Какие металлы способны намагничиваться

Намагничивание металлов

Железоуглеродистые сплавы широко применяются как магнито-мягкие материалы в качестве магнитопроводов электрических машин, трансформаторов, сердечников магнитных усилителей и т. д.

Способность железа притягиваться магнитом и быть самому магнитом была известна очень давно. Очевидно, человек познакомился с этим удивительным свойством, встретив куски магнитного железняка. Впервые магнетизм получил практическое применение в Древнем Египте и Индии — в медицине, в Китае — изобретение компаса (около 3000 лет назад).

Металлов, способных намагничиваться (их назвали ферромагнетиками), всего девять. Более 95 % магнитов, существующих в мире, представляют собой сплавы на основе железа, никеля и кобальта. Остальные шесть металлов — гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий — представители редкоземельных металлов — пока не нашли широкого практического применения, но предвидится их исключительная перспектива.

Еще в школе нам показывали опыт с намагничиванием железа. Кажется, получить постоянный магнит — простейшая задача. Да, не очень сложная. А как увеличить магнитную энергию? Ученые и инженеры, постоянно совершенствуя свойства магнитов, сделали очень много. Так, 60 лет назад металл считался хорошо намагниченным, если он удерживал груз, равный себе по массе. А современные постоянные магниты имеют способность притягивать и поднимать груз, который в 500 раз превышает массу самого магнита. Достигается это термообработкой, легированием и некоторыми другими методами. Основными сплавами для постоянных магнитов на основе железа являются сплавы железо — кобальт — молибден, железо — никель — медь — кобальт и др.

Однако технике необходимы не только постоянные магниты. Необходимы материалы, которые могли бы применяться для усиления и концентрации магнитного потока в качестве магнитопроводов электрических машин, трансформаторов, электромагнитных сердечников. Данная группа сплавов должна обладать малой потерей энергии при перемагничивании. В этом случае на помощь приходит легирование. Железо, содержащее до 5 % кремния, удовлетворяет подобным требованиям.

Следует отметить, что кремний, как и всякая другая примесь, оказывает вредное влияние на магнитные свойства стали, однако он имеет способность вытеснять при плавке углерод, кислород и серу — более вредные примеси. В шлак уходят, например, кислород в виде окиси кремния и углерод в виде графита (кремний способствует графити-зации углерода). Тем самым кремний улучшает магнитные свойства.

В заводской практике стали, содержащие до 2 % кремния, идут на штамповку якорных и статорных наборов со сложной конфигурацией. А стали с высоким содержанием кремния (2—5 %), что сильно ухудшает штампуемость, используют только для получения сердечников трансформаторов, имеющих более простую конфигурацию.

Можно ли получить железо немагнитное? Оказывается, есть такая возможность. Например, сплав железа с никелем (25%), хромом (3 %) и углеродом (0,25 %). Такая сталь применяется для изготовления болтов, стягивающих сердечники трансформаторов, кожухи обмоток.

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Типы металлов, которые притягиваются магнитами

Какие металлы взаимодействуют с магнитами

Различные материалы по-разному реагируют в присутствии магнитов и магнитного поля. Металлы, такие как железо, никель и кобальт, сильно притягиваются к магнитам, и они известны как ферромагнитные металлы. Другие материалы могут слабо притягиваться, и есть даже металлы, которые отталкиваются от магнитов. Черные металлы не только притягиваются магнитами, но и могут намагничиваться, будучи подвергнутыми воздействию магнитного поля.

Ферромагнитные металлы

Ферромагнитные металлы сильно притягиваются к объектам с магнитнымм полями и могут сохранять свои магнитные свойства после удаления магнита от них. Они используются для создания постоянных магнитов. Основными ферромагнитными металлами являются железо, никель, кобальт, гадолиний и диспрозий. Если вы держите кусок ферромагнитного металла рядом с магнитом, то ощутите достаточно сильное притяжение.

Ферромагнитные сплавы

Ферромагнитные сплавы представляют собой материалы, такие как сталь, которая содержит ферромагнитные металлы. Сталь представляет собой комбинацию железа и нескольких других металлов и имеет большую твердость, чем железо. Из-за этой твердости сталь может сохранить свой магнетизм дольше, чем железо. При нагревании до высокой температуры сталь теряет свои магнитные свойства. Это также произойдет с ферромагнитными металлами, такими как никель.

Ферримагнитные материалы

Ферримагнитные материалы представляют собой ферриты, магнетит и магний. Все они имеют оксиды железа в качестве основного компонента, а также оксиды других металлов. Люди впервые обнаружили магнетизм с помощью лодстнонов. Лодстоун – магнетит, который находится естественным образом намагниченным. Магнетит притягивается к магнитным полям, но обычно сам не намагничивается. Ферримагнитные материалы похожи на ферромагнетики, но с более низким магнитным притяжением.

Парамагнитные металлы

Парамагнитные металлы слабо притягиваются к магниту и не сохраняют магнитных свойств при удалении от магнита. К ним относятся медь, алюминий и платина. Магнитные свойства парамагнитных металлов зависят от температуры, а алюминий, уран и платина становятся более притягивающимися для магнитных полей, когда они очень холодные. Парамагнитные вещества имеют гораздо меньшие силы притяжения для магнитов, чем ферромагнитные материалы, и для измерения магнитного притяжения необходимы высокочувствительные инструменты.

Читайте также:  Нью металл что это

Источник

Какие металлы не магнитятся и почему?

Ферромагнитные свойства металлов

Парамагнетики и ферромагнетики

Рассмотрим вариант, когда у каждого атома вещества есть свое магнитное поле. Эти поля разнонаправлены и компенсируют друг друга. Если же рядом с таким веществом положить магнит, то поля сориентируются в одном направлении. У вещества появится магнитное поле, положительный и отрицательный полюс.

Тогда вещество притянется к магниту и само может намагнититься, то есть будет притягивать другие металлические предметы. Так, например, можно намагнитить дома стальные скрепки. У каждой появится отрицательный и положительный полюс и можно будет даже подвесить целую цепочку из скрепок на магнит.

Такие вещества называют парамагнитными.

Ферромагнетики — небольшая группа веществ, которые притягиваются к магнитам и легко намагничиваются даже в слабом поле.

Ферромагнитные металлы

Ферромагнитные металлы сильно притягиваются к объектам с магнитнымм полями и могут сохранять свои магнитные свойства после удаления магнита от них. Они используются для создания постоянных магнитов. Основными ферромагнитными металлами являются железо, никель, кобальт, гадолиний и диспрозий. Если вы держите кусок ферромагнитного металла рядом с магнитом, то ощутите достаточно сильное притяжение.

Ферромагнитные сплавы

Ферромагнитные сплавы представляют собой материалы, такие как сталь, которая содержит ферромагнитные металлы. Сталь представляет собой комбинацию железа и нескольких других металлов и имеет большую твердость, чем железо. Из-за этой твердости сталь может сохранить свой магнетизм дольше, чем железо. При нагревании до высокой температуры сталь теряет свои магнитные свойства. Это также произойдет с ферромагнитными металлами, такими как никель.

Ферримагнитные материалы

Ферримагнитные материалы представляют собой ферриты, магнетит и магний. Все они имеют оксиды железа в качестве основного компонента, а также оксиды других металлов. Люди впервые обнаружили магнетизм с помощью лодстнонов. Лодстоун – магнетит, который находится естественным образом намагниченным. Магнетит притягивается к магнитным полям, но обычно сам не намагничивается. Ферримагнитные материалы похожи на ферромагнетики, но с более низким магнитным притяжением.

Парамагнитные металлы

Парамагнитные металлы слабо притягиваются к магниту и не сохраняют магнитных свойств при удалении от магнита. К ним относятся медь, алюминий и платина. Магнитные свойства парамагнитных металлов зависят от температуры, а алюминий, уран и платина становятся более притягивающимися для магнитных полей, когда они очень холодные. Парамагнитные вещества имеют гораздо меньшие силы притяжения для магнитов, чем ферромагнитные материалы, и для измерения магнитного притяжения необходимы высокочувствительные инструменты.

РедкоЗемельныйМеталл

Баббит

Баббит – антифрикционный сплав на основе олова или свинца, предназначенный для использования в виде слоя, залитого или напыленного по корпусу вкладыша подшипника.

Добавки меди дополнительно увеличивает твердость оловянных баббитов.

Свинцовокальциевый баббит используют в подшипниках подвижного состава железнодорожного транспорта.

Баббит Б83 идет только в ГОСТ чушках с выбитым клемом Б-83.

Если свинца более 0,35% то закрывается как Б-80.

Баббит Б-50 (Sn 49-78% остальное свинец)

Баббит Б-16 (Sn 15-48%, Sb 15-17%, Cu 1.5-2% остальное свинец)

Баббит БН (Sn 10-15%, Sb -10%, остальное Pb)

Вольфрам

Вольфрам (W) — блестящий светло-серый металл, имеющий самые высокие доказанные температуры плавления и кипения, является одним из наиболее тяжёлых, твёрдых и самых тугоплавких металлов, хорошо поддаётся ковке и может быть вытянут в тонкую нить. Встречается в виде проволоки, ленты, экранов от печей и прочих деталей. В очищенном виде вольфрам — серебристо-белый, напоминает по внешнему виду сталь или платину. (не магнитит, имеет желтую искру, может быть радиоактивным)

Вольфрам – хим состав W-99%

Вольфрам ВН (W от 85%, Ni не более 10%)

Вольфрам ВНД (W от 85%, Ni не более 10%, Cu не более 5%)

Вольфрам ВНЖ (W от 85%, Ni не более 10%, Fe не более 3%)

ВК ТК (твердые сплавы) — твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900—1150 °C. В основном изготовляются из высокотвердых и тугоплавких материалов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома, связанные кобальтовой металлической связкой, при различном содержании кобальта или никеля. ВК ТК (проверяется болгаркой) короткая желтая искра, магнитит ВК ТК с наплавками медно-латунные, желтого цвета.

Магниты

Магниты ЮНДК — сплав железа (53 %), алюминия (10 %), никеля (19 %) и кобальта (от 18 %). Зарубежные аналоги называют альнико (англ. Alnico) — акроним от входящих в состав элементов. Сплав обладает высокой остаточной намагниченностью, применяется для изготовления постоянных магнитов. Альнико получают литьем, из порошков и горячей деформацией слитка. Альнико обладает высокой коррозионной устойчивостью, большим значением Br (сила магнитного поля) и стабильностью при высоких температурах (до 550 °C). Материал имеет крупнозернистую структуру, спрессованный в различные формы (диск, полукруг и т.д.)

Молибден

Молибден (Mo) добывают из руд, содержащих до 50% непосредственно вещества, около 30% серы, 9 % кремния и незначительном присутствии других элементов. Фактически руду используют, как концентрат, подвергающийся обжигу. Температура этого этапа составляет 570 — 600 0С, он протекает в специальных печах. Результатом становится огарок, содержащий оксид молибдена, загрязненный примесями. Молибден добавляется в состав стали вместе с рядом других элементов. Процентное содержание определяет тип, полученного продукта: легированная (0,1 — 0,3 %) или инструментальная (3 — 10 %) сталь. Именно его впоследствии используют, когда легируют сталь. Это направление остается основным в применении металла. Лишь 30% добытого молибдена находит место в промышленности, как чистый металл или сплав, где он сохраняет свою первенствующую значимость. Его используют при производстве ядерных реакторов, обшивок космических кораблей.

Читайте также:  Сплавы металлов на английском языке

Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали (Р9, Р18, Р6М5, Р6М3, Р3М3) — легированные стали, предназначенные, главным образом, для изготовления металлорежущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Легирование быстрорежущих сталей вольфрамом, молибденом, ванадием и кобальтом обеспечивает горячую твердость и красностойкость стали. Цифра после буквы «Р» обозначает среднее содержание в ней вольфрама (в процентах от общей массы). Затем указывается после букв М, Ф и К содержание молибдена, ванадия и кобальта. Инструменты из быстрорежущей стали иностранного производства обычно маркируются аббревиатурой HSS. Материал имеет красную короткую искру, которую легко можно отличить от чермета, проведя болгаркой. В приеме сверл обращать на концы сверел, чаще всего они идут железные (доп засор).

Никель

Никель (Ni) — металл серебристого цвета, часто покрыт зеленоватой оксидной плёнкой, которая предотвращает его дальнейшее окисление. Чистый никель — магнитит как чермет, твердый метал, но, тем не менее, очень пластичен, легко поддается ковке, всем видам волочения. Катодный никель имеет неровную шершавую поверхность, используется в гальванике, на болгарку видна короткая красная искра.

Анодный никель, гладкий в отличие от катода, имеет такие же свойства.

Медь (фосфористая) (Cu) имеет широкое применение в металлургии и машиностроении.

Существуют четыре основных области их применения:

  • в качестве раскислителя при плавке меди и латуни, а также ряда других медных сплавов; при выплавке меди из катодов на заводах обработки цветных металлов лигатуру вводят в расплав из расчета 0,10- 0,15% Р;
  • в качестве легирующего элемента при производстве фосфорсодержащих медных сплавов, из которых важнейшими являются деформируемые оловяннофосфористые бронзы типа БрОФ 6,5-0,15, литейные бронзы с содержанием до 1% Р; деформируемые бронзы, содержащие до 0,4%
  • в качестве основного компонента припоев с содержанием фосфора от 3 до 10%; в качестве припоев используется как непосредственно лигатура типа МФ10, так и специально разработанные сплавы ПМФОЦр и ПМФЦЖ, содержащие 3-4 вес. %Р; основным потребителем припоев является машиностроение, в том числе производство бытовой техники.

Прецизионные сплавы

Прецизионные сплавы — это те сплавы, которые характеризуются специальными физ. свойствами (электрическими, магнитными, тепловыми, упругими). Их уровень в значительной мере продиктован точностью химического состава, структурой, отсутствием вредных примесей. Чаще всего они изготавливаются на основе никеля, железа, меди, кобальта, ниобия и пр. Прецизионные сплавы имеют очень широкий спектр свойств. Например, может быть необходимо, чтобы в них наблюдалось чрезвычайно малое изменение физ. параметров при изменении тем-ры, магнитного или электрического полей, нагрузок (получаем инвар, элинвар, константан, перминвар). Иногда необходимо наоборот получить значительное изменение физ. параметров при изменении условий (получаем пермаллой, алюмель, хромель, пружинные сплавы, термобиметаллы и пр.).

Медно-никелевый сплав

Медно-никелевый сплав — сплавы на медной основе и содержащие в качестве основного легирующего элемента никель. В результате смешивания меди и никеля полученный сплав обладает повышенной стойкостью против коррозий, а электросопротивление и прочность возрастают. Медно-никелевые сплавы существуют двух типов электротехнические и конструкционные. К конструкционным сплавом относятся нейзильбер и мельхиор. К электротехническим относятся копель и константан

Титан

Титан (Ti) – цветной металл, имеющий серебристо-белую окраску, внешне напоминает сталь. Высокие антикоррозийные свойства и способность выдерживать большинство агрессивных сред делают этот металл незаменимым для химической промышленности. Из титана (его сплавов) изготавливают трубопроводы, емкости, запорную арматуру, фильтры, используемые при перегонке и транспортировке кислот и других химически активных веществ. Он востребован при создании приборов, работающих в условиях повышенных температурных показателях. (ярко-белая искра)

Олово

Олово (Sn) — пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета. Используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (луженое железо) для изготовления тары, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Чистое олово обладает низкой механической прочностью при комнатной температуре (можно согнуть оловянную палочку, при этом слышится характерный треск, обусловленный трением отдельных кристаллов друг о друга).

Припои используются в электротехнике, для пайки трубопроводов. Такие сплавы могут содержать до 97% олова, медь и сурьму, увеличивающие твердость и прочность сплава.

Сурьма

Сурьма (Sb) – элемент, который добывается из руд. Сурьмяными рудами называют минеральные образования с содержанием сурьмы в таких количествах, чтобы при извлечении чистого металла, получить максимальный экономический и промышленный эффект. В чистом виде сурьма считается одним из самых хрупких металлов, но при сплаве с другими металлами она увеличивает их твердость и не происходит процесс окисления при обычных условиях. Эти достоинства заслуженно оценили в промышленной сфере, и теперь сурьма добавляется во многие сплавы. Не магнитит и не искрит, имеет крупнозернистую структуру и легко колется.

Читайте также:  Два технологических свойства металлов

Висмут

Висмут (Bi) — серебристо-белый металл, переливающийся различными оттенками. Чистый висмут отливает преимущественно розовым. Металл, в котором доминирует какой-либо другой цвет, является аллотропной модификацией. Висмут самый диамагнитный металл из всех существующих. Его магнитная восприимчивость равна 1,34·10−9 при 293 K. И данное качество, при наличии висмута, можно заметить невооруженным взглядом. Если подвесить образец металла на нитку и поднести к нему магнит, то он заметно от него отклонится. Висмут ценится за свою легкоплавкость, из него изготавливают модели для отливки сложных деталей, поскольку висмут имеет повышенные литейные свойства, и может заполнить мельчайшие детали формы. Им заливают металлографические шлифы, используют в протезировании.

Сплав Розе

Сплав Розе назван в честь германского химика Валентина Розе Старшего. Состав сплава: олово (25%), свинец (25%), висмут (50%). Сплав Вуда имеет в своем составе (12,5%) Кадмия, что делает его гораздо токсичнее. Представляют собой небольшие гранулы или прутки серебристого цвета. Температура плавления сплава Розе порядка +94..+96 °C (Сплава Вуда +68,5 °C), что позволяет им расплавляться и прибывать в жидком состоянии в кипящей воде, применяют для пайки и улучшения технических качеств деталей в приборах. С помощью этих кусочков металла соединяют алюминий, медь, серебро, латунь, никель и лудят платы и ювелирные изделия.

Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1—4 % Zn в виде сульфида, в природе как самородный металл не встречается, используется для восстановления благородных металлов. Цинк всех марок, кроме марки ЦВ00, изготовляют в виде чушек массой 19 — 25 кг и блоков массой 500, 1000 кг. Цветная маркировка чушки и блока (ЦО — одна полоса белого цвета, Ц1 — одна полоса зеленого цвета)

Феррованадий

Феррованадий — ферросплав, содержит от 35 до 80 % V. Его получают восстановлением окислов ванадия углеродом, кремнием или алюминием. Основным сырьем для получения феррованадия служит пяти-окись ванадия, получаемая из концентратов ванадиевых руд или из железных руд с повышенным содержанием ванадия. Затем этот чугун перерабатывают в сталеплавильных печах ( мартен, конвертор) с окислением ванадия и обогащением получаемого при этом шлака окислами ванадия.

Ферромолибден

Ферромолибден — ферросплав, содержащий 50-60 % молибдена, используют вместо чистого молибдена при легировании стали, чугуна и сплавов. Добавка молибдена в чугун увеличивает его прочность и сопротивление износу.

Нихром

Нихром — общее название группы сплавов, состоящих, в зависимости от марки сплава, из 55—78 % никеля, 15—23 % хрома, с добавками марганца, кремния, железа, алюминия. Нихром обладает высокой жаростойкостью в окислительной атмосфере (до 1250 °C), высоким удельным электрическим сопротивлением (1,05—1,4 Ом·мм?/м), имеет минимальный температурный коэффициент электрического сопротивления. Он имеет повышенную жаропрочность, крипоустойчивость, пластичность, хорошо держит форму.

Нихром — дорогостоящий сплав, но, учитывая его долговечность и надёжность, цена не представляется чрезмерной.

Диамагнетики

У диамагнетиков магнитные поля внутри каждого атома скомпенсированы. В этом случае при внесении вещества в магнитное поле к собственному движению электронов добавится движение электронов под действием поля. Это движение электронов вызовет дополнительный ток, магнитное поле которого будет направлено против внешнего поля. Поэтому диамагнетик будет слабо отталкиваться от расположенного рядом магнита.

Итак, если подойти с научной точки зрения к вопросу, какие металлы не магнитятся, ответ будет – диамагнитные.

Распределение парамагнетиков и диамагнетиков в периодической системе элементов Менделеева

Магнитные свойства простых веществ периодично изменяются с увеличением порядкового номера элемента.

Вещества, не притягивающиеся к магнитам (диамагнетики), располагаются преимущественно в коротких периодах – 1, 2, 3. Какие металлы не магнитятся? Это литий и бериллий, а натрий, магний и алюминий уже относят к парамагнетикам.

Вещества, притягивающиеся к магнитам (парамагнетики), расположены преимущественно в длинных периодах периодической системы Менделеева – 4, 5, 6, 7.

Однако последние 8 элементов в каждом длинном периоде также являются диамагнетиками.

Кроме того, выделяют три элемента – углерод, кислород и олово, магнитные свойства которых различны у разных аллотропных модификаций.

К тому же называют еще 25 химических элементов, магнитные свойства которых установить не удалось вследствие их радиоактивности и быстрого распада или сложности синтеза.

Магнитные свойства лантаноидов и актиноидов (все они являются металлами) меняются незакономерно. Среди них есть и пара- и диамагнетики.

Выделяют особые магнитоупорядоченные вещества – хром, марганец, железо, кобальт, никель, свойства которых изменяются незакономерно.

Научная точка зрения

Чтобы определить, какие металлы не магнитятся, нужно выяснить, как все металлы вообще могут относиться к магнитам и магнитному полю. По отношению к внесенному магнитному полю все вещества делят на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Они непрерывно движутся, что создает магнитное поле. Магнитные поля электронов одного атома могут усиливать друг друга или уничтожать, что зависит от направления их движения. Причем скомпенсированы могут быть:

  • Магнитные моменты, вызванные движением электронов относительно ядра – орбитальные.
  • Магнитные моменты, вызванные вращением электронов вокруг своей оси — спиновые.

Если все магнитные моменты равны нулю, вещество относят к диамагнетикам. Если скомпенсированы только спиновые моменты — к парамагнетикам. Если поля не скомпенсированы – к ферромагнетикам.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл