Подробно про магнитные и немагнитные металлы

Магнитные и немагнитные металлы играют важную роль в технике. Магнетизм является основой для многих применений. В то же время, это свойство может быть нежелательным в определенных обстоятельствах. Поэтому важно знать, какие металлы являются магнитными, а какие - нет.

Говоря простым языком, магнетизм - это сила, которая может притягивать или отталкивать магнитные объекты. Магнитные поля, пронизывающие различные среды, являются посредниками этой силы.

По умолчанию магнетизм является свойством некоторых материалов. Однако некоторые материалы могут быть намагничены или размагничены в зависимости от требований.

Магнетизм в металлах создается неравномерным распределением электронов в атомах некоторых металлических элементов. Неравномерное вращение и движение, вызванное этим неравномерным распределением электронов, перемещает заряд внутри атома вперед и назад, создавая магнитные диполи.

Электрический ток способен создавать магнитные поля и наоборот. Когда электрический ток проходит через провод, он создает вокруг него круговое магнитное поле. Точно так же, если поднести магнитное поле к хорошему проводнику электричества, в проводнике начинают течь электрические токи.

Эта удивительная взаимосвязь между электричеством и магнетизмом привела к созданию множества гениальных устройств.

Существуют различные классификации магнитов. Один из способов отличить магнитные металлы друг от друга - это то, как долго действуют их свойства. Исходя из этого, мы можем классифицировать магниты следующим образом:

• Постоянные;
• Временные;
• Электромагниты.

Давайте рассмотрим каждый из них более подробно.

Постоянные магниты

Постоянные магниты создают магнитное поле благодаря своей внутренней структуре. Они не так легко теряют свой магнетизм. Постоянные магниты изготавливаются из ферромагнитных материалов, которые не перестают создавать свое магнитное поле независимо от внешнего воздействия. Таким образом, они устойчивы к размагничивающим силам.

Чтобы понять, что такое постоянные магниты, мы должны рассмотреть внутреннюю структуру магнитных материалов. Материал проявляет магнитные свойства, когда его домены выровнены в одном направлении. Домены - это мельчайшие магнитные поля, которые присутствуют в кристаллической структуре материала.

В ферромагнитных материалах домены идеально выровнены. Существуют различные способы их выравнивания, но самым надежным методом является нагрев магнита до определенной температуры. Эта температура различна для разных материалов и приводит к постоянному выравниванию доменов в одном направлении.

Именно благодаря аналогичным условиям, существующим в земном ядре, оно ведет себя как постоянный магнит.

Временные магниты

Временные магниты, как следует из названия, сохраняют свои магнитные свойства только при определенных условиях. Мягкие материалы с низкими магнитными свойствами, такие как отожженное железо и сталь, являются примерами временных магнитов. Они становятся магнитными в присутствии сильного магнитного поля.

Вы наверняка видели, как скрепки прикрепляются друг к другу, когда рядом находится постоянный магнит. Каждая скрепка становится временным магнитом, притягивающим другие скрепки в присутствии магнитного поля. Как только постоянный магнит убирают, скрепки теряют свои магнитные свойства.

Электромагниты

Электромагниты - это магниты, которые создают магнитное поле, когда через них проходит электрический ток. Они имеют различные сферы применения. Например, в двигателях, генераторах, реле, наушниках и т.д. используются электромагниты.

В электромагнитах катушка проволоки наматывается вокруг ферромагнитного сердечника. Подключение провода к источнику электричества создает сильное магнитное поле. Ферромагнитный материал еще больше усиливает его. Электромагниты могут быть очень сильными в зависимости от силы электрического тока.

Они также позволяют включать и выключать магнитное поле нажатием кнопки.

Возьмем пример магнитного крана, используемого для сбора металлолома на свалке. С помощью электромагнита мы можем поднимать металлолом, пропуская через него электрический ток. Чтобы бросить металлолом, все, что нам нужно сделать, это отключить электричество, подаваемое на магнит.

Другим интересным примером использования электромагнитов является поезд на магнитной подушке. Поезд на магнитной подушке буквально отталкивается от рельсов и левитирует. Это возможно только тогда, когда электрический ток проходит через электромагниты на корпусе поезда. Это значительно снижает сопротивление, с которым сталкивается поезд во время движения. Благодаря этому такие поезда имеют очень высокую скорость.

Существуют различные способы, с помощью которых металл может взаимодействовать с магнитом. Это зависит от внутренней структуры материалов. Металлы можно классифицировать как:

• Ферромагнитные;
• Парамагнитный;
• Диамагнитные;

В то время как магниты сильно притягивают ферромагнитные металлы, они лишь слабо притягивают парамагнитные. Диамагнитные материалы, с другой стороны, демонстрируют слабое отталкивание, когда находятся рядом с магнитом. По-настоящему магнитными считаются только ферромагнитные металлы.

Давайте рассмотрим некоторые из наиболее известных магнитных металлов. Некоторые из них магнитятся всегда. Другие, например, нержавеющая сталь, обладают магнитными свойствами только при определенном химическом составе.

Железо

Железо - чрезвычайно известный ферромагнитный металл. Фактически, это самый сильный ферромагнитный металл. Оно является составной частью земного ядра и придает магнитные свойства нашей планете. Именно поэтому Земля сама по себе действует как постоянный магнит.

Различные кристаллические структуры обуславливают различные свойства железа.

Никель

Никель - еще один популярный магнитный металл с ферромагнитными свойствами. Как и железо, его соединения присутствуют в земном ядре. Исторически никель использовался для изготовления монет.

Сегодня никель находит применение в батареях, покрытиях, кухонных инструментах, телефонах, зданиях, транспорте и ювелирных изделиях. Значительная часть никеля используется для производства ферроникеля для нержавеющей стали.

Благодаря своим магнитным свойствам никель также входит в состав магнитов AlNiCo (изготовленных из алюминия, никеля и кобальта). Эти магниты сильнее, чем магниты из редкоземельных металлов, но слабее, чем магниты на основе железа.

Кобальт

Кобальт - важный ферромагнитный металл. Более 100 лет превосходные магнитные свойства кобальта способствовали развитию различных областей его применения.

Кобальт можно использовать как для производства мягких, так и твердых магнитов. Мягкие магниты, в которых используется кобальт, имеют преимущества перед другими мягкими магнитами. А именно, у них высокая точка насыщения, температура Кюри в диапазоне 950...990° Цельсия. Таким образом, их можно использовать в высокотемпературных cистемах.

Кобальт и его сплавы используются в жестких дисках, ветряных турбинах, аппаратах МРТ, двигателях, приводах и датчиках.

Сталь

Сталь также обладает ферромагнитными свойствами, поскольку она происходит из железа. Большинство сталей притягиваются к магниту. При необходимости сталь можно использовать для изготовления постоянных магнитов.

Рассмотрим на примере стали EN C15D. Эта марка стали содержит от 98,81 до 99,26% железа. Таким образом, очень большой процент этой марки стали составляет железо. Следовательно, ферромагнитные свойства железа распространяются и на сталь.

Нержавеющая сталь

Некоторые виды нержавеющей стали являются магнитными, а некоторые - нет. Легированная сталь становится нержавеющей, если в ней содержится не менее 10,5% хрома. Из-за различий в химическом составе существуют различные типы нержавеющей стали.

Ферритные нержавеющие стали

Ферритные и мартенситные нержавеющие стали являются магнитными благодаря составу и молекулярной структуре. Аустенитные стали, с другой стороны, не проявляют ферромагнитных свойств из-за другой молекулярной структуры. Это делает их пригодными для использования в оборудовании МРТ.

Структурное различие обусловлено количеством никеля. Он укрепляет оксидный слой для лучшей защиты от коррозии, но при этом изменяет структуру нержавеющей стали.

Редкоземельные металлы

Наряду с вышеупомянутыми металлами, соединения некоторых редкоземельных элементов также обладают превосходными ферромагнитными свойствами. Гадолиний, самарий, неодим - все это примеры магнитных редкоземельных металлов.

Из перечисленных металлов в сочетании с железом, никелем и кобальтом можно изготовить магниты с различными свойствами. Эти магниты обладают специфическими свойствами, необходимыми для определенных применений.

Например, самарий-кобальтовые магниты используются в турбомашинах, электродвигателях высокого класса и т.д.

Какие металлы не являются магнитными?

Только несколько металлов в периодической таблице менделеева являются магнитными. Большинство других распространенных металлов являются немагнитными. Давайте рассмотрим некоторые из них.

Алюминий

Кристаллическая структура алюминия, как и лития и магния, делает его немагнитным. Все три материала являются популярными примерами парамагнитных металлов.

Хотя алюминий может подвергаться нескольким видам коррозии, он известен своей устойчивостью к агрессивным средам. Это, наряду с его легким весом, делает его полезным металлом во многих отраслях промышленности.

Золото

Золото - это диамагнитный металл, как и большинство других металлов. В чистом виде золото немагнитно и проявляет лишь слабое отталкивание по отношению к магнитам, как и все диамагнитные металлы.

Серебро

Серебро - еще один немагнитный металл. Это свойство делает возможным выявление поддельного серебра. Если "серебряные" монеты или украшения притягиваются к магнитам, это что-то другое.

Медь

Медь сама по себе не магнитна, но в некоторой степени взаимодействует с магнитами. Это свойство помогает вырабатывать электричество на электростанциях.

Магнитные и немагнитные металлы имеют различные свойства, которые влияют на их обработку на станках. Вот несколько аспектов, которые можно рассмотреть:

Инструменты и оборудование: Для обработки магнитных металлов на станках часто используются инструменты из твердосплавных материалов, таких как карбид вольфрама, для обеспечения высокой стойкости и эффективности. Для немагнитных металлов могут применяться другие типы инструментов, например из высокоскоростной стали.

Технологии обработки: Некоторые технологии обработки, такие как электроэрозионная обработка, могут быть более эффективны для немагнитных металлов из-за их особых свойств, таких как низкая теплопроводность. В то время как магнитные металлы могут более успешно обработаны, на фрезерных или токарных станках.

Склонность к заусенцам и обтиранию: Магнитные металлы могут иметь более выраженную склонность к заусенцам и обтиранию при обработке на станках, особенно при использовании инструментов из твердосплавных материалов.

Сложность обработки: Некоторые немагнитные металлы могут быть более сложны в обработке на станках из-за их мягкости или специфических свойств, таких как высокая пластичность или склонность к образованию осколков.

При достаточно большом магнитном поле все виды металлов будут взаимодействовать с магнитом. Это происходит потому, что в металлах возникают вихревые токи, когда они подвергаются воздействию движущегося магнитного поля.

Используя этот принцип, металлоискатели способны обнаруживать немагнитные металлы, такие как золото, серебро. Но для большинства практических целей этого взаимодействия недостаточно, что ограничивает возможные варианты использования.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Область применения и интересные факты о меди»‎ и «‎Особенности отделки труб из нержавеющей стали»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!