مغناطیسی آلومینیوم است?

1. مقدمه

آلومینیوم یکی از پرکاربردترین فلزات در صنعت مدرن است, با این وجود یک سوال مشترک همچنان ادامه دارد: مغناطیسی آلومینیوم است?

پاسخ شهودی برای بسیاری از آنها بله است - از همه, فلزات اغلب فرض می شوند که خاصیت مغناطیسی را نشان می دهند. هر چند, واقعیت علمی ظریف تر است.

در حالی که آلومینیوم فلزی و یک هادی عالی است, این را انجام می دهد مانند مواد فرومغناطیسی رفتار نکنید مانند آهن یا نیکل.

درک رفتار مغناطیسی آلومینیوم پیامدهای قابل توجهی در مهندسی دارد, تولید, دارو, و الکترونیک.

از مواد امن MRI گرفته تا مرتب سازی فعلی Eddy در امکانات بازیافت, دانستن چگونگی تعامل آلومینیوم با میدان های مغناطیسی بسیار مهم است.

در این مقاله به بررسی خصوصیات مغناطیسی آلومینیوم از یک اتمی می پردازد, فیزیکی, و دیدگاه کاربردی.

ما خصوصیات اساسی آن را بررسی خواهیم کرد, رفتار در زمینه های مغناطیسی, و اینکه چگونه کاربردهای مختلف صنعتی به ماهیت غیر مغناطیسی آن متکی هستند.

2. اصول مغناطیسی

درک اینکه آیا یک ماده مغناطیسی است ، نیاز به درک اساسی دارد مغناطیس در سطح اتمی.

مغناطیس از رفتار الکترون ها سرچشمه می گیرد - آنها چرخش, حرکت مداری, و نحوه تراز این لحظات مغناطیسی میکروسکوپی در یک ماده.

انواع رفتار مغناطیسی

مغناطیس در مواد به طور معمول در چند دسته قرار می گیرد:

• دیاماگناتیسم: دفع ضعیف از میدان های مغناطیسی. تمام مواد دارای درجه ای از دیاماگنتیسم هستند, اما اغلب ناچیز است.
• پارامگناتیسم: جذابیت ضعیف به میدان های مغناطیسی خارجی نشان می دهد اما پس از برداشتن میدان ، مغناطیس را حفظ نمی کند.
• فرومایگرایی: از جذابیت شدید و مغناطیس دائمی برخوردار است. در فلزات مانند آهن یافت می شود, کبالت, و نیکل.
• ضد توری & فریناگنتیسم: شامل ترتیبات داخلی پیچیده ای از لحظه های مغناطیسی اتمی است که تا حدی یکدیگر را لغو می کنند.

منشأ اتمی مغناطیس

مغناطیس از دو منبع اصلی در سطح اتمی ناشی می شود:

• چرخش الکترون: الکترون ها به دلیل چرخش لحظه مغناطیسی دارند; الکترونهای بدون زوج به طور قابل توجهی در رفتار مغناطیسی نقش دارند.
• حرکت مداری: الکترونهای مسیر در اطراف هسته نیز می توانند یک میدان مغناطیسی ایجاد کنند.

ساختار کریستالی و تراز مغناطیسی

ترتیب اتمی در یک جامد, معروف به ساختار بلور, همچنین بر مغناطیس تأثیر می گذارد:

• مکعب بدن محور (سال قبل از میلاد) وت شش ضلعی بسته بندی شده (HCP) ساختارها اغلب از تعامل مغناطیسی قوی تر پشتیبانی می کنند.
• مکعب صورت محور (FCC) ساختارها, مثل آلومینیوم, به طور کلی از تراز دامنه مغناطیسی حمایت نکنید, منجر به پاسخ مغناطیسی ضعیف.

3. خصوصیات اتمی و کریستالوگرافی آلومینیوم

آلومینیوم پیکربندی الکترون را دارد [این است] 3S² 3p¹, به معنای حاوی فقط یک الکترون بدون زوج.

هر چند, این الکترونی بدون زوج به دلیل ویژگی های پیوند کلی آلومینیوم به راحتی در زمینه های مغناطیسی معمولی تراز نمی شود.

از لحاظ ساختاری, آلومینیوم در یک متبلور می شود مکعب صورت محور (FCC) توری, که به نفع تراز دامنه های مغناطیسی نیست.

در نتیجه, آلومینیوم است وابسته به گروه بندی, نمایش فقط یک جاذبه بسیار ضعیف به میدان های مغناطیسی.

در حساسیت مغناطیسی آلومینیوم تقریباً است +2.2 × 10 ⁻⁵ emu/mol, یک مقدار کوچک اما مثبت که ماهیت پارامغناطیسی آن را تأیید می کند.

4. مغناطیسی آلومینیوم است?

از نظر عملی, هیچ, آلومینیوم مغناطیسی نیست به معنای متعارف. نمی توان مغناطیس کرد, و همچنین مانند فلزات آهن به آهنربایی چسبیده است.

هر چند, هنگامی که در معرض میدان مغناطیسی قوی, آلومینیوم ممکن است نشان دهد پاسخ قابل اندازه گیری اما ضعیف.

این به دلیل پارامغناطیسم و ​​تولید آن است جریانهای گرداب وقتی قرار داده شد میدان های مغناطیسی متناوب.

در محیط های مغناطیسی استاتیک, آلومینیوم رفتار ناچیز را نشان می دهد. اما در سیستم های الکترومغناطیسی پویا, تعامل آن جالب تر می شود.

5. رفتار در زمینه های مغناطیسی متناوب

در حالی که آلومینیوم به معنای معمولی مغناطیسی نیست, تعامل آن با میدان های مغناطیسی متناوب هم از نظر فنی و هم از نظر فنی مهم است.

مهندسان و دانشمندان غالباً اثرات غیر منتظره ای از آلومینیوم را در محیط های الکترومغناطیسی با فرکانس بالا یا پویا مشاهده می کنند,

نه به دلیل مغناطیس ذاتی, اما به خاطر پدیده القایی الکترومغناطیسی مانند جریانهای گرداب و اثر پوستی.

پدیده های فعلی ادی در آلومینیوم

هنگامی که آلومینیوم در معرض a قرار می گیرد تغییر میدان مغناطیسی, مانند موارد موجود در جریان متناوب (گی) سیستم, جریانهای گرداب در مواد القا می شوند.

اینها حلقه های جریان الکتریکی در حال گردش در پاسخ به قانون القایی الکترومغناطیسی فارادی است.

زیرا آلومینیوم یک است هادی عالی برق, این جریانهای گرداب می توانند قابل توجه باشند.

• این جریانهای ناشی از ایجاد می کنند مخالف میدان های مغناطیسی, مطابق قانون لنز.
• زمینه های مخالف در برابر حرکت مقاومت کنید یا تغییر میدان مغناطیسی خارجی, اثرات تولید مانند میرایی مغناطیسی یا کشیدن.
• این مقاومت اغلب در برابر مغناطیس اشتباه می شود اما صرفاً یک پاسخ الکترومغناطیسی به حرکت یا تغییر میدان است.

مثال کلیدی: اگر یک آهنربای قوی از طریق یک لوله آلومینیومی رها شود, خیلی آهسته تر از هوا می افتد.

این اتفاق نمی افتد زیرا آلومینیوم مغناطیسی است, اما به دلیل ترمز فعلی ادی.

ترمز و ترمز الکترومغناطیسی

رفتار آلومینیوم در زمینه های مغناطیسی متناوب در چندین مورد مورد سوء استفاده قرار می گیرد کاربردهای مهندسی و صنعتی, به ویژه در:

• سیستم ترمز الکترومغناطیسی: در قطارهای پر سرعت و سواحل غلتکی استفاده می شود, دیسک ها یا صفحات آلومینیومی از میدان های مغناطیسی عبور می کنند تا مقاومت ایجاد کنند, اجازه صاف کردن, ترمز بدون تماس.
• اتهام القایی: هادی های آلومینیومی با استفاده از میدان های مغناطیسی نوسان کننده قابل استفاده هستند.
  این اصل پشت برخی است مگلف (عرفان مغناطیسی) فن آوری های حمل و نقل.
• آزمایش غیر مخرب (NDT): روشهای بازرسی جریان Eddy به طور گسترده ای در اجزای آلومینیوم برای تشخیص ترک ها استفاده می شود, خوردگی, و ناسازگاری های مادی.

این پدیده ها گواه مغناطیسی آلومینیوم نیستند, اما از آن هدایت الکتریکی بالا و تعامل با زمینه های متغیر زمان.

اثر پوست

در اثر پوستی اشاره به گرایش جریانهای AC برای تمرکز در نزدیکی سطح یک هادی است. در موادی مانند آلومینیوم, این در فرکانس های بالاتر تلفظ می شود.

عمق که در آن جریان می تواند نفوذ کند - عمق پوست- معکوس متناسب با ریشه مربع فرکانس و نفوذپذیری مغناطیسی است.

• برای آلومینیوم در 60 هرتز, عمق پوست اطراف است 8.5 میلی متر.
• در فرکانس های بالاتر (به عنوان مثال, MHz), عمق پوست به میکرون می رود, تبدیل لایه سطح به مسیر جریان غالب.
• این پیامدهایی برای محافظ مایکروویو, گرمایش RF, وت تداخل الکترومغناطیسی (EMI) مدیریت.

6. آلیاژها و ناخالصی ها در آلومینیوم: تأثیر آنها بر مغناطیس

در حالی که آلومینیوم خالص است وابسته به گروه بندی با حساسیت مغناطیسی بسیار ضعیف, رفتار مغناطیسی آن بسته به کمی متفاوت است عناصر آلیاژ, ناخالصی, وت پردازش مکانیکی.

برای مهندسین, متالژی, و طراحان, درک این ظرافت ها هنگام انتخاب نمرات آلومینیومی برای برنامه های مربوط به میدان های مغناطیسی یا تداخل الکترومغناطیسی بسیار مهم است.

بیشتر آلیاژهای آلومینیوم غیر مغناطیسی هستند

اکثریت قریب به اتفاق آلیاژهای آلومینیومی تجاری - از جمله معمولاً استفاده شده 6000 وت 7000 سری (به عنوان مثال, 6061, 7075)- غیر عجیبی در شرایط عادی.

این امر به این دلیل است که عناصر اصلی آلیاژ آنها, مانند منیزیم (مگس), سیلیکون (وت), روی (روی), وت مس (مس), خصوصیات مغناطیسی قابل توجهی را بیان نکنید.

سری آلیاژ	عناصر اصلی آلیاژ	رفتار مغناطیسی
1xxx	آلومینیوم خالص (>99%)	غیر عجیبی
2xxx	مس	غیر عجیبی
5xxx	منیزیم	غیر عجیبی
6xxx	مگس + وت	غیر عجیبی
7xxx	روی	غیر عجیبی

بینش کلیدی: ساختار کریستال هسته (FCC) و عدم وجود الکترونهای بدون زوج در آلومینیوم و عناصر اصلی آلیاژ آن اطمینان می دهد که این مواد رفتار پارامغناطیسی یا قوی پارامغناطیسی را نشان نمی دهند.

ناخالصی هایی که می توانند اثرات مغناطیسی را معرفی کنند

در موارد خاص, ناخالصی های ردیابی یا الحاق- به ویژه اتو کردن (با), نیکل (در), یا کبالت (هم)- می تواند باعث جذابیت مغناطیسی موضعی یا ضعیف شود:

• اتو کردن, معمولاً به عنوان یک ناخالصی باقیمانده در آلومینیوم بازیافت شده یا با خلوص پایین وجود دارد, می تواند ترکیبات بین فلزی مانند Al₃fe را تشکیل دهد, که ممکن است به نمایش بگذارد پاسخ مغناطیسی موضعی.
• نیکل و کبالت, اگرچه در آلیاژهای آلومینیومی معمولی نادر است, به شدت فرومغناطیسی هستند و در صورت وجود در مقادیر کافی می توانند بر تعامل کلی مغناطیسی مواد تأثیر بگذارند.

هر چند, این اثرات به طور معمول جزئی است و بدون ابزار حساس قابل تشخیص نیست مانند مغناطیس های نمونه ارتعاش (vsms).

تغییر شکل مکانیکی و کار سرماخوردگی

فرآیندهای مکانیکی مانند نورد سرد, خم, یا نقاشی می تواند جابجایی ها را معرفی کند, سخت شدن, و ناهمسانگردی در ریزساختارهای آلومینیومی.

با این وجود, این تغییرات انجام می شود طبقه بندی مغناطیسی را تغییر ندهید ماده:

• بقایای آلومینیوم غیر عجیبی بعد از تغییر شکل مکانیکی.
• کار سرد ممکن است افزایش یابد مقاومت الکتریکی, اما این منجر به مغناطیس دائمی یا باقیمانده نمی شود.

جوش, پوشش, و آلودگی سطحی

برخی از کاربران پس از ساخت رفتار مغناطیسی را در قسمت های آلومینیومی گزارش می دهند.

در بیشتر این موارد, علت این است آلودگی خارجی به جای تغییر در خود آلیاژ آلومینیوم:

• پراکنده جوش, مخصوصاً از الکترودهای استیل ضد زنگ یا فولاد کربن, می تواند ذرات فرومغناطیسی را معرفی کند.
• ابزار فولادی یا تماس فیکسبی ممکن است مقادیر مواد مغناطیسی را روی سطح بگذارد.
• پوشش یا پلاک ها (به عنوان مثال, نیکل یا لایه های مبتنی بر آهن) می تواند منجر به مغناطیس در تست های سطحی شود, در حالی که آلومینیوم پایه غیر مغناطیسی باقی مانده است.

تمیز کردن منظم و آزمایش غیر مخرب (NDT) می تواند به تمایز بین خصوصیات ماده واقعی و آلودگی سطح کمک کند.

7. پیامدهای صنعتی و عملی

ماهیت غیر مغناطیسی آلومینیوم باعث می شود برای محیط های حساس بسیار مناسب است:

• تجهیزات پزشکی: آلومینیوم به دلیل عدم مداخله آن در تصویربرداری ، در ابزارها و کاشت های سازگار با MRI به طور گسترده ای استفاده می شود.
• الکترونیک: در تلفن های هوشمند, لپ تاپ, و خانه ها, آلومینیوم بدون تأثیرگذاری بر مگنتومترها یا قطب نما قدرت را فراهم می کند.
• هوافضا و اتومبیل: اجزای آلومینیومی سبک و غیر مغناطیسی از تداخل الکترومغناطیسی در سنسورهای هوایی و وسیله نقلیه جلوگیری می کنند.
• بازیافت: جمع کننده های جریان eddy آلومینیوم را از مواد آهنی بر اساس پاسخ رسانا جدا می کنند, جاذبه مغناطیسی نیست.

8. آلومینیوم در مقابل. مواد مغناطیسی

درک چگونگی مقایسه آلومینیوم با مواد واقعاً مغناطیسی در زمینه هایی مانند مهندسی مواد ضروری است, طراحی محصول, و سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) برنامه ریزی.

9. آیا آلومینیوم می تواند مغناطیسی شود?

به طور طبیعی, آلومینیوم نمی تواند فرومغناطیسی شود. هر چند:

• روکش سطحی (به عنوان مثال, اکسید آهن یا نیکل) می تواند پاسخ مغناطیسی را به سطوح آلومینیوم اضافه کند.
• ترکیب: آلومینیوم مخلوط با پودرهای مغناطیسی می تواند در ساختار نهایی رفتار مغناطیسی داشته باشد.
• محیط های کرایوژنیک: حتی در دمای تقریباً صفر, آلومینیوم غیر مغناطیسی باقی مانده است.

10. تصورات غلط رایج

• "آلومینیوم در نزدیکی آهنرباهای قوی مغناطیسی است": این به این دلیل است که جریانهای گرداب, جذابیت مغناطیسی واقعی نیست.
• "همه فلزات مغناطیسی هستند": در واقعیت, فقط چند فلز (اتو کردن, کبالت, نیکل) واقعاً فرومغناطیسی هستند.
• آلومینیوم در مقابل. فولاد ضد زنگ: برخی از نمرات فولاد ضد زنگ (مانند 304) غیر مغناطیسی هستند; دیگران (مانند 430) مغناطیسی هستند.

درک این اختلافات برای انتخاب مواد و طراحی محصول.

11. پایان

آلومینیوم یک است فلز پارامغناطیسی, که به معنای نمایشگاه است ضعیف, رفتار مغناطیسی غیر بازنشسته. من به آهن ربا نمی چسبد, همچنین نمی تواند مانند فلزات آهن مغناطیس شود.

هر چند, آن را تعامل با تغییر میدان های مغناطیسی, از طریق جریانهای ادی, آن را به یک ماده حیاتی در سیستم های الکترومغناطیسی, محیط MRI, وت ساختارهای غیر مغناطیسی.

برای مهندسین, طراح, و تولید کنندگان, شناخت آلومینیوم غیر عجیبی تا کنون برقی پاسخگو طبیعت اجازه می دهد تا باهوش تر باشد, ایمن تر, و استفاده از مواد کارآمدتر در برنامه های بی شماری مدرن.

 

متداول

آیا آلومینیوم به یک آهنربا جذب می شود?

آلومینیوم به روشی که مواد فرومغناطیسی مانند آهن وجود دارد به یک آهنربا جذب نمی شود.

این است وابسته به گروه بندی, به این معنی که حساسیت مغناطیسی بسیار ضعیف و مثبت دارد, اما این اثر برای ایجاد جذابیت قابل توجه در شرایط عادی بسیار کوچک است.

آیا آلومینیوم می تواند به طور دائم مغناطیسی شود?

هیچ. آلومینیوم فاقد ساختار الکترونیکی لازم برای فرومایگرایی, بنابراین نمی تواند مغناطیس دائمی مانند آهن یا نیکل را حفظ کند.

آیا آلیاژهای آلومینیومی متفاوت از آلومینیوم خالص رفتار می کنند?

بیشتر آلیاژهای آلومینیوم غیر مغناطیسی یا فقط ضعیف پارامغناطیسی هستند.

هر چند, اگر آلیاژ حاوی ناخالصی های مغناطیسی مانند آهن یا نیکل باشد, این ممکن است پاسخ های مغناطیسی کمی نشان دهد.

آیا رفتار مغناطیسی آلومینیوم تحت تأثیر دما است?

رفتار پارامغناطیسی آلومینیوم با تغییرات دما نسبتاً پایدار است و پدیده هایی مانند دمای کوری مشاهده شده در مواد فرومغناطیسی را نشان نمی دهد.