Là từ tính nhôm?

1. Giới thiệu

Nhôm là một trong những kim loại được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp hiện đại, Tuy nhiên, một câu hỏi phổ biến vẫn tồn tại: Là từ tính nhôm?

Câu trả lời trực quan cho nhiều người là có - sau tất cả, Kim loại thường được giả định để thể hiện tính chất từ ​​tính. Tuy nhiên, Thực tế khoa học có nhiều sắc thái hơn.

Trong khi nhôm là kim loại và một dây dẫn tuyệt vời, nó làm không hoạt động như vật liệu sắt từ chẳng hạn như sắt hoặc niken.

Hiểu về hành vi từ tính của nhôm có ý nghĩa quan trọng trong suốt kỹ thuật, chế tạo, thuốc, và điện tử.

Từ các vật liệu an toàn MRI đến phân loại hiện tại trong các cơ sở tái chế, Biết làm thế nào nhôm tương tác với từ trường là rất quan trọng.

Bài viết này khám phá các đặc tính từ tính của nhôm từ một nguyên tử, thuộc vật chất, và áp dụng phối cảnh.

Chúng tôi sẽ kiểm tra các thuộc tính cơ bản của nó, hành vi dưới từ trường, và làm thế nào các ứng dụng công nghiệp khác nhau dựa vào bản chất phi từ tính của nó.

2. Nguyên tắc cơ bản của từ tính

Hiểu liệu một vật liệu có phải là từ tính đòi hỏi một sự nắm bắt nền tảng của từ tính ở cấp độ nguyên tử.

Từ tính bắt nguồn từ hành vi của các electron quay, Chuyển động quỹ đạo, và cách những khoảnh khắc từ tính siêu nhỏ này căn chỉnh hoặc hủy bỏ trong một vật liệu.

Các loại hành vi từ tính

Từ tính trong vật liệu thường rơi vào một số loại:

• Diamagnetism: Thể hiện một lực đẩy yếu từ từ trường. Tất cả các vật liệu có một số mức độ diamagnetism, Nhưng nó thường không đáng kể.
• Paramagnetism: Cho thấy sức hút yếu đối với từ trường bên ngoài nhưng không giữ được từ tính sau khi trường được loại bỏ.
• Ferromagnetism: Triển lãm thu hút mạnh mẽ và từ hóa vĩnh viễn. Tìm thấy trong kim loại như sắt, coban, và niken.
• Antiferromagnetism & Ferrimagnetism: Liên quan đến sự sắp xếp bên trong phức tạp của các khoảnh khắc từ nguyên tử đã hủy bỏ một phần.

Nguồn gốc nguyên tử của từ tính

Từ tính phát sinh từ hai nguồn chính ở cấp độ nguyên tử:

• Spin electron: Electron có khoảnh khắc từ tính do spin; Các electron không ghép đôi đóng góp đáng kể vào hành vi từ tính.
• Chuyển động quỹ đạo: Các electron đường dẫn xung quanh hạt nhân cũng có thể tạo ra một từ trường.

Cấu trúc tinh thể và sự liên kết từ tính

Sự sắp xếp nguyên tử trong một vững chắc, được gọi là cấu trúc tinh thể, Cũng ảnh hưởng đến từ tính:

• Khối tập trung vào cơ thể (BCC) Và Hình lục giác đóng gói (HCP) Các cấu trúc thường hỗ trợ các tương tác từ tính mạnh hơn.
• Hình khối tập trung vào khuôn mặt (FCC) cấu trúc, Giống như trong nhôm, nói chung là Không ủng hộ căn chỉnh miền từ tính, dẫn đến phản ứng từ tính yếu.

3. Tính chất nguyên tử và tinh thể của nhôm

Nhôm có cấu hình electron [Nó là] 3s² 3p¹, có nghĩa là nó chứa Chỉ một electron không ghép đôi.

Tuy nhiên, electron không ghép đôi này không dễ dàng sắp xếp theo từ trường bình thường do đặc điểm liên kết tổng thể của nhôm.

Về mặt cấu trúc, nhôm kết tinh trong một hình khối tập trung vào khuôn mặt (FCC) mạng, không ủng hộ sự liên kết của các miền từ tính.

Kết quả là, Nhôm là từ tính, Chỉ trưng bày a thu hút rất yếu đến từ trường.

Các tính nhạy cảm từ tính nhôm xấp xỉ +2.2 × 10⁻⁵ emu/mol, một giá trị nhỏ nhưng dương xác nhận bản chất thuận từ của nó.

4. Là từ tính nhôm?

Trong điều khoản thực tế, KHÔNG, nhôm không phải là từ tính theo nghĩa thông thường. Nó không thể được từ hóa, Nó cũng không bám vào một nam châm như kim loại màu.

Tuy nhiên, Khi tiếp xúc với một từ trường mạnh, nhôm có thể trưng bày một có thể đo lường được nhưng phản ứng yếu.

Điều này là do chủ nghĩa tham số của nó và thế hệ của Dòng điện xoáy khi đặt vào từ trường xen kẽ.

Trong môi trường từ tĩnh, nhôm cho thấy hành vi không đáng kể. Nhưng trong các hệ thống điện từ động, Sự tương tác của nó trở nên thú vị hơn.

5. Hành vi trong các từ trường xen kẽ

Trong khi nhôm không có từ tính theo nghĩa thông thường, sự tương tác của nó với từ trường xen kẽ vừa quan trọng và quan trọng về mặt kỹ thuật.

Các kỹ sư và nhà khoa học thường quan sát các tác động bất ngờ từ nhôm trong môi trường điện từ tần số cao hoặc động,

Không phải do từ tính vốn có, Nhưng do Hiện tượng cảm ứng điện từ chẳng hạn như Dòng điện xoáy Và Hiệu ứng da.

Hiện tượng hiện tại xoáy trong nhôm

Khi nhôm được tiếp xúc với Thay đổi từ trường, chẳng hạn như những người được tìm thấy trong hiện tại xen kẽ (AC) hệ thống, Dòng điện xoáy được gây ra trong vật liệu.

Đây là những vòng lưu hành của dòng điện được hình thành để đáp ứng với định luật cảm ứng điện từ Faraday.

Vì nhôm là một Nhạc trưởng điện xuất sắc, Những dòng điện xoáy này có thể là đáng kể.

• Những dòng điện cảm ứng này tạo ra Đối lập từ trường, theo luật Lenz.
• Các lĩnh vực đối lập Chống lại chuyển động hoặc biến thể của từ trường bên ngoài, tạo ra các hiệu ứng như giảm xóc từ tính hoặc kéo.
• Điện trở này thường bị nhầm với từ tính nhưng hoàn toàn là phản ứng điện từ đối với chuyển động hoặc thay đổi trường.

Ví dụ chính: Nếu một nam châm mạnh được thả qua ống nhôm, Nó rơi chậm hơn nhiều so với nó trong không khí.

Điều này xảy ra không phải vì nhôm có từ tính, Nhưng do phanh hiện tại Eddy.

Phanh và bay điện từ

Hành vi nhôm từ dưới từ trường xen kẽ được khai thác trong một số Ứng dụng Kỹ thuật và Công nghiệp, đặc biệt là trong:

• Hệ thống phanh điện từ: Được sử dụng trong các tàu cao tốc và tàu lượn siêu tốc, Đĩa nhôm hoặc tấm đi qua từ trường để tạo ra lực cản, cho phép trơn tru, Phanh không tiếp xúc.
• Sao lấy cảm ứng: Dây dẫn nhôm có thể được đánh dấu bằng cách sử dụng từ trường dao động.
  Đây là nguyên tắc đằng sau một số MAGLEV (bay từ tính) Công nghệ vận tải.
• Thử nghiệm không phá hủy (Ndt): Phương pháp kiểm tra dòng điện xoáy được sử dụng rộng rãi trên các thành phần nhôm để phát hiện các vết nứt, Ăn mòn, và sự không nhất quán vật chất.

Những hiện tượng này không phải là bằng chứng của từ tính nhôm, nhưng của nó Độ dẫn điện cao và tương tác với Các lĩnh vực thay đổi thời gian.

Hiệu ứng da

Các Hiệu ứng da đề cập đến xu hướng của dòng AC tập trung gần bề mặt của dây dẫn. Trong các vật liệu như nhôm, Điều này trở nên rõ rệt ở tần số cao hơn.

Độ sâu mà dòng điện có thể thâm nhập vào được gọi là Độ sâu daTỷ lệ nghịch với căn bậc hai của tần số và tính thấm từ tính.

• Cho nhôm tại 60 Hz, Độ sâu da xung quanh 8.5 mm.
• Ở tần số cao hơn (VÍ DỤ., MHz), Độ sâu da giảm xuống Micron, Làm cho lớp bề mặt trở thành đường dẫn dòng chi phối.
• Điều này có ý nghĩa đối với Vi sóng che chắn, RF sưởi ấm, Và nhiễu điện từ (Emi) sự quản lý.

6. Hợp kim và tạp chất trong nhôm: Ảnh hưởng của họ đối với từ tính

Trong khi nhôm tinh khiết là từ tính với độ mẫn cảm từ tính rất yếu, Hành vi từ tính của nó có thể thay đổi một chút tùy thuộc vào Các yếu tố hợp kim, tạp chất, Và xử lý cơ học.

Cho các kỹ sư, Hạt luyện kim, và nhà thiết kế, Hiểu những sự tinh tế này là rất quan trọng khi chọn loại nhôm cho các ứng dụng liên quan đến từ trường hoặc nhiễu điện từ.

Hầu hết các hợp kim nhôm không từ tính

Phần lớn các hợp kim nhôm thương mại, bao gồm cả 6000 Và 7000 loạt (VÍ DỤ., 6061, 7075)-duy trì Không từ tính trong điều kiện bình thường.

Điều này là do các yếu tố hợp kim chính của họ, chẳng hạn như magie (Mg), Silicon (Và), kẽm (Zn), Và đồng (Cu), Không truyền đạt tính chất từ ​​tính đáng kể.

Loạt hợp kim	Các yếu tố hợp kim chính	Hành vi từ tính
1xxx	Nhôm tinh khiết (>99%)	Không từ tính
2xxx	đồng	Không từ tính
5xxx	Magiê	Không từ tính
6xxx	Mg + Và	Không từ tính
7xxx	Kẽm	Không từ tính

Cái nhìn sâu sắc chính: Cấu trúc tinh thể lõi (FCC) và việc thiếu các electron không ghép đôi trong nhôm và các yếu tố hợp kim chính của nó đảm bảo các vật liệu này không thể hiện hành vi thuận từ từ tính hoặc mạnh mẽ.

Tạp chất có thể giới thiệu các hiệu ứng từ tính

Trong một số trường hợp nhất định, Vi trùng Im hoặc chất gây ô nhiễm-cụ thể sắt (Fe), Niken (TRONG), hoặc coban (Đồng)Lọ có thể gây ra điểm thu hút từ bản địa hóa hoặc yếu:

• Sắt, thường có mặt như là một tạp chất còn lại trong nhôm tái chế hoặc có độ tinh khiết thấp hơn, có thể tạo thành các hợp chất intermetallic như al₃fe, mà có thể trưng bày Phản ứng từ tính cục bộ.
• Niken và Cobalt, Mặc dù hiếm trong hợp kim nhôm điển hình, là sắt từ tính mạnh mẽ và có thể ảnh hưởng đến vật liệu tương tác từ tính tổng thể nếu có số lượng đủ.

Tuy nhiên, Những hiệu ứng này thường là nhỏ và không thể phát hiện mà không có dụng cụ nhạy cảm chẳng hạn như từ kế mẫu rung (VSMS).

Biến dạng cơ học và làm việc lạnh

Các quy trình cơ học như Cuộn lạnh, uốn cong, hoặc vẽ có thể giới thiệu trật khớp, căng cứng, và bất đẳng hướng trong các cấu trúc bằng nhôm.

Tuy nhiên, Những thay đổi này làm không thay đổi phân loại từ tính của vật liệu:

• Nhôm vẫn còn Không từ tính Sau khi biến dạng cơ học.
• Công việc lạnh có thể tăng Điện trở suất, Nhưng điều này không dẫn đến từ tính vĩnh viễn hoặc còn lại.

Mối hàn, Lớp phủ, và ô nhiễm bề mặt

Một số người dùng báo cáo hành vi từ tính trong các bộ phận nhôm sau khi chế tạo.

Trong hầu hết các trường hợp này, nguyên nhân là ô nhiễm bên ngoài thay vì thay đổi hợp kim nhôm:

• Hàn Spatter, đặc biệt là từ các điện cực bằng thép không gỉ hoặc thép carbon, có thể giới thiệu các hạt sắt từ.
• Công cụ thép hoặc liên hệ cố định có thể để lại một lượng vật liệu từ tính trên bề mặt.
• Lớp phủ hoặc plugings (VÍ DỤ., Các lớp dựa trên niken hoặc sắt) có thể dẫn đến từ tính trong các bài kiểm tra bề mặt, trong khi nhôm cơ sở vẫn không từ tính.

Làm sạch thường xuyên và kiểm tra không phá hủy (Ndt) có thể giúp phân biệt giữa các tính chất vật liệu chính hãng và ô nhiễm bề mặt.

7. Ý nghĩa công nghiệp và thực tế

Bản chất phi từ tính của nhôm làm cho nó rất phù hợp cho môi trường nhạy cảm:

• Thiết bị y tế: Nhôm được sử dụng rộng rãi trong các công cụ và cấy ghép tương thích MRI do không tương tác với hình ảnh.
• Điện tử: Trong điện thoại thông minh, Máy tính xách tay, và vỏ, Nhôm cung cấp sức mạnh mà không ảnh hưởng đến từ kế hoặc la bàn.
• Không gian vũ trụ và ô tô: Các thành phần nhôm nhẹ và không từ tính ngăn chặn sự can thiệp điện từ trong hệ thống điện tử hàng không và cảm biến xe.
• Tái chế: Bộ phân loại hiện tại xoáy tách nhôm với vật liệu màu dựa trên phản ứng dẫn điện, Không thu hút từ tính.

8. Nhôm vs. Vật liệu từ tính

Hiểu làm thế nào nhôm so sánh với vật liệu từ tính thực sự là rất cần thiết trong các lĩnh vực như kỹ thuật vật liệu, Thiết kế sản phẩm, và khả năng tương thích điện từ (EMC) lập kế hoạch.

9. Nhôm có thể trở thành từ tính không?

Tự nhiên, nhôm không thể trở thành sắt từ. Tuy nhiên:

• Lớp phủ bề mặt (VÍ DỤ., oxit sắt hoặc niken) có thể thêm phản ứng từ tính vào bề mặt nhôm.
• Vật liệu tổng hợp: Nhôm trộn với Bột từ tính có thể thể hiện hành vi từ tính trong cấu trúc cuối cùng.
• Môi trường đông lạnh: Ngay cả ở nhiệt độ gần bằng không, Nhôm vẫn không từ tính.

10. Những quan niệm sai lầm phổ biến

• “Nhôm có từ tính gần nam châm mạnh: Điều này là do Dòng điện xoáy, không thu hút từ tính thực tế.
• “Tất cả các kim loại đều là từ tính”: Trong thực tế, Chỉ một vài kim loại (sắt, coban, Niken) thực sự là sắt từ.
• Nhôm vs. thép không gỉ: Một số loại thép không gỉ (giống 304) không từ tính; người khác (chẳng hạn như 430) là từ tính.

Hiểu những khác biệt này là điều cần thiết cho Lựa chọn vật liệu và thiết kế sản phẩm.

11. Phần kết luận

Nhôm là a kim loại thuận từ, có nghĩa là nó trưng bày yếu đuối, Hành vi từ tính không cài đặt. Nó không dính vào nam châm, Nó cũng không thể được từ hóa như kim loại màu.

Tuy nhiên, của nó Tương tác với thay đổi từ trường, thông qua dòng điện xoáy, làm cho nó trở thành một vật liệu quan trọng trong Hệ thống điện từ, Môi trường MRI, Và Cấu trúc phi từ tính.

Cho các kỹ sư, nhà thiết kế, và các nhà sản xuất, Nhận biết nhôm nhôm Không từ tính chưa Phản hồi bằng điện Thiên nhiên cho phép thông minh hơn, an toàn hơn, và sử dụng vật liệu hiệu quả hơn trong vô số ứng dụng hiện đại.

 

Câu hỏi thường gặp

Nhôm có bị thu hút bởi một nam châm không?

Nhôm không bị thu hút bởi một nam châm theo cách vật liệu sắt từ như sắt.

Nó là từ tính, có nghĩa là nó có độ mẫn cảm từ tính rất yếu và tích cực, Nhưng hiệu ứng này quá nhỏ để gây ra sự hấp dẫn đáng chú ý trong điều kiện bình thường.

Nhôm có thể trở thành từ hóa vĩnh viễn không?

KHÔNG. Nhôm thiếu cấu trúc điện tử cần thiết cho Ferromagnetism, Vì vậy, nó không thể giữ được từ tính vĩnh viễn như sắt hoặc niken có thể.

Các hợp kim nhôm hoạt động khác nhau từ tính so với nhôm tinh khiết?

Hầu hết các hợp kim nhôm vẫn không từ tính hoặc chỉ có tính từ tính yếu.

Tuy nhiên, Nếu hợp kim chứa tạp chất từ ​​như sắt hoặc niken, nó có thể hiển thị các phản ứng từ tính nhẹ.

Hành vi từ tính nhôm có bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ không?

Hành vi thuận từ nhôm từ khá ổn định với sự thay đổi nhiệt độ và không biểu hiện các hiện tượng như nhiệt độ curie được quan sát thấy trong vật liệu sắt từ.