On alumiinimagneettinen?

1. Esittely

Alumiini on yksi nykyaikaisen teollisuuden yleisimmin käytetyistä metalleista, Silti yleinen kysymys jatkuu: On alumiinimagneettinen?

Intuitiivinen vastaus monille on kyllä ​​- kaikkien jälkeen, Metallien oletetaan usein olevan magneettisia ominaisuuksia. Kuitenkin, Tieteellinen todellisuus on vivahteikkaampi.

Kun taas alumiini on metallinen ja erinomainen kapellimestari, se tekee ei käyttäytyy kuten ferromagneettiset materiaalit kuten rauta tai nikkeli.

Alumiinin magneettisen käyttäytymisen ymmärtäminen on merkittäviä vaikutuksia tekniikan välillä, valmistus, lääke, ja elektroniikkaa.

MRI-turvallisista materiaaleista pyörreiden virran lajitteluun kierrätystiloissa, Tietäminen, kuinka alumiini on vuorovaikutuksessa magneettikenttien kanssa, on kriittistä.

Tässä artikkelissa tutkitaan alumiinin magneettisia ominaisuuksia atomista, fyysinen, ja sovellettu perspektiivi.

Tutkimme sen perusominaisuuksia, käyttäytyminen magneettikenttien alla, ja kuinka erilaiset teollisuussovellukset luottavat sen ei-magneettiseen luonteeseen.

2. Magneettisuuden perusteet

Materiaalin magneettinen ymmärtäminen vaatii perustavan käsityksen magnetismi atomitasolla.

Magnetismi on peräisin elektronien käyttäytymisestä - heidän pyöriä, kiertoradan liike, ja tapa, jolla nämä mikroskooppiset magneettiset momentit kohdistuvat tai peruutetaan materiaalissa.

Magneettisen käyttäytymisen tyypit

Materiaalien magnetismi jakautuu tyypillisesti useisiin luokkiin:

• Diamagneettisuus: On heikko torjunta magneettikentältä. Kaikilla materiaaleilla on jonkin verran diagnetismia, Mutta se on usein vähäinen.
• Paramagnetismi: Näyttää heikkoa vetovoimaa ulkoisiin magneettikenttiin, mutta ei säilytä magnetismia kentän poistamisen jälkeen.
• Ferromagnetismi: Näyttää voimakkaan vetovoiman ja pysyvän magnetoinnin. Löytyy metalleista, kuten rauta, koboltti, ja nikkeli.
• Antiferromagnetismi & Ferrimagnetismi: Sisällytä atomien magneettisten momenttien monimutkaiset sisäiset järjestelyt, jotka peruuttavat osittain toisiaan.

Magneettisuuden atomien alkuperä

Magnetismi syntyy kahdesta päälähteestä atomitasolla:

• Elektronin kehrä: Elektronien magneettinen momentti spinistä; parittomat elektronit edistävät merkittävästi magneettisen käyttäytymisen.
• Kiertoradan liike: Polun elektronit kiertävät ytimen voi myös luoda magneettikentän.

Kiderakenne ja magneettinen kohdistus

Atomijärjestely kiinteänä, tunnetaan nimellä kiderakenne, vaikuttaa myös magneettisuuteen:

• Vartalokeskeinen kuutio (BCC) ja Kuusikulmainen läheinen pakattu (HCP) rakenteet tukevat usein voimakkaampia magneettisia vuorovaikutuksia.
• Kasvokeskeinen kuutio (FCC) rakenteet, Kuten alumiinissa, yleensä Älä suosittele magneettisen alueen kohdistusta, johtaa heikkoon magneettiseen vasteeseen.

3. Alumiinin atomi- ja kristallografiset ominaisuudet

Alumiinilla on elektronikokoonpano [Se on] 3s² 3p¹, tarkoittaen, että se sisältää vain yksi parittomat elektronit.

Kuitenkin, Tämä parittomaton elektroni ei kohdista helposti normaaleihin magneettikenttiin alumiinin yleisten sitoutumisominaisuuksien vuoksi.

Rakenteellisesti, alumiini kiteytyy a Kasvokeskeinen kuutio (FCC) ristikko, joka ei suosittele magneettisten domeenien kohdistusta.

Seurauksena, alumiini on paragneettinen, vain a Erittäin heikko vetovoima magneettikentälle.

Se magneettinen herkkyys alumiinia on suunnilleen +2.2 × 10⁻⁵ emu/mol, pieni, mutta positiivinen arvo, joka vahvistaa sen paramagneettisen luonteen.

4. On alumiinimagneettinen?

Käytännössä, ei, alumiini ei ole magneettinen tavanomaisessa mielessä. Sitä ei voida magnetoida, Se ei myöskään takertu magneettiin, kuten rautametallit.

Kuitenkin, Kun altistetaan a vahva magneettikenttä, Alumiini voi osoittaa a mitattava, mutta heikko vaste.

Tämä johtuu sen paramagnetismista ja pyörrekorut Kun asetetaan vuorottelevat magneettikentät.

Staattisissa magneettisissa ympäristöissä, alumiini osoittaa vähäistä käyttäytymistä. Mutta dynaamisissa sähkömagneettisissa järjestelmissä, sen vuorovaikutus tulee mielenkiintoisemmaksi.

5. Käyttäytyminen vuorotellen magneettikentällä

Kun taas alumiini ei ole magneettinen tavanomaisessa mielessä, Sen vuorovaikutus vuorottelevat magneettikentät on sekä merkittävä että teknisesti tärkeä.

Insinöörit ja tutkijat havaitsevat usein alumiinin odottamattomia vaikutuksia korkeataajuisissa tai dynaamisissa sähkömagneettisissa ympäristöissä,

Ei luontaisen magnetismin takia, mutta koska sähkömagneettinen induktioilmiö kuten pyörrekorut ja ja ihovaikutus.

Pyörrevirtailmiöt alumiinissa

Kun alumiini altistuu a Magneettikentän muuttaminen, kuten ne löydetyt vaihtovirta (Ac) järjestelmä, pyörrekorut indusoivat materiaalin sisällä.

Nämä ovat sähkövirran kiertäviä silmukoita, jotka on muodostettu vasteena Faradayn sähkömagneettisen induktion lakiin.

Koska alumiini on Erinomainen sähköjohdin, Nämä pyörrevirrat voivat olla huomattavia.

• Nämä aiheuttamat virrat luovat vastakkaiset magneettikentät, Lenzin lain mukaisesti.
• Vastakkaiset kentät vastustaa liikettä tai ulkoisen magneettikentän variaatio, tuottaa vaikutuksia, kuten magneettinen vaimennus tai vetää.
• Tämä vastus on usein erehtynyt magneettisuuteen, mutta se on puhtaasti sähkömagneettinen vaste liikkeen tai kentän muutokselle.

Tärkein esimerkki: Jos vahva magneetti pudotetaan alumiiniputken läpi, Se putoaa paljon hitaammin kuin se olisi ilmaa.

Tämä ei johdu siksi, että alumiini on magneettinen, Mutta pyörän virran jarrutuksen takia.

Sähkömagneettinen jarrutus ja levitaatio

Alumiinin käyttäytymistä vuorotellen magneettikenttien alla käytetään useissa tekniikka- ja teollisuussovellukset, etenkin:

• Sähkömagneettiset jarrujärjestelmät: Käytetään nopeassa junassa ja vuoristoradalla, Alumiinilevyt tai levyt kulkevat magneettikenttien läpi resistenssin tuottamiseksi, Mahdollistaa sileä, kontaktiton jarrutus.
• Induktiivinen levitaatio: Alumiinijohtimet voidaan levittää käyttämällä värähteleviä magneettikenttiä.
  Tämä on jonkin taustalla oleva periaate maglev (magneettinen levitaatio) kuljetustekniikka.
• Tuhoamaton testaus (Ndt): Pyörynvirtatarkastusmenetelmiä käytetään laajasti alumiinikomponenteissa halkeamien havaitsemiseksi, korroosio, ja aineelliset epäjohdonmukaisuudet.

Nämä ilmiöt eivät ole todisteita alumiinin magnetismista, mutta sen korkea sähkönjohtavuus ja vuorovaikutus aikamuunnolliset kentät.

Ihovaikutus

Se ihovaikutus viittaa vaihtovirtojen taipumukseen keskittyä johtimen pinnan lähellä. Materiaaleissa, kuten alumiini, Tämä tulee voimakkaasti korkeammilla taajuuksilla.

Syvyys, johon virta voi tunkeutua - kutsui ihon syvyys- on käänteisesti verrannollinen taajuuden ja magneettisen läpäisevyyden neliöjuureen.

• Alumiinille 60 Hz, ihon syvyys on lähellä 8.5 mm.
• Korkeammilla taajuuksilla (ESIM., MHZ), Ihon syvyys putoaa mikroneiksi, Pintakerroksen tekeminen hallitseva virtapolku.
• Tällä on vaikutusta mikroaaltouuni, RF -lämmitys, ja sähkömagneettiset häiriöt (EMI) hallinta.

6. Seokset ja epäpuhtaudet alumiinissa: Heidän vaikutuksensa magneettisuuteen

Puhdas alumiini on paragneettinen Erittäin heikko magneettinen herkkyys, sen magneettinen käyttäytyminen voi vaihdella hieman riippuen seostavat elementit, epäpuhtaudet, ja mekaaninen prosessointi.

Insinööreille, metallurgistit, ja suunnittelijat, Näiden hienousten ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää, kun valitaan alumiinitasoja sovelluksille, joihin liittyy magneettikenttiä tai sähkömagneettisia häiriöitä.

Useimmat alumiiniseokset eivät ole magneettisia

Suurin osa kaupallisista alumiiniseoksista - mukaan lukien yleisesti käytetyt 6000 ja 7000 sarja (ESIM., 6061, 7075)- ei-magneettinen normaaleissa olosuhteissa.

Tämä johtuu siitä, että heidän ensisijaiset seostavat elementit, kuten magnesium (Mg), pii (Ja), sinkki (Zn), ja kupari (Cu), Älä anna merkittäviä magneettisia ominaisuuksia.

Seoksisarja	Suuret seostavat elementit	Magneettinen käyttäytyminen
1xxx	Puhdas alumiini (>99%)	Ei-magneettinen
2xxx	Kupari	Ei-magneettinen
5xxx	Magnesium	Ei-magneettinen
6xxx	Mg + Ja	Ei-magneettinen
7xxx	Sinkki	Ei-magneettinen

Keskeinen käsitys: Ytimen kiderakenne (FCC) ja parittomien elektronien puute alumiinissa ja sen päälejeeromiselementeissä varmistavat.

Epäpuhtaudet, jotka voivat tuoda esiin magneettiset vaikutukset

Tietyissä tapauksissa, hivennäkymät tai epäpuhtaudet-erityisesti rauta (Fe), nikkeli (Sisä-), tai koboltti (Yhteistyö)- voi aiheuttaa paikallista tai heikko magneettinen vetovoima:

• Rauta, Yleensä esiintyy jäännös epäpuhtaudella kierrätetyssä tai alhaisemman varkauden alumiinissa, voi muodostaa metallisia yhdisteitä, kuten al₃fe, joka voi osoittaa paikallinen magneettinen vaste.
• Nikkeli ja koboltti, Vaikka tyypillisissä alumiiniseoksissa on harvinaista, ovat voimakkaasti ferromagneettisia ja voivat vaikuttaa materiaalin yleiseen magneettiseen vuorovaikutukseen, jos niitä on riittävästi määriä.

Kuitenkin, Nämä vaikutukset ovat tyypillisesti vähäisiä ja ei havaittavissa ilman herkkiä instrumentointia kuten värähtelevät näytteen magnetometrit (VSMS).

Mekaaninen muodonmuutos ja kylmä työ

Mekaaniset prosessit, kuten kylmän rullaus, taivutus, tai piirustus voi esitellä dislokaatioita, kovettuminen, ja anisotropia alumiinimikrorakenteissa.

Silti, Nämä muutokset tekevät ei muuta magneettista luokitusta materiaalista:

• Alumiini jäännökset ei-magneettinen mekaanisen muodonmuutoksen jälkeen.
• Kylmä työ voi kasvaa sähkövastus, Mutta tämä ei johda pysyvään tai jäännösmagnetismiin.

Hitsaus, Pinnoitteet, ja pinnan saastuminen

Jotkut käyttäjät ilmoittavat magneettisen käyttäytymisen alumiiniosiin valmistuksen jälkeen.

Useimmissa näistä tapauksista, syy on ulkoinen saastuminen pikemminkin kuin muutos alumiiniseoksessa:

• Hitsaus, erityisesti ruostumattomasta teräksestä tai hiiliteräselektrodista, voi esitellä ferromagneettisia hiukkasia.
• Terästyökalut tai kiinnitys kosketus voi jättää pinnalle jäljittävät määrät magneettisia materiaaleja.
• Pinnoitteet tai Patings (ESIM., nikkeli- tai rautapohjaiset kerrokset) voi johtaa magneettisuuteen pintakokeissa, kun taas pohja-alumiini pysyy magneettisesti.

Säännöllinen puhdistus ja tuhoamaton testi (Ndt) Voi auttaa erottamaan aitoja materiaalien ominaisuuksia ja pintakontaminaatiota.

7. Teolliset ja käytännölliset vaikutukset

Alumiinin ei-magneettinen luonne tekee siitä erittäin sopiva arkaluontoisiin ympäristöihin:

• Lääkinnälliset laitteet: Alumiinia käytetään laajasti MRI-yhteensopivissa työkaluissa ja implantteissa, koska se ei ole inferenssi kuvantamisella.
• Elektroniikka: Älypuhelimissa, kannettavat tietokoneet, ja kotelot, Alumiini tarjoaa lujuutta vaikuttamatta magnetometreihin tai kompassiin.
• Ilmailu- ja autoteollisuus: Kevyet ja ei-magneettiset alumiinikomponentit estävät sähkömagneettisia häiriöitä avioniikassa ja ajoneuvoantureissa.
• Kierrätys: Eddy -virran lajittelijat erilliset alumiinista rautamateriaaleista, jotka perustuvat johtavaan vasteeseen, ei magneettinen vetovoima.

8. Alumiini vs.. Magneettiset materiaalit

Ymmärtäminen, kuinka alumiini verrataan todella magneettisiin materiaaleihin, on välttämätöntä aloilla, kuten materiaalitekniikka, tuotesuunnittelu, ja sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) suunnittelu.

9. Voiko alumiini tulla magneettiksi?

Luonnollisesti, alumiinista ei voi tulla ferromagneettista. Kuitenkin:

• Pintapäällysteet (ESIM., rautaoksidi tai nikkeli) voi lisätä magneettisia vasteita alumiinipinnoille.
• Komposiitti: Alumiini sekoitettuna magneettiset jauheet voi osoittaa magneettista käyttäytymistä lopullisessa rakenteessa.
• Kryogeeniset ympäristöt: Jopa nolla-lämpötiloissa, alumiini pysyy magneettisesti.

10. Yleiset väärinkäsitykset

• "Alumiini on magneettinen lähellä voimakkaita magneetteja": Tämä johtuu pyörrekorut, Ei todellista magneettista vetovoimaa.
• "Kaikki metallit ovat magneettisia": Todellisuudessa, Vain muutama metallit (rauta, koboltti, nikkeli) ovat todella ferromagneettisia.
• Alumiini vs.. Ruostumaton teräs: Jotkut ruostumattomasta teräksestä (pitää 304) eivät ole magneettisia; toiset (kuten 430) ovat magneettisia.

Näiden erojen ymmärtäminen on välttämätöntä Materiaalin valinta ja tuotesuunnittelu.

11. Johtopäätös

Alumiini on a paramagneettinen metalli, mikä tarkoittaa, että sillä on heikko, ei-vankeutta magneettinen käyttäytyminen. Se ei pysy magneetteja, sitä ei voida myöskään magnetoida kuin rautametallit.

Kuitenkin, sen vuorovaikutus muuttuvien magneettikenttien kanssa, Eddy -virtausten kautta, tekee siitä elintärkeän materiaalin sähkömagneettiset järjestelmät, MRI -ympäristöt, ja ei-magneettiset rakenteet.

Insinööreille, suunnittelijat, ja valmistajat, Alumiinin tunnistaminen ei-magneettinen vielä sähköisesti reagoiva Luonto sallii älykkäämmän, turvallisempi, ja tehokkaampi materiaalien käyttö lukemattomissa moderneissa sovelluksissa.

 

Faqit

Onko magneetti houkutteleva alumiini?

Alumiinia ei houkuttele magneettia tavalla, jolla ferromagneettiset materiaalit, kuten rauta, ovat.

Se on paragneettinen, tarkoittaen, että sillä on erittäin heikko ja positiivinen magneettinen herkkyys, Mutta tämä vaikutus on liian pieni aiheuttamaan huomattavaa vetovoimaa normaaleissa olosuhteissa.

Voiko alumiini muuttua pysyvästi magnetoiduiksi?

Ei. Alumiinista puuttuu elektroninen rakenne, jota tarvitaan ferromagnetismi, Joten se ei voi säilyttää pysyvää magnetismia, kuten rauta tai nikkeli.

Alumiiniseokset käyttäytyvät eri tavalla magneettisesti kuin puhdas alumiini?

Useimmat alumiiniseokset pysyvät magneettisina tai vain heikosti paramagneettisesti.

Kuitenkin, Jos seos sisältää magneettisia epäpuhtauksia, kuten rautaa tai nikkeliä, Se voi osoittaa pieniä magneettisia vastauksia.

On alumiinin magneettinen käyttäytyminen, johon lämpötila vaikuttaa?

Alumiinin paramagneettinen käyttäytyminen on melko vakaa lämpötilan muutoksilla, eikä sillä ole ilmiöitä, kuten ferromagneettisissa materiaaleissa havaittu Curien lämpötila.