Yra aliuminio magnetinis?

1. Įvadas

Aliuminis yra vienas iš plačiausiai naudojamų metalų šiuolaikinėje pramonėje, Vis dėlto bendras klausimas išlieka: Yra aliuminio magnetinis?

Intuityvus daugelio atsakymas yra taip - galų gale, Manoma, kad metalai pasižymi magnetinėmis savybėmis. Tačiau, mokslinė tikrovė yra labiau niuansuota.

O aliuminis yra metalinis ir puikus laidininkas, Tai daro nesielgkite kaip feromagnetinės medžiagos tokių kaip geležis ar nikelis.

Aliuminio magnetinio elgesio supratimas turi didelę reikšmę inžinerijos srityje, Gamyba, vaistas, ir elektronika.

Nuo MRT saugių medžiagų iki sūkurinės srovės rūšiavimo perdirbimo vietose, kritiškai žinoti, kaip aliuminis sąveikauja su magnetiniais laukais.

Šiame straipsnyje nagrinėjamos aliuminio magnetinės charakteristikos iš atominės, fizinis, ir taikoma perspektyva.

Mes išnagrinėsime jo pagrindines savybes, elgesys su magnetiniais laukais, ir kaip įvairios pramonės programos priklauso nuo jo nemagnetinio pobūdžio.

2. Magnetizmo pagrindai

Norint suprasti, ar medžiaga yra magnetinė magnetizmas atominiu lygmeniu.

Magnetizmas kyla iš elektronų elgesio - jų suktis, orbitos judesys, ir tai.

Magnetinio elgesio tipai

Magnetizmas medžiagose paprastai patenka į keletą kategorijų:

• Diamagnetizmas: Demonstruoja silpną atstumimą iš magnetinių laukų. Visos medžiagos turi tam tikrą diamagnetizmo laipsnį, Bet tai dažnai būna nereikšminga.
• Paramagnetizmas: Rodo silpną išorinių magnetinių laukų patrauklumą, tačiau pašalinus lauką, jis neišlaiko magnetizmo.
• Feromagnetizmas: Eksponuoja stiprų potraukį ir nuolatinį įmagnetinimą. Rasta metaluose kaip geležis, kobaltas, ir nikelis.
• Antiferromagnetizmas & Ferrimagnetizmas: Apima sudėtingas vidines atominių magnetinių momentų išdėstymus, kurie iš dalies atšaukia vienas kitą.

Atominė magnetizmo kilmė

Magnetizmas kyla iš dviejų pagrindinių šaltinių atominiame lygmenyje:

• Elektronų nugara: Elektronai turi magnetinį momentą dėl sukimosi; Nesoruoti elektronai labai prisideda prie magnetinio elgesio.
• Orbitos judesys: Kelio elektronai, einantys aplink branduolį, taip pat gali sukurti magnetinį lauką.

Kristalų struktūra ir magnetinis išlyginimas

Atominis išdėstymas kietoje vietoje, žinomas kaip kristalų struktūra, Taip pat daro įtaką magnetizmui:

• Kūną orientuota kubinė (BCC) ir Šešiakampis uždarytas (HCP) Struktūros dažnai palaiko stipresnę magnetinę sąveiką.
• Veidas orientuotas kub (FCC) struktūros, kaip aliuminyje, paprastai Neleidžiate į magnetinio domeno derinimą, sukelia silpną magnetinį atsaką.

3. Aliuminio atominės ir kristalografinės savybės

Aliuminis turi elektronų konfigūraciją [Tai yra] 3S² 3p¹, Reiškia, jame yra Tik vienas nesuderintas elektronas.

Tačiau, Šis nesuderintas elektronas lengvai nesutapsčia normaliais magnetiniais laukais dėl bendros aliuminio ryšio charakteristikų.

Struktūriškai, Aliuminis kristalizuojasi a Veidas orientuotas kub (FCC) grotelės, kuris nepritaria magnetinių domenų suderinimui.

Dėl to, aliuminis yra paramagnetinis, eksponuoja tik a Labai silpna trauka į magnetinius laukus.

The Magnetinis jautrumas aliuminio yra maždaug +2.2 × 10⁻⁵ EMU/mol, maža, bet teigiama vertė, patvirtinanti jos paramagnetinį pobūdį.

4. Yra aliuminio magnetinis?

Praktiškai, ne, Aliuminis nėra magnetinis įprastine prasme. Jo negalima įmagnetinti, Jis taip pat neprilipo prie magneto kaip geležies metalai.

Tačiau, kai veikiama a Stiprus magnetinis laukas, Aliuminis gali parodyti a išmatuojamas, bet silpnas atsakas.

Taip yra dėl jo paramagnetizmo ir kartos sūkurinės srovės Kai įdėtas Kintami magnetiniai laukai.

Statinėje magnetinėje aplinkoje, Aliuminis rodo nereikšmingą elgesį. Bet dinaminėse elektromagnetinėse sistemose, Jos sąveika tampa įdomesnė.

5. Elgesys kintančiuose magnetiniuose laukuose

Kol Aliuminis nėra magnetinis įprastine prasme, jos sąveika su Kintami magnetiniai laukai yra ir reikšmingas, ir techniškai svarbus.

Inžinieriai ir mokslininkai dažnai stebi netikėtą aliuminio poveikį aukšto dažnio ar dinaminėms elektromagnetinėms aplinkoms,

Ne dėl įgimto magnetizmo, Bet dėl Elektromagnetiniai indukcijos reiškiniai tokių kaip sūkurinės srovės ir Odos efektas.

Eddy dabartiniai reiškiniai aliuminyje

Kai aliuminis yra veikiamas a Magnetinio lauko keitimas, tokių, kokių randama Kintama srovė (AC) sistemos, sūkurinės srovės yra indukuojami medžiagoje.

Tai yra cirkuliuojančios elektrinės srovės kilpos, susidariusios reaguojant į Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį.

Nes aliuminis yra Puikus elektros dirigentas, Šios sūkurių srovės gali būti didelės.

• Šios sukeltos srovės sukuria priešingi magnetiniai laukai, pagal Lenzo įstatymą.
• Priešingi laukai atsispirti judesiui arba išorinio magnetinio lauko kitimas, Poveikis, pavyzdžiui, Magnetinis slopinimas Arba vilkite.
• Šis pasipriešinimas dažnai klysta dėl magnetizmo, tačiau yra grynai elektromagnetinis atsakas į judesio ar lauko pokyčius.

Pagrindinis pavyzdys: Jei per aliuminio vamzdį numetamas stiprus magnetas, jis krinta daug lėčiau, nei būtų oras.

Taip atsitinka ne todėl, kad aliuminis yra magnetinis, Bet dėl ​​sūkurinio dabartinio stabdymo.

Elektromagnetinis stabdymas ir levitacija

Aliuminio elgesys po kintamais magnetiniais laukais yra naudojamas keliuose inžinerijos ir pramonės programos, ypač:

• Elektromagnetinės stabdžių sistemos: Naudojami greitaeigiuose traukiniuose ir kalneliuose, Aliuminio diskai ar plokštės eina per magnetinius laukus, kad būtų sukurtas atsparumas, leidžiama sklandžiai, Kraujamas stabdymas.
• Indukcinė levitacija: Aliuminio laidininkai gali būti levituoti naudojant svyruojančius magnetinius laukus.
  Tai yra kai kurių principas Maglevas (Magnetinė levitacija) Transporto technologijos.
• Neardomieji bandymai (Ndt): Eddy srovės tikrinimo metodai yra plačiai naudojami aliuminio komponentams, norint aptikti įtrūkimus, korozija, ir materialūs neatitikimai.

Šie reiškiniai nėra aliuminio magnetizmo įrodymas, bet iš jos didelis elektrinis laidumas ir sąveika su Laiko kintantys laukai.

Odos efektas

The Odos efektas nurodo kintamosios srovės tendenciją susikaupti šalia laidininko paviršiaus. Tokiose medžiagose kaip aliuminis, Tai tariama aukštesniais dažniais.

Gylis, kurį srovė gali prasiskverbti - vadinama Odos gylis- yra atvirkščiai proporcingas kvadratinės dažnio ir magnetinio pralaidumo šaknims.

• Aliuminui 60 Hz, Odos gylis yra šalia 8.5 mm.
• Aukštesniais dažniais (Pvz., MHz), Odos gylis nukrenta į mikronus, Paviršinio sluoksnio pavertimas dominuojančiu srovės keliu.
• Tai turi įtakos mikrobangų krosnelė, RF kaitinimas, ir Elektromagnetiniai trukdžiai (EMI) valdymas.

6. Lydiniai ir priemaišos aliuminyje: Jų įtaka magnetizmui

Nors grynas aliuminis yra paramagnetinis su labai silpnu magnetiniu jautrumu, jo magnetinis elgesys gali šiek tiek skirtis priklausomai nuo Lydiniai elementai, impurities, ir mechaninis apdorojimas.

Inžinieriams, Metalurgistai, ir dizaineriai, Suprasti šiuos subtilybes yra labai svarbu renkantis aliuminio rūšis, skirtas programoms, kuriose yra magnetiniai laukai ar elektromagnetiniai trukdžiai.

Dauguma aliuminio lydinių yra nemagnetiniai

Didžioji dauguma komercinių aliuminio lydinių, įskaitant dažniausiai naudojamus 6000 ir 7000 serija (Pvz., 6061, 7075)—Nremain nemagnetinis normaliomis sąlygomis.

Taip yra todėl, kad jų pagrindiniai lydiniai elementai, tokių kaip magnis (Mg), Silicis (Ir), cinkas (Zn), ir Vario (Cu), Nedarykite reikšmingų magnetinių savybių.

Lydinio serija	Pagrindiniai legiruoti elementai	Magnetinis elgesys
1xxx	Grynas aliuminis (>99%)	Nemagnetinis
2xxx	Vario	Nemagnetinis
5xxx	Magnis	Nemagnetinis
6xxx	Mg + Ir	Nemagnetinis
7xxx	Cinkas	Nemagnetinis

Pagrindinė įžvalga: Pagrindinės kristalų struktūra (FCC) ir nepakankamų elektronų trūkumas aliuminiame ir pagrindiniuose jo lydinčiuose elementuose užtikrina, kad šios medžiagos neturi feromagnetinio ar stipraus paramagnetinio elgesio.

Priemaišos, kurios gali sukelti magnetinį poveikį

Tam tikrais atvejais, pėdsakų priemaišos arba Teršalai—Partinis lygintuvas (Fe), Nikelis (Į), arba kobaltas (Co)- gali sukelti lokalizuotą ar silpną magnetinį potraukį:

• Lygintuvas, Dažniausiai būna kaip likutinė priemaiša perdirbtame arba mažesnio grynumo aliuminyje, gali sudaryti tarpmetalinius junginius, tokius kaip al₃fe, kuris gali parodyti lokalus magnetinis atsakas.
• Nikelis ir kobaltas, Nors tipiškuose aliuminio lydinuose retas, yra stipriai feromagnetiniai ir gali paveikti bendrą medžiagos magnetinę sąveiką, jei jų yra pakankamu kiekiu.

Tačiau, Šie poveikiai paprastai yra nedideli ir nenustatomas be jautrių instrumentų tokių kaip vibruojantis mėginio magnetometrai (VSM).

Mechaninė deformacija ir šaltis

Mechaniniai procesai, tokie kaip šaltas riedėjimas, lenkimas, arba Piešimas gali įvesti dislokacijas, deformacijos sukietėjimas, ir anizotropija aliuminio mikrostruktūrose.

Vis dėlto, Šie pokyčiai tai daro nekeisti magnetinės klasifikacijos iš medžiagos:

• Aliuminis išlieka nemagnetinis po mechaninės deformacijos.
• Gali padidėti šaltas darbas Elektros varža, Bet tai nesukelia nuolatinio ar likutinio magnetizmo.

Suvirinimas, Dangos, ir paviršiaus užteršimas

Kai kurie vartotojai praneša apie magnetinį elgesį aliuminio dalyse po pagaminimo.

Daugeliu šių atvejų, Priežastis yra išorinis užteršimas o ne paties aliuminio lydinio pasikeitimas:

• Suvirinimas, Ypač iš nerūdijančio plieno ar anglies plieno elektrodų, gali įvesti feromagnetines daleles.
• Plieno įrankių arba armatūros kontaktas Gali palikti pėdsakų kiekį ant paviršiaus.
• Dangos ar plokščiakalniai (Pvz., Nikelio arba geležies pagrindu) gali sukelti magnetizmą atliekant paviršiaus bandymus, Nors bazinis aliuminis išlieka ne magnetinis.

Reguliarus valymas ir neardomieji bandymai (Ndt) gali padėti atskirti tikras medžiagų savybes ir paviršiaus užteršimą.

7. Pramoninės ir praktinės padariniai

Nemagnetinis aliuminio pobūdis jį daro Labai tinka jautriai aplinkai:

• Medicinos prietaisai: Aliuminis yra plačiai naudojamas su MRT suderinamuose įrankiuose ir implantuose dėl jo nesikišimo su vaizdavimu.
• Elektronika: Išmaniuosiuose telefonuose, Nešiojamieji kompiuteriai, Ir korpusai, Aliuminis suteikia stiprumo, nepaveikdamas magnetometrų ar kompasų.
• Aviacijos ir kosmoso ir automobilių: Lengvūs ir ne magnetiniai aliuminio komponentai apsaugo nuo elektromagnetinių trukdžių į avioniką ir transporto priemonių jutiklius.
• Perdirbimas: Eddy srovės rūšiavimo atskiras aliuminis nuo geležies medžiagų, pagrįstų laidžiu atsaku, ne magnetinis trauka.

8. Aliuminis vs. Magnetinės medžiagos

Supratimas, kaip aliuminis lyginamas su tikrai magnetinėmis medžiagomis, yra būtinas tokiose srityse kaip medžiagų inžinerija, Produkto dizainas, ir elektromagnetinis suderinamumas (EMC) planavimas.

9. Ar aliuminis gali tapti magnetinis?

Natūraliai, aliuminis negali tapti feromagnetinis. Tačiau:

• Paviršinės dangos (Pvz., Geležinis oksidas arba nikelis) gali pridėti magnetinį atsaką į aliuminio paviršius.
• Kompozitai: Aliuminis sumaišytas su Magnetiniai milteliai gali parodyti magnetinį elgesį galutinėje struktūroje.
• Kriogeninė aplinka: Net esant beveik nulinei temperatūrai, Aliuminis išlieka nemagnetinis.

10. Įprastos klaidingos nuomonės

• „Aliuminis yra magnetinis šalia stiprių magnetų“: Taip yra dėl sūkurinės srovės, Ne tikras magnetinis traukos objektas.
• „Visi metalai yra magnetiniai“: Realybėje, Tik keli metalai (lygintuvas, kobaltas, Nikelis) yra tikrai feromagnetiniai.
• Aliuminis vs. Nerūdijantis plienas: Kai kurios nerūdijančio plieno klasės (kaip 304) yra nemagnetiniai; kiti (tokių kaip 430) yra magnetiniai.

Suprasti šiuos skirtumus yra būtina Medžiagos pasirinkimas ir produkto dizainas.

11. Išvada

Aliuminis yra a Paramagnetinis metalas, o tai reiškia, kad jis eksponuoja silpnas, Neatrentiškas magnetinis elgesys. Tai neprilipo prie magnetų, Tai taip pat negali būti įmagnetinama kaip geležies metalai.

Tačiau, jo Sąveika su besikeičiančiais magnetiniais laukais, per sūkurių sroves, daro tai gyvybiškai svarbia medžiaga Elektromagnetinės sistemos, MRT aplinka, ir Nemagnetinės struktūros.

Inžinieriams, Dizaineriai, ir gamintojai, atpažindamas aliuminio nemagnetinis vis dėlto Elektriškai reaguojanti Gamta leidžia protingiau, saugesnis, ir efektyvesnis medžiagų naudojimas daugybėje šiuolaikinių programų.

 

DUK

Ar aliuminis traukia magnetą?

Aliuminis netraukia magneto, kaip feromagnetinės medžiagos, tokios kaip geležis.

Tai yra paramagnetinis, Reiškia, jis turi labai silpną ir teigiamą magnetinį jautrumą, Bet šis poveikis yra per mažas, kad normaliomis sąlygomis būtų pastebimas traukos objektas.

Ar aliuminis gali visam laikui įmagnetinti?

Nr. Aliuminumui trūksta elektroninės struktūros, reikalingos Feromagnetizmas, Taigi jis negali išlaikyti nuolatinio magnetizmo, pavyzdžiui, geležies ar nikelio.

Ar aliuminio lydiniai magnetiniu būdu elgiasi kitaip nei grynas aliuminis?

Daugelis aliuminio lydinių išlieka nemagnetiniai arba tik silpnai paramagnetiniai.

Tačiau, Jei lydinys turi magnetinių priemaišų, tokių kaip geležis ar nikelis, Tai gali parodyti nedidelius magnetinius atsakymus.

Yra aliuminio magnetinis elgesys, kurį veikia temperatūra?

Aliuminio paramagnetinis elgesys yra gana stabilus, keičiant temperatūrą ir neturi tokių reiškinių kaip Curie temperatūra, stebima feromagnetinėse medžiagose.