Là từ tính niken? – Sự thật, Huyền thoại, và những hiểu biết công nghiệp

1. Giới thiệu

Niken thường được liên kết với từ tính, Nhưng câu hỏi Mùi là từ tính niken?” yêu cầu một câu trả lời sắc thái.

Ở nhiệt độ phòng, Niken tinh khiết là sắt từ, Tham gia sắt và coban là một trong những kim loại phổ biến duy nhất có thể được từ hóa và giữ lại từ tính của nó.

Tuy nhiên, Hành vi này không được sửa lỗinhiệt độ, sự thuần khiết, áp lực , và hợp kim Tất cả có thể thay đổi phản ứng từ tính của niken.

Ví dụ, làm nóng niken ngoài nó Nhiệt độ Curie (~ 358 ° C. / 676 ° f) biến nó thành trạng thái thuận từ, Trong khi hợp kim với đồng (VÍ DỤ., Monel) sản xuất các vật liệu về cơ bản là không từ tính.

Những thay đổi này làm cho niken vừa hấp dẫn về mặt khoa học và công nghệ quan trọng.

2. Khoa học về từ tính niken

Hành vi từ tính của niken bắt nguồn từ nó Cấu trúc nguyên tử.

Cấu hình điện tử niken từ [AR] 3D⁸ 4S², nghĩa là nó có Hai electron không ghép đôi trong quỹ đạo 3D của nó. Các electron không ghép đôi này tạo ra một Khoảnh khắc từ tính.

Khi các nguyên tử niken tương tác, các trao đổi tương tác làm cho các vòng quay điện tử lân cận thẳng hàng theo cùng một hướng, dẫn đến Ferromagnetism.

Sự liên kết này hình thành các vùng được gọi miền từ tính, kết hợp để tạo ra từ tính có thể đo được ở cấp độ lớn.

3. Tính chất từ tính của niken tinh khiết

Niken thuần túy là sắt từ ở nhiệt độ phòng, với một khoảnh khắc từ tính của khoảng 0.6 Nam châm Bohr trên mỗi nguyên tử (μB). Sức mạnh của từ tính của nó phụ thuộc vào nhiệt độ:

• Dưới nhiệt độ Curie (TC ~ 358 ° C / 676 ° f / 631 K): Niken duy trì tính sắt mạnh mẽ, với các tên miền phù hợp.
• Trên nhiệt độ curie: Niken trở thành từ tính— Các nguyên tử vẫn còn những khoảnh khắc từ tính, Nhưng kích động nhiệt phá vỡ thứ tự dài.

Quá trình chuyển đổi này rất quan trọng đối với các ứng dụng nhiệt độ cao như tua-bin khí hoặc lò, nơi hợp kim niken có thể mất từ tính.

4. Các yếu tố ảnh hưởng đến từ tính niken

Niken tinh khiết là sắt từ ở nhiệt độ phòng, Nhưng từ tính của nó không cố định.

Cả hai Độ tinh khiết vật chất Và điều kiện bên ngoài—Such làm nhiệt độ, áp lực , và hợp kim - có thể tăng cường đáng kể, suy yếu, hoặc loại bỏ các tính chất từ tính của nó.

Sự thuần khiết: Tạp chất như bộ biến đổi từ tính

Niken cực kỳ tinh khiết (≥99,99%) trưng bày Ferromagnettenthism mạnh nhất có thể, với từ hóa bão hòa của ~ 0,615 Tesla (T).

Ngược lại, Niken thương mại (99.0–99,5%) thường rơi xuống ~ 0,58 t, phần lớn là do tạp chất.

Các yếu tố tạp chất khác nhau đóng vai trò là bộ biến đổi từ tính:

Nhiệt độ

Niken từ Ferromagnetism phụ thuộc vào nhiệt độ cao. Bên dưới nó Nhiệt độ Curie (~ 358 ° C. / 676 ° f / 631 K), Niken duy trì căn chỉnh spin tầm xa.

Sau khi được làm nóng vượt quá ngưỡng này, nó trở thành từ tính, có nghĩa là nó bị thu hút yếu vào từ trường bên ngoài nhưng không thể duy trì từ hóa vĩnh viễn.

Áp suất và cấu trúc tinh thể

Dưới áp lực rất cao hoặc sửa đổi cấu trúc (VÍ DỤ., phim mỏng, cấu trúc nano), Khoảng cách giữa các nguyên tử niken thay đổi.

Điều này làm thay đổi trao đổi tương tác Điều đó ổn định ferromagnetism.

Nghiên cứu cho thấy áp lực cực độ (>30 GPA) có thể triệt tiêu hoặc sửa đổi thứ tự từ tính niken, Làm cho yếu tố này phù hợp trong Địa vật lý và Khoa học Vật liệu áp suất cao.

Hợp kim: Điều chỉnh hành vi từ tính

Tính linh hoạt công nghiệp lớn nhất của Nickel đến từ hợp kim, điều chỉnh từ tính trên toàn bộ phổ đầy đủ từ tính từ tính từ tính từ tính từ tính từ không từ tính.

5. Đo lường tính chất từ tính của niken

Đặc tính chính xác của từ tính niken là rất cần thiết cho trình độ vật chất, kiểm soát chất lượng, và nghiên cứu nâng cao.

Các kỹ sư và nhà khoa học dựa vào một số kỹ thuật đã được thiết lập để định lượng hiệu suất từ tính và đảm bảo sự phù hợp cho các ứng dụng cụ thể.

Mẫu từ kế mẫu (VSM, ASTM A894)

VSM là phương pháp điểm chuẩn để đo các tính chất từ tính của niken, đặc biệt đối với các mẫu nhỏ (550 mg).
Kỹ thuật rung một mẫu trong từ trường, và điện áp cảm ứng tỷ lệ thuận với thời điểm từ tính của nó. VSM cung cấp ba tham số quan trọng:

• Từ hóa bão hòa (Bệnh đa xơ cứng): Phản ứng từ tối đa (~ 0,615 T cho niken tinh khiết).
• Cưỡng chế (HC): sức mạnh trường cần thiết để khử từ mẫu (~ 0,005 bạn cho niken tinh khiết, xác nhận nhân vật từ tính mềm mại của nó).
• Remanence (Br): từ tính dư sau khi loại bỏ trường (~ 0,3 t cho niken).

Phân tích vòng trễ

Đường cong trễ (Các vòng lặp B H H) Minh họa cách niken phản ứng với việc thay đổi từ trường.

Niken thuần túy trưng bày một vòng lặp hẹp, Phản ánh sự cưỡng chế và remanence thấp cho các ứng dụng đòi hỏi phải có chu kỳ từ hóa và khử từ nhanh chóng (VÍ DỤ., Máy biến áp, cảm biến).

Ngược lại, Các hợp kim nam châm vĩnh cửu dựa trên niken như Alnico Hiển thị các vòng rộng, Giữ lại từ tính mạnh mẽ ngay cả khi không có trường bên ngoài.

Kiểm tra hạt từ tính (MPI, ASTM E709)

Mặc dù không phải là phương pháp đo trực tiếp, MPI khai thác Niken từ Ferromagnetism để thử nghiệm không phá hủy.

Một từ trường được áp dụng cho một phần niken, và các hạt sắt được phân tán trên bề mặt của nó. Các hạt thu thập tại sự không liên tục trong đó thông lượng từ tính rò rỉ,"Tiết lộ các vết nứt hoặc khuyết tật.

MPI được sử dụng rộng rãi cho các thành phần quan trọng về an toàn như lưỡi tuabin và thiết bị tách từ tính.

6. Sự liên quan đến công nghiệp của từ tính niken

Hành vi từ tính của Niken không phải là một sự tò mò trong phòng thí nghiệm mà là một tài sản có hậu quả kỹ thuật sâu sắc.

Cho dù bị khai thác hay cố tình đàn áp, Từ tính của nó ảnh hưởng đến cách Niken và Hợp kim của nó được triển khai trên các ngành công nghiệp quan trọng.

Tận dụng ferromagnetism: Ứng dụng từ tính

Niken, Ferromagnetism mềm, đặc trưng bởi tính thấm từ cao và sự ép buộc thấp, làm cho nó trở thành nền tảng của các công nghệ từ tính hiện đại:

• Lưu trữ từ tính: Hợp kim NITHER FE là các đầu đọc/ghi ổ đĩa cứng để đọc/ghi, Trường hợp khả năng chuyển đổi từ hóa của chúng nhanh chóng cho phép dữ liệu được ghi lại và truy xuất với mật độ cao.
• Cảm biến từ tính: Phim niken mỏng được sử dụng trong các cảm biến hiệu ứng Hall và các thiết bị chống từ tính,
  trong đó các biến thể trong thông lượng từ tính chuyển thành tín hiệu điện, Robotics, và tự động hóa công nghiệp.
• Phân tách từ tính: Các con lăn thép mạ niken trong các ngành công nghiệp tái chế và khai thác khai thác khả năng tăng cường trường Niken để thu hút và tách vật liệu sắt từ từ các dòng chất thải.
• Máy biến áp và cuộn cảm: Permalloy (78% TRONG, 22% Fe) đạt được giá trị tính thấm từ tính vượt quá 100,000, cao hơn nhiều so với sắt tinh khiết, cho phép nhỏ gọn, Lõi biến áp và cuộn cảm tiết tiết kiệm năng lượng.

Tránh từ tính: Các ứng dụng phi từ tính

Trong nhiều công nghệ nâng cao, Từ tính không phải là một tài sản mà là một nguy cơ gây ra sự can thiệp hoặc nguy cơ an toàn.

Khả năng hình thành ổn định của niken, Hợp kim không từ tính làm cho nó trở nên vô giá trong các môi trường như vậy:

• Hàng không vũ trụ: Bất tiện 625 và Hastelloy C-276 được sử dụng trong động cơ phản lực và hệ thống điều hướng, Trường hợp hiệu suất phi từ tính đảm bảo độ chính xác của la bàn và hệ thống hướng dẫn điện tử.
• Thiết bị y tế: Máy quét MRI, hoạt động với các trường vượt quá 1,5 Tes3 Tesla, yêu cầu các hợp kim niken vẫn không từ tính theo các trường mạnh (VÍ DỤ., Cả hai hợp kim CR), Đảm bảo cả sự an toàn của bệnh nhân và sự rõ ràng chẩn đoán.
• Điện tử: Hợp kim NITHER CU được thiết kế để giảm thiểu nhiễu từ, đảm bảo ăng -ten, cảm biến, và các mạch tần số vô tuyến chức năng mà không cần che chắn hoặc biến dạng không mong muốn.

Cân bằng từ tính với các thuộc tính khác

Một số lĩnh vực phải điều hòa các yêu cầu từ tính với các nhu cầu chức năng khác như kháng ăn mòn và sức mạnh cơ học:

• Hàng hải Kỹ thuật: Monel 400 (≈65% có, 34% Cu) là ferromag từ yếu, nổi bật một sự thỏa hiệp giữa khả năng chống ăn mòn nước biển và sự gián đoạn tối thiểu của la bàn trên tàu.
• Khám phá dầu và khí: Hợp kim dựa trên niken với từ tính được kiểm soát (VÍ DỤ., 90% TRONG, 10% Fe) được sử dụng trong các công cụ hạ cấp,
  Cung cấp cả khả năng chống ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt và từ tính đủ để ghi lại từ tính của thành tạo đá.
• Hệ thống năng lượng: Hợp kim NITHER FE chuyên dụng cung cấp từ tính phù hợp cho các thành phần của lò phản ứng hạt nhân,
  Cân bằng từ tính thấp (Để ngăn chặn nhiễu loạn từ thông neutron) với tính toàn vẹn cấu trúc cần thiết trong điều kiện bức xạ và nhiệt cực đoan.

7. Những quan niệm sai lầm phổ biến về từ tính niken

Hành vi từ tính của Niken thường bị hiểu lầm, dẫn đến lỗi thiết kế, Lựa chọn hợp kim không phù hợp, hoặc các giả định thiếu sót về hiệu suất.

Dưới đây là những quan niệm sai lầm phổ biến nhất được làm rõ bằng các bằng chứng khoa học:

Quan niệm sai lầm 1: Tất cả các niken là từ tính.

• Tại sao huyền thoại tồn tại: Niken là một trong ba kim loại sắt từ phổ biến (Bên cạnh sắt và coban), Vì vậy, nó thường được khái quát như là một từ tính.
• Sự thật: Niken tinh khiết là sắt từ ở nhiệt độ phòng, Nhưng hợp kim với các yếu tố như đồng, crom, hoặc molypden có thể ức chế tính sắt.
  Ví dụ, Bất tiện 625 (In-cr-i) về cơ bản là không từ tính, trong khi Monel K-500 (Ni -cu -) chỉ là sắt từ yếu.
• Hàm ý: Các kỹ sư phải xác minh thành phần hợp kim thay vì giả sử niken = từ tính.

Quan niệm sai lầm 2: Niken Niken có từ tính như sắt.

• Tại sao huyền thoại tồn tại: Niken và sắt thường được nhóm lại với nhau trong các cuộc thảo luận về kim loại sắt từ.
• Sự thật: Sắt có từ hóa độ bão hòa cao hơn nhiều (~ 2,15 t) so với niken (~ 0,615 t)—OVER CƠ HƠN NHIỀU HƠN.
  Từ tính niken từ yếu hơn, Nhưng khả năng chống ăn mòn vượt trội của nó làm cho nó trở thành vật liệu được lựa chọn trong môi trường mà sắt sẽ nhanh chóng xuống cấp (VÍ DỤ., Cảm biến biển, Cây hóa học).
• Hàm ý: Niken được chọn không cho từ tính tối đa, Nhưng vì sự cân bằng từ tính và độ bền môi trường của nó.

3: Các vật thể mạ niken có từ tính vì lớp niken.

• Tại sao huyền thoại tồn tại: Nhiều đối tượng từ tính ngày "hàng ngày (Tiền xu, công cụ) có khả năng mạ niken.
• Sự thật: Lớp phủ niken cực kỳ mỏng (550 50 m), Quá mỏng để thống trị hành vi từ tính. Từ tính phụ thuộc vào chất nền:

• • Thép mạ niken → từ tính mạnh mẽ (Do lõi thép).
  • Nhôm mạ niken → không từ tính (Vì nhôm không từ tính, Và màng niken mỏng bổ sung ferromagnettism không đáng kể).

• Hàm ý: Mạ niken được sử dụng chủ yếu để chống ăn mòn và thẩm mỹ, Không phải cho chức năng từ tính.

Quan niệm sai lầm 4: Niken Niken mất từ tính trong nước.

• Tại sao huyền thoại tồn tại: Nước làm suy yếu nam châm theo thời gian do ăn mòn vật liệu dựa trên sắt, dẫn đến niềm tin sai lầm rằng nước trực tiếp hủy bỏ từ tính.
• Sự thật: Nước là diamag từ (bị đẩy lùi yếu bởi từ trường), Nhưng hiệu ứng này là không đáng kể. Niken tinh khiết còn lại dưới nước.
  Vật chất là sự ăn mòn của Nickel, khả năng chống oxy hóa đảm bảo nó giữ được từ tính lâu hơn so với sắt không được bảo vệ.
• Hàm ý: Hợp kim niken rất quan trọng trong các cảm biến dưới nước, Điều hướng biển, và các thiết bị điện tử dưới đất nơi cần thiết từ tính ổn định.

8. Dữ liệu tham khảo nhanh: Niken và hợp kim phổ biến

9. Phần kết luận

Niken là từ tính - nhưng không phải lúc nào cũng theo cùng một cách. Niken tinh khiết là sắt từ ở nhiệt độ phòng, Tuy nhiên, nhiệt độ, tạp chất, và hợp kim có thể tăng cường, suy yếu, hoặc đàn áp từ tính của nó.

Sự linh hoạt này làm cho niken trở thành siêu sao trong ngành công nghiệp: Từ permalloy từ tính mềm trong máy biến áp đến không từ tính trong hàng không vũ trụ, Hành vi từ tính của nó được thiết kế để phù hợp với nhiệm vụ.

Hiểu khi nào và tại sao lại Nickel là tính từ tính là chìa khóa để thiết kế các vật liệu hoạt động trong điều kiện thế giới thực.

Câu hỏi thường gặp

Niken tinh khiết là một nam châm vĩnh cửu?

MỘT: Không có niken tinh thể là một Vật liệu từ tính mềm, có nghĩa là nó từ hóa dễ dàng trong một trường bên ngoài nhưng mất hầu hết từ tính khi trường bị loại bỏ (Remanence thấp).

Để tạo nam châm vĩnh cửu, Niken được hợp kim với coban, nhôm, và sắt (VÍ DỤ., Alnico allays), mà có độ còn lại cao.

Niken có thể bị khử từ không?

MỘT: Có - Niken ở trên nhiệt độ Curie của nó (358° C.) hoặc để nó tiếp xúc với một từ trường ngược sẽ làm mất từ sử nó.

Cho các ứng dụng chính xác (VÍ DỤ., Cảm biến từ tính), Việc khử từ (áp dụng từ trường xen kẽ giảm).

Là từ tính niken trong không gian (chân không hoặc không trọng lực)?

MỘT: Có - Chủ nghĩa từ tính là một tài sản của vật liệu, Không phải trọng lực hay bầu không khí.

Niken vẫn giữ được ferromagnetism của nó trong không gian, mặc dù nhiệt độ khắc nghiệt (VÍ DỤ., điều kiện đông lạnh hoặc gần tương lai) có thể thay đổi hành vi của nó (VÍ DỤ., Nhiệt độ lạnh làm tăng thứ tự từ, trong khi nhiệt độ cao trên TC làm cho nó từ tính).

Tại sao niken được sử dụng trong môi trường ghi từ tính?

MỘT: Hợp kim niken-sắt có độ thấm từ cao và cưỡng chế thấp, Làm cho chúng trở nên lý tưởng cho đầu đọc/ghi trong ổ cứng.

Họ có thể phát hiện các tín hiệu từ tính nhỏ từ đĩa và tạo tín hiệu chính xác để ghi dữ liệu phê bình để lưu trữ mật độ cao.

Dị ứng niken có liên quan đến từ tính của nó không?

MỘT: Không có dị ứng nickel nào được gây ra bởi các ion niken (Ăn) Lò ngự từ kim loại và kích hoạt phản ứng miễn dịch, không phải bởi các tính chất từ tính của nó.

Hợp kim niken từ tính và phi từ tính (VÍ DỤ., Bất tiện 625) Cả hai có thể gây dị ứng nếu các ion niken được giải phóng.