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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）から構成されており、そのため頭字語はal-ni-coです[ 1 ] 。銅も含まれ、場合によってはチタンも含まれます。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前は、最も強力な永久磁石でした。この合金のその他の商標名には、Alni、Alcomax、Hycomax、Columax、Ticonalなどがあります。[ 2 ]
アルニコ合金の組成は、一般的にAlが8～12%、Niが15～26%、Coが5～24%、Cuが最大6%、Tiが最大1%で、残りはFeである。アルニコの開発は1931年に始まり、日本の三島哲也が鉄、ニッケル、アルミニウムの合金が400エルステッド（32 kA/m）の保磁力を持つことを発見した。これは当時の最高の磁石鋼の2倍であった。[ 3 ]
アルニコ合金は磁化することで強力な磁場を発生させることができ、保磁力（脱磁に対する抵抗）も高いため、強力な永久磁石になります。より一般的に入手可能な磁石の中で、アルニコよりも強力なのは、ネオジムやサマリウムコバルトなどの希土類磁石だけです。アルニコ磁石は、極で最大1500ガウス（0.15テスラ）、つまり地球の磁場の約3000倍もの磁場強度を発生させます。アルニコの中には等方性で、どの方向にも効率的に磁化できるものもあります。アルニコ5やアルニコ8などの他の種類は異方性で、それぞれ磁化の優先方向、つまり配向があります。異方性合金は一般的に、等方性合金よりも優先方向においてより大きな磁気容量を持ちます。アルニコの残留磁束密度（Br ）は12,000 G（1.2 T）を超える場合があり、保磁力（Hc ）は最大1,000エルステッド（80 kA/m）に達する可能性があり、最大エネルギー積（BHmax）は最大5.5 MG・Oe（44 T・kA/m）に達する可能性があります。したがって、アルニコは閉回路において強い磁束を発生させることができますが、消磁に対する抵抗は比較的小さいです。永久磁石の極における磁場強度は形状に大きく依存し、通常は材料の残留磁束密度よりもはるかに低い値になります。
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の1つであり、約800 ℃（1,470 °F）ですが、最大使用温度は通常約538 ℃（1,000 °F）に制限されています。[ 4 ]これらは、赤熱しても有用な磁性を持つ唯一の磁石です。[ 5 ]この特性は、脆さや高い融点と同様に、アルミニウムと他の構成要素間の金属間結合による強い秩序化傾向に起因します。また、適切に扱えば最も安定した磁石の1つでもあります。アルニコ磁石は、セラミック磁石とは異なり、電気伝導性があります。アルニコ3の融点は1200～1450℃です。[ 6 ]
2018年現在、アルニコ磁石の価格は約44米ドル/kg（20米ドル/ポンド）または最大4.30米ドル/BHです。[ 7 ]
アルニコ磁石は、従来、磁性材料製造者協会（MMPA）によって割り当てられた番号を使用して分類され、たとえば、アルニコ3またはアルニコ5などがあります。これらの分類は、化学組成と磁気特性を示します。（分類番号自体は磁石の特性に直接関係するものではありません。たとえば、番号が大きいほど必ずしも磁石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るものの、MMPAによって廃止され、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くアルニコ磁石の分類システム、およびIEC分類システムが採用されている。[ 8 ]
アルニコ磁石は鋳造または焼結プロセスによって製造されます。[ 9 ]鋳造アルニコは、樹脂結合砂型を使用した従来の方法で製造され、複雑で詳細な形状を製造できるため、複雑な形状の製造が可能です。[ 10 ]製造されたアルニコ磁石は通常、表面が粗いです。[ 11 ]このプロセスでは、金型作成のための初期ツールコストが高くなります。[ 12 ]焼結アルニコ磁石は、粉末金属製造方法を使用して形成されます。焼結でもさまざまな形状を製造できますが、鋳造と比較すると、非常に複雑または詳細な設計には適さない場合があります。[ 10 ] [ 13 ]
製造されるアルニコのほとんどは異方性であり、これは製造中に結晶粒が磁気軸を平行にして析出することを意味します。異方性アルニコ磁石は、臨界温度以上に加熱し、磁場の存在下で冷却することによって配向されます。等方性アルニコと異方性アルニコの両方で、最適な磁気特性を発揮す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 であり、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「析出材料」と呼ばれる複合材料になります。これは、鉄とコバルトに富む[ 14 ]析出物が、NiAl に富むマトリックス中に存在するものです。
アルニコの異方性は、キュリー点付近の900 ℃（1,650 °F）から800 ℃（1,470 °F）への冷却時に析出粒子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。外部磁場がない場合でも、自発磁化により異なる方向の局所的な異方性が生じます。析出構造は磁化変化に対する「障壁」となり、少数の磁化状態を好むため、中間状態に移行するには多大なエネルギーが必要となります。また、弱い磁場は母相の磁化のみを変化させ、可逆的です。
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や民生用途で広く使用されています。例えば、電気モーター、エレキギターのピックアップ、マイクロフォン、センサー、スピーカー、マグネトロン管、牛用マグネットなどが挙げられます。しかし、多くの用途において、アルニコ磁石は希土類磁石に取って代わられつつあります。希土類磁石は、より強力な磁場（B r）と大きなエネルギー積（B・H max）を持つため、特定の用途においてより小型の磁石を使用することができます。
アルニコ磁石の高温耐性により、磁気攪拌ホットプレートなど、耐性の低い磁石では対応できない多くの用途が可能になります。