1. 소개
니켈은 종종 자기와 관련이 있습니다, 그러나 질문 “니켈 자기입니다?” 미묘한 답변이 필요합니다.
실온에서, 순수한 니켈은 강자성입니다, 자화를 자화하고 유지할 수있는 유일한 일반 금속 중 하나로 철과 코발트를 결합.
하지만, 이 동작은 고정되어 있지 않습니다.온도, 청정, 압력, 그리고 합금 니켈의 자기 반응을 모두 변경할 수 있습니다.
예를 들어, 니켈을 넘어 가열 뮤리 온도 (~ 358 ° C / 676 ° F) 그것을 상자성 상태로 변형시킵니다, 구리와 합금하는 동안 (예를 들어, 모넬) 본질적으로 비자 성인 재료를 생산합니다.
이러한 변화는 과학적으로 매혹적이며 기술적으로 중요하게 만듭니다..
2. 니켈의 자기 과학
니켈의 자기 거동은 그것에서 유래합니다 원자 구조.
니켈의 전자 구성입니다 [AR] 3d ⁸ 4S², 의미가 있습니다 3D 궤도에 짝을 이루지 않은 2 개의 전자. 이 짝을 이루지 않은 전자는 a 자기 모멘트.
니켈 원자가 상호 작용할 때, 그만큼 교환 상호 작용 이웃 전자 스핀이 같은 방향으로 정렬됩니다., 이끌어냅니다 강자성.
이 정렬은 영역이 호출됩니다 자기 영역, 벌크 레벨에서 측정 가능한 자기를 생성하기 위해 결합.
3. 순수한 니켈의 자기 특성
순수한 니켈입니다 실온에서의 강자성, 약자의 자기 모멘트 0.6 원자 당 Bohr magnetons (μB). 자기의 강도는 온도에 따라 다릅니다:
- 뮤리 온도 아래 (TC ~ 358 ° C / 676 ° F / 631 케이): 니켈은 강한 강자성을 유지합니다, 정렬 된 도메인.
- 뮤리 온도 이상: 니켈이됩니다 상자성- 원자에는 여전히 자기 모멘트가 있습니다, 그러나 열 교반은 장거리 순서를 방해합니다.
이 전환은 가스 터빈 또는 용광로와 같은 고온 응용에 중요합니다., 니켈 합금이 자기를 잃을 수있는 곳.
4. 니켈의 자기 영향에 영향을 미치는 요인
순수한 니켈은 실온에서 강자성입니다, 그러나 그 자기는 고정되어 있지 않습니다.
둘 다 물질 순도 그리고 외부 조건- 온도와 같이, 압력, 그리고 합금 - 크게 향상 될 수 있습니다, 꺾이다, 또는 자기 특성을 제거하십시오.
청정: 자기 변형기로서의 불순물
초고록 니켈 (≥99.99%) 가장 강한 강자성을 나타냅니다, 포화 자화로 ~ 0.615 테슬라 (티).
대조적으로, 상업용 니켈 (99.0–99.5%) 일반적으로로 떨어집니다 ~ 0.58 t, 불순물로 인해 주로.
다른 불순물 요소는 자기 변형기로서 작용한다:
| 불결 | 니켈의 자기 영향 | 예 (집중) | 영향 |
| 철 (Fe) | 강자성을 향상시킵니다 (자체 자기 모멘트를 추가합니다) | 1% Fe | +5% 포화 자화 |
| 구리 (Cu) | 강자성을 줄입니다 (diamagnetic; 도메인 정렬을 방해합니다) | 5% Cu | -15% 포화 자화 |
| 탄소 (기음) | 낮은 수준에서 최소 효과; 더 높은 수준은 도메인을 방해하는 탄화물을 형성합니다 | 0.05% 기음 | <1% 절감 |
| 크롬 (Cr) | 강자성을 억제합니다 (반 강자성 상호 작용) | 10% Cr | -30% 포화 자화 |
온도
니켈의 강자성은 온도 의존적입니다. 아래 뮤리 온도 (~ 358 ° C / 676 ° F / 631 케이), 니켈은 장거리 스핀 정렬을 유지합니다.
이 임계 값을 넘어 가열되면, 그것은됩니다 상자성, 이는 외부 자기장에 약하게 끌리지만 영구 자화를 유지할 수 없음을 의미합니다..
압력 및 결정 구조
매우 높은 압력 또는 구조 수정하에 (예를 들어, 박막, 나노 구조), 니켈 원자 사이의 간격은 변화합니다.
이것은 변경됩니다 교환 상호 작용 그것은 강자성을 안정화시킵니다.
연구에 따르면 극심한 압력이 나타납니다 (>30 GPA) 니켈의 자기 순서를 억제하거나 수정할 수 있습니다, 이 요소를 관련성있게 만듭니다 지구 물리학 및 고압 재료 과학.
합금: 정신 자기 거동
니켈의 가장 큰 산업 다양성은 합금에서 비롯됩니다, 강력하게 강자성에서 비자성에 이르기까지 전체 스펙트럼에서 자기를 조정하는 것.
| 합금 | 구성 (주요 요소) | 자기 거동 | 포화 자화 (티) | 주요 응용 프로그램 |
| 퍼멀로이 80 | 78% ~ 안에, 22% Fe | 매우 강자성 (소프트 자기) | ~ 1.0 | 변압기, 자기 차폐 |
| 모넬 400 | 65% ~ 안에, 34% Cu | 약한 강자성 | 0.1–0.2 | 해양 밸브 (낮은 간섭) |
| Inconel 625 | 59% ~ 안에, 21.5% Cr, 9% 모 | 비기성 (상자성) | <0.01 | 항공 우주 (탐색 친화적) |
| Alnico 5 | 50% Fe, 20% ~ 안에, 15% 공동, 8% 알 | 단단한 강자성 | ~ 1.2 | 영구 자석 (모터, 스피커) |
5. 니켈의 자기 특성 측정
니켈 자성의 정확한 특성화는 재료 자격에 필수적입니다., 품질 관리, 고급 연구.
엔지니어와 과학자들은 자기 성능을 정량화하고 특정 응용 분야에 적합성을 보장하기 위해 몇 가지 확립 된 기술에 의존합니다..
진동 샘플 자력계 (VSM, ASTM A894)
VSM은 니켈의 자기 특성을 측정하기위한 벤치 마크 방법입니다., 특히 작은 샘플의 경우 (5–50 mg).
이 기술은 자기장에서 샘플을 진동합니다, 유도 된 전압은 자기 모멘트에 비례합니다.. VSM은 세 가지 중요한 매개 변수를 제공합니다:
- 포화 자화 (MS): 최대 자기 반응 (순수한 니켈의 경우 ~ 0.615 T).
- 강압 (HC): 샘플을 demagneting하는 데 필요한 전계 강도 (~ 0.005 니켈 순수한, "소프트 자기"문자를 확인합니다).
- 퇴직 (Br): 전계 제거 후 잔류 자기 (니켈의 경우 ~ 0.3 T).
히스테리시스 루프 분석
히스테리시스 곡선 (B – H 루프) 니켈이 변화하는 자기장에 어떻게 반응하는지 보여줍니다.
순수한 니켈은 좁은 루프를 나타냅니다, 낮은 강압과 remanence 반사 - 빠른 자화 및 탈지주기가 필요한 응용 분야의 일환 (예를 들어, 변압기, 센서).
대조적으로, 니켈 기반 영구 자석 합금 Alnico 넓은 루프를 표시합니다, 외부 필드 없이도 강한 자기를 유지합니다.
자기 입자 검사 (MPI, ASTM E709)
직접 측정 방법은 아니지만, MPI는 비파괴 테스트를 위해 니켈의 강자성을 이용합니다.
자기장이 니켈 부분에 적용됩니다, 철 입자는 표면에 분산됩니다. 입자는 자기 플럭스가 "누출되는 경우 불연속에서 모입니다,”균열 또는 결함을 드러냅니다.
MPI는 터빈 블레이드 및 자기 분리기와 같은 안전성 구성 요소에 널리 사용됩니다..
6. 니켈의 자력의 산업적 관련성
니켈의 자기 거동.
착취 또는 의도적으로 억제되는지, 자성은 니켈과 합금이 중요한 산업에 어떻게 배치되는지에 영향을 미칩니다..
강자성 활용: 자기 응용
니켈의 소프트 페로 마그네틱은 높은 자기 투과성과 낮은 강압으로 특성화 된 현대 자기 기술의 초석입니다.:
- 자기 저장: Ni – Fe 합금은 하드 디스크 드라이브에 필수적입니다. 읽기/쓰기 헤드, 자화를 빠르게 전환하는 능력이 빠르게 데이터를 기록하고 고밀도로 검색 할 수 있습니다..
- 자기 센서: 얇은 니켈 필름은 홀 효과 센서 및 자기 저항성 장치에 사용됩니다.,
자기 플럭스의 변화가 전기 신호로 변환되는 경우 - 자동차 속도계의 비판적, 로봇공학, 산업 자동화. - 자기 분리기: 재활용 및 광업 산업의 니켈 도금 강철 롤러는 폐기물 스트림에서 강자성 재료를 유치하고 분리 할 수있는 니켈의 필드 향상 능력을 이용합니다..
- 변압기 및 인덕터: 퍼멀로이 (78% ~ 안에, 22% Fe) 자기 투과성 값을 초과합니다 100,000, 순수한 철보다 훨씬 높습니다, 소형 활성화, 에너지 효율적인 변압기 코어 및 인덕터 코일.
자기를 피합니다: 비자 성 응용
많은 고급 기술에서, 자기는 자산이 아니라 위험 - 간섭 또는 안전 위험을 소개합니다..
안정적인 형성 능력, 비자 성 합금은 그러한 환경에서 매우 귀중합니다:
- 항공 우주: Inconel 625 Hastelloy C-276은 제트 엔진 및 내비게이션 시스템에서 사용됩니다., 비자 성능이 나침반 및 전자 지침 시스템의 정확성을 보장하는 경우.
- 의료기기: MRI 스캐너, 1.5–3 테슬라를 초과하는 필드로 작동합니다, 강한 필드에서 비자 성을 유지하는 니켈 합금이 필요합니다 (예를 들어, 둘 다 - CR 합금), 환자 안전과 진단 명확성을 보장합니다.
- 전자 장치: Ni -CU 합금은 자기 간섭을 최소화하도록 설계되었습니다, 안테나 보장, 센서, 그리고 무선 주파수 회로는 원치 않는 차폐 또는 왜곡없이 작동합니다.
다른 특성과 자석 균형을 잡습니다
일부 부문은 부식 저항 및 기계적 강도와 같은 다른 기능적 요구와 자기 요구 사항을 조정해야합니다.:
- 선박 공학: 모넬 400 (≈65%가 있습니다, 34% Cu) 약하게 강자성입니다, 해수 부식 저항과 선상 나침반의 최소한의 파괴 사이의 타협.
- 석유 및 가스 탐사: 자성이 제어되는 니켈 기반 합금 (예를 들어, 90% ~ 안에, 10% Fe) 다운 홀 도구에 사용됩니다,
가혹한 우물 환경에서 부식 저항을 제공하고 암석 형성의 자기 벌목을위한 충분한 자기를 제공합니다.. - 에너지 시스템: 특수 Ni -FE 합금은 원자로 성분에 맞춤형 자기를 제공합니다.,
낮은 자기 균형 (중성자 플럭스 섭동을 방지합니다) 극도의 방사선 및 열 조건에서 필요한 구조적 무결성.
7. 니켈의 자기에 대한 일반적인 오해
니켈의 자기 거동은 종종 오해됩니다, 설계 오류로 이어집니다, 부적절한 합금 선택, 또는 성능에 대한 결함이있는 가정.
다음은 과학적 증거로 명확한 가장 일반적인 오해입니다.:
오인 1: "모든 니켈은 자기입니다."
- 왜 신화가 존재하는지: 니켈은 3 가지 일반적인 강자성 금속 중 하나입니다 (철과 코발트와 함께), 따라서 종종“항상 자기”로 일반화됩니다.
- 사실: 순수한 니켈은 실온에서 강자성입니다, 그러나 구리와 같은 요소와 합금, 크롬, 또는 몰리브덴은 강자성을 억제 할 수있다.
예를 들어, Inconel 625 (In-CR-I) 본질적으로 비자 성입니다, Monel K-500 동안 (ni -cu-) 약한 강자성입니다. - 함축: 엔지니어는 "니켈 = 자기"를 가정하기보다는 합금 조성물을 확인해야합니다.
오인 2: "니켈은 철만큼 자기입니다."
- 왜 신화가 존재하는지: 니켈과 철은 종종 강자성 금속에 대한 토론에서 함께 그룹화됩니다..
- 사실: 철은 포화 자화가 훨씬 높습니다 (~ 2.15 t) 니켈에 비해 (~ 0.615 t)- 3 배 더 강해집니다.
니켈의 자기가 약합니다, 그러나 탁월한 부식 저항은 철분이 빠르게 저하되는 환경에서 선택의 재료로 만듭니다. (예를 들어, 해양 센서, 화학 식물). - 함축: 니켈은 최대 자기를 위해 선택되지 않습니다, 그러나 자기의 균형과 환경 내구성.
3: "니켈 도금 된 물체는 니켈 층으로 인해 자기입니다."
- 왜 신화가 존재하는지: 많은 일상적인 "자기"물체 (동전, 도구) 눈에 보이는 니켈 도금이 있습니다.
- 사실: 니켈 코팅은 매우 얇습니다 (5–50 μm), 자기 거동을 지배하기에는 너무 얇습니다. 자기는 기질에 따라 다릅니다:
-
- 니켈 도금 강철 → 강력한 자기 (강철 코어로 인해).
- 니켈 도금 알루미늄 → 비자 성 (알루미늄은 비자 성이기 때문에, 그리고 얇은 니켈 필름은 무시할만한 강자성을 추가합니다).
- 함축: 니켈 도금은 주로 부식성 및 미학에 사용됩니다., 자기 기능을위한 것이 아닙니다.
오인 4: "니켈은 물의 자기를 잃습니다."
- 왜 신화가 존재하는지: 물은 철 기반 재료의 부식으로 인해 시간이 지남에 따라 자석을 약화시킵니다., 물이 자기를 직접 취소한다는 잘못된 믿음으로 이어짐.
- 사실: 물은 동성애자입니다 (자기장에 의해 약하게 격퇴되었습니다), 그러나이 효과는 무시할 수 있습니다. 순수한 니켈은 강자성 수형으로 남아 있습니다.
중요한 것은 부식입니다 - 산화에 대한 니켈의 저항은 보호되지 않은 철보다 훨씬 더 오래 자성을 유지합니다.. - 함축: 니켈 합금은 수중 센서에서 중요합니다, 해양 내비게이션, 안정적인 자기가 필요한 해저 전자 장치.
8. 빠른 참조 데이터: 니켈과 일반적인 합금
| 재료 / 합금 | 구성 (주요 요소) | 자기 거동 | 포화 자화 (티) | 주요 응용 프로그램 |
| 순수한 니켈 | ~ 안에 99.9%+ | 강자성 | ~ 0.615 | 자기 센서, 전기 도금, 촉매 |
| 퍼멀로이 80 | 78% ~ 안에, 22% Fe | 매우 강자성 (부드러운) | 1.0 | 변압기, 자기 차폐, 센서 |
| 모넬 400 | 65% ~ 안에, 34% Cu | 약한 강자성 | 0.1–0.2 | 해양 밸브, 낮은 간섭 구성 요소 |
Inconel 625 |
59% ~ 안에, 21.5% Cr, 9% 모 | 비기성 (Rt) | <0.01 | 항공 우주, 터빈 구성 요소, 화학적 처리 |
| Alnico 5 | 50% Fe, 20% ~ 안에, 15% 공동, 8% 알 | 단단한 강자성 (영구적인) | 1.2 | 영구 자석: 모터, 스피커 |
| Hastelloy C-22 | 57% ~ 안에, 21% Cr, 13% 모 | 비기성 | <0.01 | 화학 산업, 부식 방지 구성 요소 |
| 니모닉 80a | 80% ~ 안에, 20% Cr + 의, 알 | 약한 자기 | 0.05–0.1 | 항공 우주 터빈, 첨단 합금 |
| incoloy 825 | 42% ~ 안에, 21% Fe, 21% Cr | 상자성 | <0.01 | 부식 방지 튜브, 화학 식물 |
9. 결론
니켈은 자성이지만 항상 같은 방식으로는 아닙니다. 순수한 니켈은 실온에서 강자성입니다, 그러나 온도, 불순물, 합금은 향상 될 수 있습니다, 꺾이다, 또는 자기를 억제하십시오.
이러한 유연성은 니켈을 업계에서 슈퍼 스타로 만듭니다: 변압기의 소프트 자기 permalloy에서 항공 우주의 비자 성직자까지, 자기 거동은 작업에 맞게 설계되었습니다.
언제 그리고 왜-니켈이 자성이되는지 이해하는 것은 실제 조건에서 수행하는 재료를 설계하는 데 중요합니다..
FAQ
순수한 니켈은 영구 자석입니다?
에이: 아니요 - 니켈은 a입니다 부드러운 자기 재료, 이는 외부 필드에서 쉽게 자화하지만 필드를 제거 할 때 대부분의 자성을 잃는다는 것을 의미합니다. (낮은 제거).
영구 자석을 만들기 위해, 니켈은 코발트와 합금됩니다, 알류미늄, 그리고 철 (예를 들어, Alnico Allays), 높은 리마네스가 있습니다.
니켈을 demagnetized 할 수 있습니다?
에이: 예 - 뮤리 온도 이상의 니켈 (358° C) 또는 그것을 역 자기장에 노출 시키면이를 설명합니다..
정밀 응용 프로그램의 경우 (예를 들어, 자기 센서), demagnetization은 "degaussing"을 통해 수행됩니다. (감소하는 교대 자기장을 적용합니다).
공간에서 니켈 자기입니다 (진공 또는 제로 중력)?
에이: 예 - 자수는 자료의 재산입니다, 중력이나 대기가 아닙니다.
니켈은 우주에서 강자성을 유지합니다, 극심한 온도 (예를 들어, 극저온 또는 거의 매싱 조건) 행동을 바꿀 수 있습니다 (예를 들어, 극저온 온도는 자기 순서를 증가시킵니다, TC보다 높은 온도는 상자성을 만듭니다).
니켈이 자기 기록 매체에 사용되는 이유는 무엇입니까??
에이: 니켈-아이언 합금은 높은 자기 투과성과 낮은 강압을 갖는다, HDD의 읽기/쓰기 헤드에 이상적입니다.
디스크에서 작은 자기 신호를 감지하고 정확한 신호를 생성하여 데이터를 작성할 수 있습니다..
에이: 아니요 - 니켈 알레르기는 니켈 이온에 의해 발생합니다 (먹다) 금속에서 침출하고 면역 반응을 유발합니다, 자기 특성이 아닙니다.
자기 및 비자 성 니켈 합금 (예를 들어, Inconel 625) 니켈 이온이 방출되면 둘 다 알레르기를 유발할 수 있습니다.
