Је алуминијум магнетни?

1. Увођење

Алуминијум је један од најчешће коришћених метала у модерној индустрији, Ипак, заједничко питање траје: Је алуминијум магнетни?

Интуитивни одговор за многе је да је ипак, Метали се често претпостављају да показују магнетна својства. Међутим, научна стварност је више нијансирана.

Док је алуминијум металик и одличан проводник, то је не понашају се као феромагнетни материјали као што су гвожђе или никла.

Разумевање магнетног понашања алуминијума има значајне импликације широм инжењеринга, производња, лек, и електронике.

Од МРИ-сигурних материјала до вршне сортирања Едди-а у рециклажним објектима, Знајући како је алуминијумски интеракција са магнетним пољима критично.

Овај чланак истражује алуминијске магнетне карактеристике од атомске, физички, и примењена перспектива.

Испитаћемо његова основна својства, Понашање под магнетним пољима, и како се различите индустријске апликације ослањају на њену неагнетној природи.

2. Основе магнетизма

Разумевање да ли је материјал магнетни потребно је да се осјећају основа магнетизам на атомском нивоу.

Магнетизам потиче из понашања електрона-њихових ковитлати се, орбитално кретање, и начин на који су ови микроскопски магнетни тренуци поравнали или отказали у материјалу.

Врсте магнетног понашања

Магнетизам у материјалима обично пада у неколико категорија:

• Диагнетизам: Показује слабу одбојност од магнетних поља. Сви материјали имају одређени степен дијагнетизма, Али то је често занемарљиво.
• Парамагнетизам: Показује слабу атракцију спољним магнетним пољима, али не задржава магнетизам након уклањања поља.
• Ферромагнетизам: Показује снажну привлачност и трајну магнетизацију. Пронађена у металима попут гвожђа, кобалт, и никл.
• Антиферромагнетизам & Ферримагнетизам: Укључите сложене унутрашње аранжмане атомских магнетних тренутака који делимично отказују једни друге.

Атомско порекло магнетизма

Магнетизам се појављује из два главна извора на атомском нивоу:

• Елецтрон Спин: Електрони имају магнетни тренутак због окретања; Непланирани електрони значајно доприносе магнетном понашању.
• Орбитално кретање: Електрони стазе узимају око језгра такође могу створити магнетно поље.

Кристална структура и магнетно поравнање

Атомски аранжман у чврстом стању, познат као кристална структура, такође утиче на магнетизам:

• Кубични у центру тела (БЦЦ) и Шестерокутни изблиза (ХЦП) Структуре често подржавају јаче магнетне интеракције.
• Кубичан (ФЦЦ) структуре, као у алуминијуму, опћенито не фаворизују поравнање магнетног домена, што доводи до слабог магнетног одговора.

3. Атомска и кристалографска својства алуминијума

Алуминијум има конфигурацију електрона [То је] 3С² 3П¹, што значи да садржи само један безопасан електрон.

Међутим, Овај непарирани електрон се не усклађује у нормалним магнетним областима због укупних карактеристика алуминијума.

Структурно, алуминијум кристализира у а кубичан (ФЦЦ) решетка, што не фаворизује поравнање магнетних домена.

Као резултат, алуминијум је парамагнетичан, излагање само а врло слаба атракција на магнетна поља.

Тхе Магнетна осетљивост алуминијума је приближно +2.2 × 10⁻⁵ ЕМУ / МОЛ, мала, али позитивна вредност која потврђује своју парамагнетску природу.

4. Је алуминијум магнетни?

У практичном смислу, не, Алуминијум није магнетни у конвенционалном смислу. Не може бити магнетизован, нити се држи за магнет попут обојених метала.

Међутим, када је изложен а Снажно магнетно поље, Алуминијум може да показује а мерљив али слаб одговор.

То је због њеног парамагнетизма и генерације Едди струја када се стави у наизменична магнетна поља.

У статичким магнетним окружењима, Алуминијум показује занемарљиво понашање. Али у динамичким електромагнетским системима, његова интеракција постаје занимљивија.

5. Понашање у наизменичним магнетним пољима

Док Алуминијум није магнетни у конвенционалном смислу, његова интеракција са наизменична магнетна поља је и значајан и технички важан.

Инжењери и научници често посматрају неочекиване ефекте алуминијума у ​​високофреквентним или динамичким електромагнетним окружењима,

не због инхерентног магнетизма, али због Електромагнетне појаве индукције као што је Едди струја и тхе тхе кожни ефекат.

Едди Тренутни феномени у алуминијуму

Када је алуминијум изложен а Промјена магнетног поља, попут оних који су пронађени наизменична струја (Наизменично) системи, Едди струја индуковани су у оквиру материјала.

Они циркулирајуће петље електричне струје формиране као одговор на Фарадаијев закон електромагнетске индукције.

Јер је алуминијум Одличан проводник електричне енергије, Ове вртеће струје могу бити значајне.

• Ове индуковане струје стварају супротстављена магнетна поља, У складу са Лензовим законом.
• Супротстављена поља Одуприте се покрету или варијација спољног магнетног поља, стварање ефеката као што су магнетно пригушивање или превући.
• Овај отпор се често греши за магнетизам, али је искључиво електромагнетски одговор на промјену покрета или поља.

Примјер кључа: Ако се јак магнет падне кроз алуминијумску цев, пада много спорије него што би то прошао кроз ваздух.

То се догађа, јер је алуминијум магнетни, Али због стручног кочења Еддија.

Електромагнетно кочење и левитација

У неколико је експлоатификовано понашање алуминијума под наизменичним магнетним пољима Инжењеринг и индустријске апликације, посебно у:

• Електромагнетни кочиони системи: Користи се у возовима велике брзине и подметача ваљка, Алуминијумски дискови или плоче пролазе кроз магнетна поља за генерисање отпора, омогућавајући глатко, Бесконтакорно кочење.
• Индуктивна левитација: Алуминијумски проводници се могу нарушити коришћењем осцилирајућих магнетних поља.
  Ово је принцип иза неких маглев (магнетна левитација) Транспортне технологије.
• Неразорно тестирање (НДТ): Методе инспекције Едди Тренутно се широко користе на алуминијумским компонентама за откривање пукотина, корозија, и материјалне недоследности.

Ове појаве нису докази о алуминијумском магнетизму, али од свог Висока електрична проводљивост и интеракција са Временски различит поља.

Ефекат коже

Тхе кожни ефекат односи се на тенденцију струје од АЦ-а да се концентришу у близини површине проводника. У материјалима попут алуминијума, Ово се изражава на вишим фреквенцијама.

Дубина на којој струја може продрети на то дубина коже-Јеси ли обрнуто пропорционалан квадратном корену фреквенције и магнетне пропусности.

• За алуминијум на 60 Хз, дубина коже је около 8.5 мм.
• На вишим фреквенцијама (Нпр., МХз), Дубина коже пада на микроне, прављење површинског слоја доминантни тренутни пут.
• Ово има импликације на Микроталасна заштита, Рф грејање, и електромагнетна сметња (ЕМИ) управљање.

6. Легуре и нечистоће у алуминијуму: Њихов утицај на магнетизам

Док је чист алуминијум парамагнетичан са врло слабом магнетном осетљивошћу, Његово магнетно понашање може мало да се разликује у зависности од тога Алегативни елементи, нечистоће, и механичка обрада.

За инжењере, металургисти, и дизајнери, Разумевање ових суптилности је пресудно када одаберете алуминијумске оцене за апликације које укључују магнетна поља или електромагнетне сметње.

Већина легура алуминијума је не-магнетна

Велика већина комерцијалних легура алуминијума - укључујући и обично коришћене 6000 и 7000 серија (Нпр., 6061, 7075)-Ремаин неагнетнички У нормалним условима.

То је зато што су њихови примарни елементи у легији, као што је магнезијум (Мг), силицијум (И), цинка (Зн), и бакар (Цу), не дају значајна магнетна својства.

Серија за легуру	Главни алемни елементи	Магнетно понашање
1ккк	Чисти алуминијум (>99%)	Неагнетнички
2ккк	Бакар	Неагнетнички
5ккк	Магнезијум	Неагнетнички
6ккк	Мг + И	Неагнетнички
7ккк	Цинка	Неагнетнички

Кључни увид: Основна структура кристала (ФЦЦ) и недостатак непарисаних електрона у алуминијуму и њеним главним легираним елементима осигуравају да ови материјали не показују феромагнетно или снажно парамагнетно понашање.

Нечистоће које могу увести магнетне ефекте

У одређеним случајевима, нечистоће у траговима или загађивачи-Парцикуларно гвожђе (Фе), никл (У), или кобалт (Цо)-Могу ли изазвати локализовану или слабу магнетну атракцију:

• Iron, обично присутан као преостала нечистоћа у рециклираном или ниже чистоћи алуминијуму, може да формира интерметална једињења као што су АЛ₃ФЕ, који може да показује Локализовани магнетни одговор.
• Ницкел и Цобалт, Иако је ретко у типичним легурима алуминијума, снажно су феромагнетни и могли би утицати на укупну магнетну интеракцију материјала ако је присутна у довољним количинама.

Међутим, Ови ефекти су обично мањи и не открива без осетљиве инструментације као што су вибрирајуће магнетометре узорака (ВСМС).

Механичка деформација и прехлада рада

Механички процеси као што су хладно котрљање, савијање, или цртање може да уведе дислокације, очвршћавање, и анисотропију у алуминијумским микроструктурама.

Ипак, ове промене раде не мењају магнетну класификацију материјала:

• Остаци алуминијума неагнетнички После механичке деформације.
• Хладни рад се може повећати електрична отпорност, Али то не доводи до трајног или заосталог магнетизма.

Заваривање, Превлаке, и површинска контаминација

Неки корисници пријављују магнетно понашање у алуминијумским деловима након измишљотине.

У већини ових случајева, узрок је спољна контаминација а не промену самог легура алуминијума:

• Заваривач, посебно од електрода од нехрђајућег челика или угљеника, може да уведе ферромагнетске честице.
• Челични алат или учвршћивање контакта може напустити трагове количине магнетних материјала на површини.
• Превлаке или облике (Нпр., Никал или слојеви на бази гвожђа) може довести до магнетизма у површинским тестовима, Док базни алуминијум остаје магнетни.

Редовно чишћење и неразорно тестирање (НДТ) може помоћи у разликовању истинских својстава материјала и загађења површине.

7. Индустријске и практичне импликације

Неагнетна природа алуминијума то чини високо погодно за осетљива окружења:

• Медицински уређаји: Алуминијум се широко користи у МРИ компатибилним алатима и имплантатима због несметања са сликањем.
• Електроника: У паметним телефонима, лаптопови, и кућишта, Алуминијум пружа снагу без утицаја на магнетометре или компасе.
• Ваздухопловство и аутомобилске аутомобиле: Цомпонента за лагане и не-магнетне алуминијске алуминијума спречавају електромагнетно сметње у сензоре на авионику и возила.
• Рециклирање: Едди струјни сортирачи одвојени алуминијум од обојених материјала на основу проводног одговора, а не магнетна атракција.

8. Алуминијум вс. Магнетни материјали

Разумевање како алуминијум упоређује са истински магнетним материјалима је од суштинског значаја у областима као што су инжењеринг материјала, Дизајн производа, и електромагнетна компатибилност (ЕМЦ) планирање.

9. Може ли алуминијум постати магнетни?

Природно, Алуминијум не може постати ферромагнетски. Међутим:

• Површински премази (Нпр., Гвожђе оксид или никл) може додати магнетни одговор на алуминијумске површине.
• Композити: Алуминијум помешан са Магнетни пудери може да показује магнетно понашање у коначној структури.
• Криогено окружење: Чак и на скоро нулти температурама, Алуминијум остаје не-магнетни.

10. Уобичајене заблуде

• "Алуминијум је магнетни близу јаких магнета": То је због тога Едди струја, није стварност магнетне атракције.
• "Сви метали су магнетни": У стварности, само неколико метала (гвожђе, кобалт, никл) су заиста феромагнетни.
• Алуминијум вс. нерђајући челик: Неке оцене нерђајућег челика (попут 304) нису магнетни; други (као што је 430) су магнетни.

Разумевање ових разлика је неопходно за Избор материјала и дизајн производа.

11. Закључак

Алуминијум је а парамагнетички метал, што значи да се то показује слаб, неентиктивно магнетно понашање. То не држи се магнетама, нити се не могу магнетизирани попут обојених метала.

Међутим, то је интеракција са промјеном магнетних поља, Кроз Едди струје, чини је виталним материјалом у Електромагнетни системи, МРИ окружења, и Не-магнетне структуре.

За инжењере, дизајнери, и произвођачи, Препознавање алуминијум-ових неагнетнички ипак Електрично реагује природа омогућава паметније, сигурнији, и ефикаснија употреба материјала у безброј модерних апликација.

 

Често постављана питања

Је алуминијум привлачан на магнет?

Алуминијум не привлачи магнет у начину на који су ферромагнетни материјали попут гвожђа.

То је парамагнетичан, Значи да има веома слабу и позитивну магнетну осетљивост, Али овај ефекат је премали да би изазвао приметну привлачност у нормалним условима.

Може ли алуминијум постати трајно магнетизован?

Не. Алуминијум недостаје електронска структура потребна за ферромагнетизам, Дакле, то не може задржати стални магнетизам попут гвожђа или никла могу.

Да ли легуре алуминијума понашају другачије магнетно од чистог алуминијума?

Већина легура алуминијума остаје магнетна или само слаба парамагнетична.

Међутим, Ако легура садржи магнетне нечистоће као што су гвожђе или никла, Може показати благи магнетни одговори.

Да ли је алуминијумско магнетно понашање погођено температурама?

Алуминијумско парамагнетско понашање прилично је стабилно стабилно са промјенама температуре и не показује појаве попут температуре Цурие примећене у феромагнетским материјалима.