC자석산업》
- 〈알니코자석 (Alnico Magnet) 자석정보〉, 《주식회사 포비월드》
같이 보기
