روی مغناطیسی است? | روی خالص, آلیاژهای روی & فولاد زینک اندود

روی مغناطیسی است? پاسخ کوتاه این است نه - نه به معنای متعارف.

روی خالص به طور کلی به عنوان یک فلز دیامغناطیسی طبقه بندی می شود, به این معنی که مغناطیس دائمی از خود نشان نمی دهد و توسط یک میدان مغناطیسی اعمال شده خارجی ضعیف دفع می شود.

با این حال, این سوال زمانی جالب تر می شود که روی در کاربردهای مهندسی عملی در نظر گرفته شود.

روی اغلب در گالوانیزه استفاده می شود, دایکستینگ, آلیاژهای روی, باتری, پوشش ها, و قطعات الکتریکی, که در آن رفتار مغناطیسی آن می تواند تحت تأثیر ترکیب آلیاژ قرار گیرد, ناخالصی, دما, ساختار, و وجود فلزات دیگر.

بنابراین درک خواص مغناطیسی روی نه تنها برای علم مواد اولیه بلکه برای شناسایی فلز نیز مفید است, بازیافت, تولید, جداسازی مغناطیسی, بازرسی پوشش, و طراحی اجزا.

1. روی مغناطیسی است?

روی خالص به معنای متعارف مغناطیسی نیست. در دمای اتاق, روی یک است فلز دیامغناطیسی به جای یک ماده فرومغناطیسی.

دیامغناطیس شکل بسیار ضعیفی از رفتار مغناطیسی است. هنگامی که یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال می شود, الکترون های روی به گونه ای پاسخ می دهند که یک گشتاور مغناطیسی بسیار کوچک در مقابل میدان اعمال شده ایجاد می کند.

در شرایط عادی, این اثر بسیار ضعیف تر از آن است که روی را به وضوح جذب آهنربای خانگی کند.

بنابراین, وقتی مردم می پرسند آیا روی مغناطیسی است یا خیر, پاسخ مهندسی عملی این است:

روی خالص در شرایط عادی جاذبه فرومغناطیسی مفیدی از خود نشان نمی دهد.

با این حال, این کار را انجام می دهد نه به این معنی که هر محصول ساخته شده از روی لزوماً غیر مغناطیسی خواهد بود.

2. خواص مغناطیسی روی خالص

روی خالص است دیامغناطیسی, به این معنی که به یک میدان مغناطیسی خارجی با یک گشتاور مغناطیسی بسیار ضعیف در مقابل میدان اعمال شده پاسخ می دهد.

اگرچه این رفتار از نظر علمی قابل اندازه گیری است, برای ایجاد جاذبه آشنای مرتبط با آهن بسیار ضعیف است, نیکل, یا کبالت.

چرا روی خالص دیامغناطیس است؟

رفتار مغناطیسی روی ارتباط نزدیکی با ساختار الکترونیکی آن دارد. یک اتم روی خنثی دارای پیکربندی الکترونی است:

[آر] 3d¹⁰ 4s²

هر دو 3پوسته های الکترونی d و 4s کاملاً اشغال شده اند, بنابراین روی هیچ الکترون جفت نشده ای در حالت پایه خود ندارد.

هنگامی که یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال می شود, حرکت این الکترون های جفت شده اندکی تغییر می کند.

این یک گشتاور مغناطیسی بسیار کوچک را القا می کند که با میدان مغناطیسی اعمال شده مخالف است, تولید پاسخ دیامغناطیسی مشخصه.

دیامغناطیس در واقع تقریباً در همه مواد تا حدی وجود دارد.

با این حال, مواد حاوی الکترون های جفت نشده ممکن است اثرات پارامغناطیس یا فرومغناطیسی بسیار قوی تری را نشان دهند که بر رفتار مغناطیسی آنها غالب است..

زیرا روی خالص هیچ الکترون جفت نشده ای ندارد که بتواند چنین اثرات قوی تری ایجاد کند, دیامغناطیس آن مشخصه مغناطیسی غالب باقی می ماند.

حساسیت مغناطیسی کمی

حساسیت مغناطیسی (ساعت) مقدار قدرت مغناطیسی یک ماده در پاسخ به میدان اعمالی را تعیین می کند.

برای مواد دیامغناطیس, حساسیت یک عدد منفی کوچک است, منعکس کننده رفتار دفعی.

• در دمای اتاق, حساسیت مغناطیسی جرم روی جامد با خلوص بالا تقریباً است -0.19 × 10-6 سانتی متر مکعب بر گرم.
• برای مقایسه, آهن خالص دارای حداکثر حساسیت موثر تقریبا یک میلیون بار قوی تر است.

این ضعف شدید به این معنی است که نیروی دافعه روی یک تکه روی خالص بسیار کوچکتر از آن است که بتوان آن را با آهنرباهای مصرفی معمولی حس کرد یا دید..

زیر یک آهنربای نئودیمیوم قدرتمند N52, یک فویل روی معلق نازک ممکن است دافعه به سختی قابل درک باشد; برای قطعات روی فله, هیچ اثر قابل مشاهده ای رخ نمی دهد.

3. آیا آلیاژهای روی مغناطیسی هستند?

رایج ترین آلیاژهای روی فرومغناطیسی نیستند و بنابراین جاذبه قوی نسبت به یک آهنربای دائمی معمولی نشان نمی دهند.

با این حال, رفتار مغناطیسی باید از روی ارزیابی شود ترکیب واقعی آلیاژ و ساخت اجزا

آلیاژهای روی تجاری معمولاً با آلومینیوم آلیاژ می شوند, مس, منیزیم, و سایر عناصر برای بهبود قدرت, قابلیت استفاده, شکل پذیری, مقاومت در برابر سایش, یا ثبات بعدی.

این افزودنی های آلیاژی معمولاً آلیاژهای روی معمولی را به مواد بسیار فرومغناطیسی تبدیل نمی کنند..

4. آیا روی به آهنربا می چسبد؟?

برای تمام اهداف عملی روزمره, نه - روی خالص به آهنربا نمی چسبد.

آهنربای یخچال فریت استاندارد هیچ نیروی جاذبه یا دافعه قابل اندازه گیری بر روی یک قطعه جامد از روی خالص اعمال نمی کند..

حتی با آهنرباهای نئودیمیوم قوی, نیروی دافعه دیا مغناطیسی آنقدر ضعیف است که نمی تواند قطعات روی فله ای را در برابر گرانش بلند یا حرکت دهد..

این اثر فقط در تنظیمات آزمایشگاهی با دقت پیکربندی شده با نمونه های معلق سبک وزن و آهنرباهای با قدرت میدان بالا قابل مشاهده است..

دو مورد مهم لبه این نتیجه گیری را تایید می کند:

1. فویل روی نازک با آهنرباهای فوق العاده قوی: فویل روی بسیار نازک آویزان شده از یک نخ ظریف ممکن است انحراف بسیار جزئی را از یک آهنربای نئودیمیوم قوی نشان دهد., نشان دادن دافعه دیامغناطیسی.
   این یک اثر نمایشی آزمایشگاهی است, پدیده ای نیست که در استفاده عادی با آن مواجه می شویم.
2. روی ناخالص یا آلیاژی: روی کم عیار با ناخالصی های قابل توجه آهن ممکن است جاذبه ضعیفی از خود نشان دهد. این خاصیت ناخالصی هاست, نه خود روی.

در هر بافت معمولی خانگی یا صنعتی, این دقیق است که بگوییم روی به آهنربا نمی چسبد.

5. آیا دما بر مغناطیس روی تأثیر می گذارد؟?

بله, اما نه آنطور که بسیاری از مردم انتظار دارند.

دما بر حساسیت مغناطیسی مواد تأثیر می گذارد, و پاسخ مغناطیسی روی می تواند با دما متفاوت باشد.

با این حال, تحت شرایط معمولی صنعتی و مصرفی, این تغییرات هستند خیلی کوچکتر از آن است که روی خالص به طور ناگهانی مانند یک فلز قوی مغناطیسی رفتار کند.

نقطه ذوب روی تقریباً است 419.5درجه سانتی گراد, بنابراین در دماهای به اندازه کافی بالا، مواد می توانند دستخوش تغییرات فیزیکی عمده شوند, از جمله ذوب شدن.

اما این را نباید با گذار از روی دیامغناطیس معمولی به ماده شدیدا فرومغناطیسی اشتباه گرفت..

یک تمایز مهم

برای فلزات فرومغناطیسی مانند آهن, دما می تواند به شدت بر نظم مغناطیسی تأثیر بگذارد. بالاتر از دمای کوری, یک ماده فرومغناطیسی نظم فرومغناطیسی دوربرد خود را از دست می دهد.

روی انجام می دهد نه تحت یک نوع انتقال فرومغناطیسی به پارامغناطیس قرار می گیرد زیرا در شرایط عادی فرومغناطیسی نیست..

بنابراین:

حرارت دادن روی بسیاری از خواص فیزیکی آن را تغییر می دهد, اما تغییرات دمای معمولی روی خالص را به یک فلز مغناطیسی معمولی تبدیل نمی کند.

6. چرا محصولات روی اغلب مغناطیسی به نظر می رسند؟

تضاد ظاهری بین روی ماهیت ذاتا دیامغناطیس و رفتار مغناطیسی برخی از محصولات حاوی روی معمولاً ناشی از این واقعیت است که اجزای تجاری به ندرت از روی خالص به تنهایی ساخته می شوند..

پوشش ها, بسترها, ترکیب آلیاژی, سخت افزار تعبیه شده, و آلودگی همگی می تواند بر نتیجه یک آزمایش آهنربایی ساده تأثیر بگذارد.

در عمل, چهار موقعیت برای اکثر مواردی که در آن یک محصول شناسایی شده به عنوان "روی" به نظر می رسد مغناطیسی است را شامل می شود.

فولاد گالوانیزه: رایج ترین منبع سردرگمی

فولاد گالوانیزه از یک بستر فولادی پوشیده شده با پوشش محافظ روی تشکیل شده است. لایه روی خود غیر فرومغناطیسی است, اما فولاد زیر آن به شدت فرومغناطیسی است.

در نتیجه, آهنربا می تواند به راحتی به میخ گالوانیزه بچسبد, ورق, بست, لوله, یا جزء ساختاری. جاذبه مغناطیسی در درجه اول از بستر فولادی, نه از پوشش روی.

پوشش روی معمولاً بسیار نازک‌تر از بستر فولادی است - اغلب در حدود ده‌ها میکرومتر, بسته به فرآیند گالوانیزه و مشخصات.

چنین لایه غیر فرومغناطیسی نازکی از رسیدن میدان مغناطیسی به فولاد زیرین جلوگیری نمی کند..

بنابراین, یک جزء گالوانیزه مغناطیسی نباید به عنوان مدرکی مبنی بر مغناطیسی بودن خود تفسیر شود.

زیرلایه های فرومغناطیسی با روکش روی

همین اصل در مورد اجزای روی آبکاری شده.

روکش روی معمولاً برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی و ایجاد یک سطح محافظ روی قطعات فولادی و آهنی اعمال می شود.

پوشش روی اساساً خواص مغناطیسی زیرلایه زیرین را تغییر نمی دهد.

به عنوان مثال:

بست فولادی → روکش روی → پاسخ مغناطیسی

سطح بیرونی ممکن است شبیه روی به نظر برسد, اما آهنربا در درجه اول با هسته فولادی فرومغناطیسی در حال تعامل است.

این امر به ویژه هنگام شناسایی بست ها مهم است, سخت افزار, براکت ها, و قطعات خودرو فقط بر اساس ظاهر و تست آهنربا.

ناخالصی های فرومغناطیسی و آلودگی مواد

روی با خلوص بالا دیامغناطیس است, اما مواد تجاری ممکن است حاوی مقادیر کمی از عناصر دیگر یا بقایای فرآوری باشند.

آلودگی ناشی از آهن بسیار مهم است زیرا آهن و بسیاری از فازهای حاوی آهن به شدت مغناطیسی هستند.

ذرات فرومغناطیسی وارد شده در حین ذوب, ماشینکاری, سنگ زنی, دست زدن, یا ذخیره سازی ممکن است جاذبه مغناطیسی موضعی ایجاد کند.

با این حال, بزرگی این اثر به شدت به این بستگی دارد تمرکز, فرم, توزیع, و ویژگی مغناطیسی ناخالصی.

بنابراین گمراه کننده است که فرض کنیم عناصر کمیاب آلیاژی به طور خودکار آلیاژ روی را مغناطیسی می کنند..

برای یک آلیاژ روی معمولی که به درستی ساخته شده است, یک پاسخ مغناطیسی توده قابل توجه به طور کلی باید بررسی سریع ترکیب مواد را انجام دهد, بستر, درج می کند, یا آلودگی به جای اینکه به خود روی نسبت داده شود.

درج های فولادی و سازه های کامپوزیت روی

بسیاری از محصولات ریخته گری روی در واقع هستند مجموعه های چند ماده ای.

یک محفظه روی, برای مثال, ممکن است گنجانده شود:

• درج های رزوه ای فولادی
• پین و شفت فولادی
• بست های فرومغناطیسی
• چشمه
• عناصر تقویت کننده
• سایر اجزای فلزی تعبیه شده

بنابراین یک آهنربا ممکن است ناحیه خاصی از محصول را جذب کند، حتی اگر ریخته‌گری روی اولیه غیر فرومغناطیسی باقی بماند..

این می تواند به ویژه زمانی گمراه کننده باشد که جزء فولادی به طور کامل در داخل ریخته گری روی محصور شده باشد و از نظر بصری قابل شناسایی نباشد..

7. روی در مقابل. سایر فلزات رایج: مقایسه مغناطیسی

یک راه مفید برای درک روی، مقایسه آن با فلزات آشنا است.

8. چگونه می توان مغناطیسی بودن یک جزء روی را آزمایش کرد؟

یک تست آهنربایی ساده می تواند اطلاعات اولیه مفیدی را ارائه دهد, اما نباید به عنوان یک روش قطعی شناسایی مواد در نظر گرفته شود.

تست پایه آهنربا

1. از آهنربای دائمی شناخته شده استفاده کنید.
2. سطح قطعه را تمیز کنید.
3. چندین ناحیه مختلف را تست کنید.
4. مشاهده کنید که آیا آهنربا به شدت جذب می شود یا خیر, ضعیف جذب شده است, یا بی تاثیر.
5. اگر فقط یک ناحیه آهنربا را جذب کند, آن ناحیه را برای درج فولادی یا سایر اجزای فرومغناطیسی بررسی کنید.

تفسیر نتیجه

برای تایید مواد در ساخت, روش های قابل اطمینان تر شامل تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی است, XRF, طیف سنجی انتشار نوری, متالوگرافی, اندازه گیری چگالی, یا آزمایش خواص مغناطیسی آزمایشگاهی, بسته به سطح اطمینان مورد نیاز.

9. چرا رفتار غیر مغناطیسی روی در مهندسی اهمیت دارد؟

رفتار دیامغناطیسی ضعیف روی بیش از یک ویژگی ماده اساسی است.

آن ماهیت غیر فرومغناطیسی, همراه با مقاومت در برابر خوردگی آن, قابلیت استفاده, و دمای ذوب نسبتا پایین, مزایای عملی را در تولید فراهم می کند, بازرسی, الکترونیک, فرآوری مواد معدنی, و بازیافت.

مهمتر, کاربردهای مهندسی عموماً به وجود روی متکی هستند به طور موثر در شرایط عملیاتی عادی غیر مغناطیسی است, به جای خود نیروی دیامغناطیس بسیار ضعیف.

اندازه گیری مغناطیسی پوشش های روی

یکی از واضح ترین کاربردهای مهندسی اندازه گیری است ضخامت پوشش روی روی فولاد.

ضخامت سنج های پوشش مغناطیسی از پاسخ مغناطیسی قوی زیرلایه فولادی فرومغناطیسی و ویژگی غیر فرومغناطیسی پوشش روی استفاده می کنند..

این ابزار تعامل مغناطیسی بین پروب خود و فولاد را از طریق لایه روی اندازه گیری می کند و پاسخ اندازه گیری شده را به ضخامت پوشش تبدیل می کند..

این باعث می شود اندازه گیری مغناطیسی سریع باشد, روش غیر مخرب برای بازرسی فولاد گالوانیزه یا روکش روی.

به عبارت ساده شده:

زیرلایه فولادی فرومغناطیسی + پوشش روی غیر فرومغناطیسی = جداسازی مغناطیسی قابل اندازه گیری بین پروب و بستر.

این روش به ویژه برای کنترل کیفیت ارزشمند است زیرا اندازه گیری ها را می توان بدون برش انجام داد, آسیب رسان, یا برداشتن پوشش محافظ.

کاهش تداخل مغناطیسی در تجهیزات

آلیاژهای روی همچنین می توانند در مواردی که برهمکنش مغناطیسی بیش از حد نامطلوب است مفید باشند.

برای قطعاتی مانند محفظه سنسور, محفظه های ابزار, سخت افزار الکترونیکی, و مجموعه های مکانیکی دقیق,

یک ماده ساختاری غیر فرومغناطیسی احتمال کمتری دارد که جاذبه مغناطیسی قوی ایجاد کند یا به طور قابل توجهی در طول سرویس مغناطیسی شود..

این می تواند به کاهش تعامل ناخواسته با:

• سنسورهای مغناطیسی
• سیستم های تشخیص موقعیت
• ابزار دقیق الکترونیکی
• تجهیزات اندازه گیری دقیق
• مکانیسم های الکترومغناطیسی

با این حال, مناسب بودن واقعی یک آلیاژ روی باید با توجه به کاربرد ارزیابی شود.

ترکیب آلیاژی, آلودگی آهن, درج فولادی, و اجزای فرومغناطیسی مجاور می توانند تأثیر بسیار بیشتری نسبت به دیامغناطیس ذاتی روی داشته باشند..

فرآوری مواد معدنی و بهره مندی از روی

خصوصیت غیر فرومغناطیسی روی نیز در این زمینه اهمیت دارد فرآوری مواد معدنی.

در طول بهره‌برداری از سنگ‌های معدنی حاوی روی, جداسازی مغناطیسی می تواند برای حذف مواد معدنی آهن دار قوی مغناطیسی یا سایر آلاینده های فرومغناطیسی از جریان های معدنی استفاده شود..

بنابراین تفاوت در پاسخ مغناطیسی بین فازهای حاوی آهن و مواد حاوی روی می تواند به استراتژی های جداسازی کمک کند..

اثربخشی دقیق به کانی شناسی سنگ معدن بستگی دارد, زیرا روی در اشکال مختلف شیمیایی و کانی شناسی وجود دارد و ممکن است ارتباط نزدیکی با مواد معدنی آهن دار داشته باشد..

دسته بندی ضایعات آهنی و غیرآهنی

جداسازی مغناطیسی به طور گسترده در بازیافت فلزات استفاده می شود زیرا روشی سریع برای تشخیص فراهم می کند فلزات آهنی از مواد غیر آهنی.

فولاد و آهن به شدت جذب جداکننده های مغناطیسی می شوند, در حالی که روی, آلومینیوم, مس, و بسیاری از آلیاژهای آنها چنین نیستند.

بنابراین، اجزای روی می توانند از ضایعات آهنی عبور کرده یا با استفاده از سیستم های مرتب سازی مناسب طراحی شده، جدا شوند.

این اصل به ویژه برای:

• ضایعات ریخته گری روی
• بازیابی فلز گالوانیزه
• بازیافت خودرو
• ضایعات ساختمانی و تخریب
• ضایعات تولید فلزات مخلوط

10. باورهای غلط رایج روشن شد

تصور غلط 1: اگر آهنربا به فلز گالوانیزه بچسبد, روی مغناطیسی است.

این نادرست است. جاذبه مغناطیسی از زیرلایه فولادی زیر پوشش روی می آید.

لایه روی خود دیامغناطیس است و هیچ نیروی جذابی ایجاد نمی کند. یک قطعه مستقل روی خالص با همان ضخامت، هیچ جذابیتی را نشان نمی دهد.

تصور غلط 2: "غیر مغناطیسی به این معنی است که هیچ تعامل مغناطیسی وجود ندارد."

دیامغناطیس یک تعامل فیزیکی واقعی است - بسیار ضعیف است.

با آهنرباهای قوی یا تجهیزات حساس آزمایشگاهی, نیروی دافعه روی خالص قابل اندازه گیری می شود. غایب نیست; به سادگی نمی توان آن را در شرایط عادی مشاهده کرد.

تصور غلط 3: تمام آلیاژهای روی غیر مغناطیسی هستند.

این کاملاً به ترکیب بستگی دارد. آلیاژهای استاندارد ریخته گری روی آلومینیوم با محتوای آهن کم عملاً غیر مغناطیسی هستند, اما آلیاژهایی با افزودن عمدی یا تصادفی عناصر فرومغناطیسی می توانند جاذبه مغناطیسی قابل اندازه گیری از خود نشان دهند..

مشخص‌کننده‌های مواد باید خواص مغناطیسی را به صراحت برای کاربردهایی که اهمیت دارند تأیید کنند.

تصور غلط 4: اگر فلزی به آهنربا نچسبد, باید فولاد ضد زنگ باشد.»

بسیاری از مردم به طور خودکار هر فلز نقره ای رنگ غیر مغناطیسی را فولاد ضد زنگ فرض می کنند.

روی, آلومینیوم, برنج و مس همگی در شرایط روزمره غیر مغناطیسی هستند. رفتار غیر مغناطیسی به تنهایی فلز خاصی را شناسایی نمی کند.

11. نتیجه گیری

روی خالص فرومغناطیسی نیست. این یک فلز دیامغناطیسی است و معمولاً به آهنربای دائمی معمولی نمی چسبد.

اکثر آلیاژهای روی معمولی, از جمله نمرات معمول ریخته گری روی, به همین ترتیب در شرایط عادی به طور موثر غیر فرومغناطیسی هستند.

بزرگترین منبع سردرگمی است محصولات دارای پوشش روی یا حاوی روی. فولاد گالوانیزه, برای مثال, می تواند به شدت مغناطیسی باشد زیرا فولاد زیرین فرومغناطیسی است حتی اگر سطح آن با روی پوشانده شده باشد.

برای کاربردهای مهندسی, تمایز بین روی خالص, آلیاژ روی, پوشش روی, و مجموعه حاوی روی بنابراین ضروری است.

یک تست آهنربایی ساده برای غربالگری اولیه مفید است, اما شناسایی دقیق مواد باید بر تجزیه و تحلیل شیمیایی یا متالورژیکی تکیه کند که گواهینامه مواد مهم است.

 

سوالات متداول

آیا آلیاژهای روی می توانند مغناطیسی باشند؟?

آلیاژهای ریخته گری استاندارد روی مانند زاماک 3 در شرایط عادی به طور موثر غیر مغناطیسی هستند.

آلیاژهای ویژه با آهن قابل توجه, افزودنی های نیکل یا کبالت ممکن است جاذبه مغناطیسی ضعیفی را از فازهای بین فلزی فرومغناطیسی نشان دهند., اما این خاصیت عناصر آلیاژی است, نه ماتریس روی.

آیا روی کم و بیش از آلومینیوم مغناطیسی است?

در اصطلاحات روزمره, هر دو غیر مغناطیسی هستند و یکسان رفتار می کنند.

از نظر فیزیکی, روی دیامغناطیس است (ضعیف دفع می شود) در حالی که آلومینیوم پارامغناطیس است (ضعیف جذب شده است). هیچ اثری با آهنرباهای معمولی قابل توجه نیست.

آیا حرارت دادن روی خواص مغناطیسی آن را تغییر می دهد؟?

برای اهداف عملی, نه. حساسیت دیامغناطیسی روی خالص تقریباً مستقل از دما در کل محدوده جامد آن است.

مغناطیس ضعیف ناشی از ناخالصی های آهن نیز در دمای معمولی سرویس بدون تغییر باقی می ماند.

آیا روی می تواند مغناطیسی شود?

خیر. روی نمی تواند مغناطیسی شود زیرا الکترون جفت نشده ندارد.

چرا روی غیر مغناطیسی است؟?

روی غیر مغناطیسی است زیرا ساختار الکترونی آن دارد ([آر] 3d¹⁰ 4s²) الکترون جفت نشده ندارد. همه الکترون ها جفت هستند, بنابراین هیچ گشتاور مغناطیسی خالص وجود ندارد.