Նիկելը աշխարհի ամենակարևոր ինժեներական մետաղներից մեկն է, գնահատվում է իր բացառիկ կոռոզիոն դիմադրության համար, Բարձր ջերմաստիճանի կատարում, լեգիրման գերազանց բնութագրեր, և յուրահատուկ մագնիսական հատկություններ.
Այն կարևոր դեր է խաղում արդյունաբերության մեջ՝ սկսած օդատիեզերական և էլեկտրոնիկայից մինչև քիմիական վերամշակում, վերականգնվող էներգիա, Բժշկական սարքեր, և ճշգրիտ արտադրություն.
Անկախ նրանից, թե օգտագործվում է չժանգոտվող պողպատից, գերհամաձուլվածքներ, վերալիցքավորվող մարտկոցներ, կամ էլեկտրամագնիսական բաղադրիչներ, Նիկելը ունի այնպիսի հատկություններ, որոնք կարող են միաժամանակ ապահովել մի քանի այլ մետաղներ.
Այս հատկությունների թվում, մագնիսականություն հաճախ հարցեր է առաջացնում. Շատերը գիտեն, որ երկաթը մագնիսական է, մինչդեռ պղինձն ու ալյումինը չկան.
Նիկելը գրավում է հետաքրքիր դիրք, քանի որ այն միակներից մեկն է երեք տարրական մետաղներ, որոնք բնականաբար ֆերոմագնիսական են սենյակային ջերմաստիճանում, երկաթի հետ միասին (Անք) և կոբալտ (Կառք).
Սակայն, Նիկելի մագնիսական վարքը ավելի բարդ է, քան պարզ այո կամ ոչ.
Գործոններ, ինչպիսիք են խառնուրդի կազմը, ջերմաստիճան, բյուրեղային կառուցվածք, սառը աշխատանք, և ջերմային բուժումը կարող է զգալիորեն փոխել դրա մագնիսական աշխատանքը.
1. Is Nickel Magnetic?
Ինչ է նիկելը?
Նիկել (քիմիական նշան Մեջ, ատոմային համարը 28) Գրուպին պատկանող արծաթափայլ անցումային մետաղ է 10 պարբերական համակարգից.
Այն ունի կոռոզիոն դիմադրության հիանալի համադրություն, կոշտություն, առաձգականություն, էլեկտրական հաղորդունակություն, և ջերմային կայունություն, դարձնելով այն ժամանակակից արդյունաբերության մեջ ամենատարածված համաձուլվածքային տարրերից մեկը.
| Ունեցվածք | Արժեք |
| Քիմիական խորհրդանիշ | Մեջ |
| Ատոմային համարը | 28 |
| Բյուրեղյա կառուցվածքը | Դեմքի կենտրոնացած խորանարդ (FCC) |
| Ատոմային քաշը | 58.69 գ/մոլ |
| Խտություն | 8.90 գ / սմ |
| Հալման կետ | 1455° C (2651° f) |
| Եռման կետ | 2913° C (5275° f) |
| Mal երմային հաղորդունակություն | 90.9 W / m · k |
| Էլեկտրական հաղորդունակություն | Մոտավորապես 22% IACS |
| Էլեկտրական դիմադրողականություն | 6.99 × 10⁻8 Ω·մ |
| Mal երմային ընդլայնման գործակից | 13.4 × 10⁻6 /K |
| Հատուկ ջերմային հզորություն | 444 J/kg·K |
Կարճ Պատասխան: Այո. Նիկելը բնականաբար ֆերոմագնիսական է
Պարզ պատասխանն է այո.
Մաքուր նիկելն է բնականորեն ֆերոմագնիսական սենյակային ջերմաստիճանում. Սա նշանակում է, որ կարող է:
- Ուժեղ ձգվեք մշտական մագնիսներով.
- Դարձեք մագնիսացված արտաքին մագնիսական դաշտի տակ.
- Պահպանեք իր մագնիսացման մի մասը արտաքին դաշտը հեռացնելուց հետո.
- Ձևավորեք մագնիսական տիրույթներ, որոնք հավասարեցվում են մշտական մագնիսական դաշտ առաջացնելու համար.
Նիկելը պատկանում է տարրական մետաղների բացառիկ խմբին, որոնք սովորական պայմաններում ինքնաբուխ ֆերոմագնիսականություն են ցուցաբերում.
| Տարր | Բնականաբար ֆերոմագնիսական է սենյակային ջերմաստիճանում | Կյուրիի ջերմաստիճանը |
| Երկաթ (Անք) | Այո | 770° C |
| Կոբալտ (Կառք) | Այո | 1,115° C |
| Նիկել (Մեջ) | Այո | 358° C |
Իր Կյուրիի ջերմաստիճանից բարձր, նիկելն այլևս իրեն չի պահում որպես ֆերոմագնիսական նյութ և փոխարենը դառնում է պարամագնիսական, միայն թույլ է արձագանքում արտաքին մագնիսական դաշտերին.
Ինչու է նիկելը մագնիսական
Նիկելի մագնիսականությունը առաջանում է նրա կողմից էլեկտրոնային կառուցվածքը-մասնավորապես, էլեկտրոնների դասավորությունը նրա 3d ուղեծրում. Նիկելն ունի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա [Ար] 3d⁸ 4s².
Սա նշանակում է, որ կան երկու չզույգված էլեկտրոններ 3d ենթափեղկում. Այս չզույգված էլեկտրոնները ստեղծում են զուտ մագնիսական մոմենտ.
Երբ հարակից ատոմների մագնիսական մոմենտները հավասարվում են նույն ուղղությամբ, նյութը դառնում է ֆերոմագնիսական.
Այս հավասարեցումը պայմանավորված է քվանտային մեխանիկական երևույթով, որը կոչվում է փոխանակման փոխազդեցություն, որը նպաստում է որոշակի մետաղների էլեկտրոնի սպինների զուգահեռ դասավորությանը.
Նիկելի մեջ, փոխանակման փոխազդեցությունը բավականաչափ ուժեղ է, որպեսզի պահպանի պտույտի զուգահեռ հավասարեցումը մինչև 358°C (Կյուրիի ջերմաստիճանը).
2. Հասկանալով մագնիսականությունը մետաղներում
Ինչ է մագնիսականությունը?
Մագնիսականությունը ֆիզիկական երևույթ է, որն առաջանում է ատոմների ներսում էլեկտրոնների շարժումից և սպինից.
Յուրաքանչյուր էլեկտրոն առաջացնում է փոքրիկ մագնիսական դաշտ, բայց արդյոք նյութը նկատելի մագնիսականություն է ցուցաբերում, կախված է նրանից, թե ինչպես են այս ատոմային մագնիսական պահերը միասին փոխազդում.
Մետաղների մեծ մասում, առանձին մագնիսական պահերը կամ զուգակցվում են հակառակ պտույտների հետ կամ մնում են պատահականորեն կողմնորոշված, ինչը հանգեցնում է քիչ կամ ընդհանրապես դիտվող մագնիսականության.
Ֆերոմագնիսական նյութերում, ինչպիսիք են նիկելը, սակայն, Հարևան ատոմային մոմենտները բավականաչափ ուժեղ են փոխազդում մեծ շրջանների վրա ինքնաբերաբար հավասարվելու համար, արտադրելով չափելի մագնիսական դաշտ.
Մագնիսական նյութերի հիմնական տեսակները
| Տիպ | Սահմանում | Մագնիսական վարքագիծ | Օրինակներ |
| Ferromagnetic | Ուժեղ գրավչություն; պահպանում է մագնիսացումը; մագնիսական մոմենտները հավասարեցվում են զուգահեռ. | Բարձր զգայունություն; հիստերեզ; մագնիսական տիրույթներ. | Երկաթ, նիկել, կոբալտ, և դրանց համաձուլվածքները. |
| Ֆերիմագնիսական | Ուժեղ գրավչություն; մագնիսական պահերը հավասարեցվում են հակազուգահեռ, բայց անհավասար. | Նման է ֆերոմագնիսականին, բայց ավելի թույլ. | Մագնետիտ (Fe₃O4), ֆերիտներ. |
| Հակաֆերոմագնիսական | Շատ թույլ գրավչություն; մագնիսական պահերը հավասարեցվում են հակազուգահեռաբար. | Զգայունությունը մեծանում է ջերմաստիճանի հետ. | Քրոմ, մանգանի օքսիդներ. |
Պարամագնիսական |
Շատ թույլ գրավչություն; ոչ մի պահպանում; պահերը համընկնում են արտաքին դաշտի հետ. | Ջերմաստիճանի հետ զգայունությունը նվազում է (Կյուրիի օրենքը). | Ալյումին, պլատինե, տիտղոս. |
| Դիամագնիսական | Շատ թույլ վանողություն; ոչ մշտական պահեր; առաջացած պահերը հակադրվում են դաշտին. | Զգայունությունը բացասական է. | Պղնձ, կապար, բիսմութ, ջրմուղ. |
3. Ինչու է նիկելը ֆերոմագնիսական
Նիկելի ֆերոմագնիսականությունը հիմնված է ոչ թե դասական էլեկտրամագնիսականության, այլ քվանտային մեխանիկայի սկզբունքների վրա.
Ի տարբերություն սովորական մետաղների, Նիկելն ունի էլեկտրոնային կառուցվածք, որը թույլ է տալիս միլիոնավոր ատոմային մագնիսական մոմենտների համագործակցել և հարթեցնել մեծ շրջաններում, ստեղծելով ուժեղ մակրոսկոպիկ մագնիսական դաշտ.
Այս երեւույթը առաջանում է էլեկտրոնի սպինի համակցված ազդեցություններից, փոխանակման փոխազդեցություններ, բյուրեղային կառուցվածք, և մագնիսական տիրույթի ձևավորում.
Նիկելի ատոմային կառուցվածքը
Նիկելի ատոմները պարունակում են 28 էլեկտրոններ դասավորված միջուկի շուրջ 28 պրոտոններ.
Մինչդեռ ներքին էլեկտրոնները սերտորեն կապված են և քիչ են նպաստում մագնիսական վարքագծին, արտաքինը 3դ էլեկտրոններ որոշիչ դեր խաղալ.
Նիկելը բյուրեղանում է ա դեմքի կենտրոնացված խորանարդ (FCC) վանդակավոր սենյակային ջերմաստիճանում.
Այս բարձր կարգի ատոմային դասավորությունը հարեւան նիկելի ատոմները դնում է այնքան մոտ, որ դրանց էլեկտրոնային ալիքային ֆունկցիաները համընկնեն, թույլ տալով ուժեղ մագնիսական փոխազդեցություններ ամբողջ բյուրեղում.
Էլեկտրոնի կոնֆիգուրացիա
Նիկելի հիմնական վիճակի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան է:
[Ար] 3d⁸ 4s²
Մասամբ լցված 3դ ուղեծրային պարունակում է չզույգված էլեկտրոններ, յուրաքանչյուրն ունի ներքին մագնիսական մոմենտ՝ էլեկտրոնի սպինի պատճառով.
Եթե այս պահերը մնան պատահականորեն կողմնորոշված, նյութը կցուցաբերեր միայն թույլ պարամագնիսականություն. Փոխարեն, Նիկելի ատոմային կառուցվածքը թույլ է տալիս հարևան սպիններին համագործակցել.
Փոխանակման փոխազդեցություն
Նիկելի ֆերոմագնիսականության համար պատասխանատու հիմնական մեխանիզմը փոխանակման փոխազդեցություն, քվանտային մեխանիկական էֆեկտ, որն առաջանում է հարևան էլեկտրոնային ալիքի ֆունկցիաների համընկնումից.
Այս փոխազդեցությունը նպաստում է հարակից էլեկտրոնների սպինների զուգահեռ հավասարեցմանը, քանի որ այն նվազագույնի է հասցնում բյուրեղի ընդհանուր էներգիան. Արդյունքում:
- Հարևան ատոմային մագնիսական պահերը համընկնում են ինքնաբուխ.
- Զարգանում են միատեսակ մագնիսացված ատոմների մեծ տարածքներ.
- Մագնիսացում գոյություն ունի նույնիսկ առանց արտաքին մագնիսական դաշտի.
Չնայած առանձին նիկելի ատոմի մագնիսական մոմենտը ավելի փոքր է, քան երկաթինը, միլիարդավոր ատոմների հավաքական դասավորվածությունը առաջացնում է զգալի մագնիսական վարքագիծ.
Մագնիսական տիրույթներ
Ընդհանուր մագնիսական էներգիան նվազեցնելու համար, նիկելը իրեն չի պահում որպես մեկ հսկա մագնիս.
Փոխարեն, այն բաժանված է բազմաթիվ մանրադիտակների մագնիսական տիրույթներ, յուրաքանչյուրը պարունակում է միլիոնավոր ատոմներ, որոնց մագնիսական մոմենտները հավասարեցված են նույն ուղղությամբ.
Նիկելի չմագնիսացված կտորի մեջ:
- Դոմենները ուղղված են տարբեր ուղղություններով.
- Նրանց մագնիսական դաշտերը հիմնականում ջնջում են մեկը մյուսին.
- Նյութը քիչ արտաքին մագնիսականություն է ցուցադրում.
Երբ ենթարկվում է արտաքին մագնիսական դաշտի:
- Ընդլայնվում են բարենպաստ կողմնորոշված տիրույթները.
- Դոմենի պատերը շարժվում են.
- Ատոմային պտույտները պտտվում են դեպի կիրառվող դաշտը.
- Ընդհանուր մագնիսացումն արագորեն աճում է.
Եթե մագնիսական դաշտը բավականաչափ ուժեղ է, տիրույթների մեծ մասը հավասարեցվում է, և նիկելը մոտենում է մագնիսական հագեցվածություն.
Կյուրիի ջերմաստիճանը
Նիկելը ֆերոմագնիսական է մնում միայն դրա տակ Կյուրիի ջերմաստիճանը, մոտավորապես 358° C (631 Ք).
Այս ջերմաստիճանից ցածր:
- Փոխանակման փոխազդեցությունները գերակշռում են.
- Մագնիսական տիրույթները մնում են կայուն.
- Պահպանվում է ուժեղ ֆերոմագնիսական վարքագիծ.
Կյուրիի ջերմաստիճանից բարձր:
- Ջերմային էներգիան խախտում է պտույտի հավասարեցումը.
- Մագնիսական տիրույթները փլուզվում են.
- Նիկելը անցնում է ա պարամագնիսական նյութական, դրսևորելով միայն թույլ մագնիսականություն արտաքին դաշտում.
Ջերմաստիճանից կախված այս անցումը կարևոր նշանակություն ունի այն ծրագրերում, որոնք ներառում են բարձր աշխատանքային ջերմաստիճաններ, ինչպիսիք են էլեկտրական շարժիչները, գեներատորներ, սենսորներ, և բարձր ջերմաստիճանի արդյունաբերական սարքավորումներ.
4. Նիկելի մագնիսականության վրա ազդող գործոններ
Չնայած մաքուր նիկելն իր էությամբ ֆերոմագնիսական է, նրա մագնիսական վարքը հաստատուն չէ սպասարկման բոլոր պայմաններում.
Մագնիսացման ուժը, մագնիսական թափանցելիություն, իսկ մագնիսական կայունությունը կարող է զգալիորեն փոխվել՝ կախված ջերմաստիճանից, համաձուլվածքի կազմը, մեխանիկական մշակում, Միկրոկառուցվածք, և շրջակա միջավայրի գործառնական միջավայրը.
Ջերմաստիճան
Ջերմաստիճանը նիկելի մագնիսականության վրա ազդող ամենաազդեցիկ գործոնն է.
Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, ջերմային էներգիան առաջացնում է ավելի մեծ ատոմային թրթռում, աստիճանաբար խաթարելով ֆերոմագնիսականության համար պատասխանատու մագնիսական տիրույթների հավասարեցումը.
Դրա տակ Կյուրիի ջերմաստիճանը (մոտավորապես 358°C / 676° f), նիկելը պահպանում է ինքնաբուխ մագնիսացում և ցուցադրում է ուժեղ ֆերոմագնիսական վարքագիծ.
Երբ ջերմաստիճանը մոտենում է Կյուրիի կետին, մագնիսական թափանցելիությունը և հագեցվածության մագնիսացումը արագորեն նվազում են.
Կյուրիի ջերմաստիճանը գերազանցելուց հետո, մագնիսական տիրույթները փլուզվում են, իսկ նիկելը փուլային անցում է կատարում ֆերոմագնիսական նյութից պարամագնիսականի.
Այս վիճակում, այն միայն թույլ է արձագանքում արտաքին մագնիսական դաշտին և այլևս չի պահպանում մշտական մագնիսացումը.
Կարևորը, այս փոխակերպումը շրջելի է. Եթե նյութը սառչում է Կյուրիի ջերմաստիճանից ցածր՝ առանց էական միկրոկառուցվածքային փոփոխությունների կամ օքսիդացման ենթարկվելու, նրա ֆերոմագնիսական հատկությունները վերականգնվել են.
| Temperature երմաստիճանի միջակայքը | Մագնիսական վարքագիծ | Ինժեներական ազդեցություններ |
| 300°C-ից ցածր | Կայուն ֆերոմագնիսականություն | Հարմար է մագնիսական բաղադրիչների մեծ մասի համար |
| 300-358°C | Մագնիսականությունը աստիճանաբար թուլանում է | Նվազեցված մագնիսական արդյունավետություն |
| 358°C-ից բարձր | Պարամագնիսական | Հարմար չէ մագնիսական կիրառությունների համար |
| Կյուրի կետից ցածր սառչելուց հետո | Վերականգնվում է ֆերոմագնիսականությունը | Մագնիսական հատկությունները հիմնականում վերականգնվում են |
Ալյումինե կազմը
Լեգիրային տարրերի ավելացումը մեծ ազդեցություն ունի նիկելի մագնիսական բնութագրերի վրա, քանի որ այն փոխում է էլեկտրոնային կառուցվածքը և բյուրեղային ցանցը։.
Տարրեր, ինչպիսիք են երկաթ մի քանազոր կոբալտ ընդհանուր առմամբ ուժեղացնում է ֆերոմագնիսական վարքը՝ մեծացնելով մագնիսական փոխանակման փոխազդեցությունները, համաձուլման հավելումներ, ներառյալ քրոմ, մոլիբդեն, մանգան, պղնձ, եւ սիլիկոն հակված են նվազեցնել մագնիսական թափանցելիությունը՝ կայունացնելով ոչ մագնիսական փուլերը կամ խախտելով մագնիսական տիրույթի հավասարեցումը.
Հետեւաբար, Նիկելի համաձուլվածքները ցուցադրում են մագնիսական վարքի լայն սպեկտր.
Նիկել-երկաթի համաձուլվածքներ, ինչպիսիք են Permalloy հատուկ նախագծված են տրանսֆորմատորների համար չափազանց բարձր մագնիսական թափանցելիության հասնելու համար, մագնիսական պաշտպանություն, և ճշգրիտ սենսորներ.
Ի հակադրություն, բարձր արդյունավետությամբ կոռոզիոն դիմացկուն համաձուլվածքներ, ինչպիսիք են Ինքնորոշ, Հաստելո, և բազմաթիվ գնահատականներ Մանգաղ նախատեսված են հիմնականում մեխանիկական և քիմիական աշխատանքի համար, ինչը հանգեցնում է թույլ կամ գրեթե ոչ մագնիսական բնութագրերի.
Սա բացատրում է, թե ինչու միայն նիկելի պարունակությունը չի կարող օգտագործվել՝ կանխատեսելու համար, թե արդյոք խառնուրդը ուժեղ մագնիսական կլինի.
Բյուրեղային կառուցվածք և միկրոկառուցվածք
Նիկելի մագնիսական վարքը սերտորեն կապված է դեմքի կենտրոնացված խորանարդի հետ (FCC) բյուրեղային կառուցվածքը և նյութի ներսում մագնիսական տիրույթների դասավորությունը.
Հացահատիկի չափը, հացահատիկի կողմնորոշում, փուլային բաշխում, նստվածքները, և բյուրեղային թերությունները բոլորն էլ ազդում են մագնիսական տիրույթի պատերի շարժման վրա.
Միատեսակ հատիկներով և ցածր ներքին լարվածությամբ նյութերը սովորաբար ավելի կայուն և կանխատեսելի մագնիսական կատարում են ցուցադրում, մինչդեռ տարասեռ միկրոկառուցվածքները կարող են նվազեցնել մագնիսական թափանցելիությունը և մեծացնել մագնիսական հիստերեզը.
Արտադրական գործընթացների ժամանակ, ինչպիսիք են ձուլումը, դավաճանություն, շարժակազմ, կամ ջերմային բուժում, Հացահատիկի մորֆոլոգիայի փոփոխությունները և մնացորդային սթրեսը փոփոխում են տիրույթի կառուցվածքը, ինչը հանգեցնում է մագնիսական հատկությունների չափելի տատանումների, նույնիսկ երբ քիմիական բաղադրությունը մնում է անփոփոխ.
Սառը աշխատանք և մնացորդային սթրես
Սառը գլորման ժամանակ առաջացած մեխանիկական դեֆորմացիա, նկարչություն, ճռում, դրոշմում, կամ հաստոցավորումը փոխում է նիկելի ներքին լարվածության բաշխումը և ազդում մագնիսական տիրույթների շարժունակության վրա.
Սառը աշխատանքը մեծացնում է տեղահանման խտությունը և մնացորդային սթրեսը, ստեղծելով խոչընդոտներ, որոնք խոչընդոտում են տիրույթ-պատի շարժումը.
Արդյունքում, Ստիպողականությունը հաճախ մեծանում է, մինչդեռ մագնիսական թափանցելիությունը նվազում է. Ճշգրիտ էլեկտրամագնիսական բաղադրիչներում, Չափազանց սառը դեֆորմացիան կարող է նվազեցնել մագնիսական արդյունավետությունը և մեծացնել հիստերեզի կորուստները.
Այս պատճառով, Շատ բարձր արտադրողականությամբ մագնիսական նիկելի համաձուլվածքներ արտադրությունից հետո ենթարկվում են սթրես-թուլացման՝ օպտիմալ մագնիսական բնութագրերը վերականգնելու և չափերի կայունությունը բարելավելու համար:.
He երմամշակում
Ջերմային բուժում ազդում է նիկելի մագնիսականության վրա՝ թեթևացնելով մնացորդային սթրեսը, հացահատիկի կառուցվածքի մաքրում, և փոփոխելով փուլերի բաշխումը.
Պատշաճ եռացումը նպաստում է հացահատիկի աճին և նվազեցնում ցանցերի ներքին աղավաղումը, թույլ տալով մագնիսական տիրույթներին ավելի ազատ տեղաշարժվել.
Սա ընդհանուր առմամբ մեծացնում է մագնիսական թափանցելիությունը և նվազեցնում հարկադրական ուժը.
Ընդհակառակ, Ջերմային մշակման ոչ պատշաճ ջերմաստիճանը կամ հովացման արագությունը կարող են առաջացնել անցանկալի փուլեր կամ մնացորդային սթրեսներ, որոնք բացասաբար են անդրադառնում մագնիսական աշխատանքի վրա.
Նիկել-երկաթի փափուկ մագնիսական համաձուլվածքների համար, Ճշգրիտ վերահսկվող եռացման ցիկլերը արտադրության կարևոր քայլ են, հաճախ որոշելով վերջնական մագնիսական հատկությունները ավելի էականորեն, քան բուն խառնուրդի կազմը.
Կիրառական մագնիսական դաշտ
Նիկելը չի ցուցադրում ֆիքսված մագնիսական ինտենսիվություն բոլոր աշխատանքային պայմաններում. Դրա արձագանքը կախված է կիրառական մագնիսական դաշտի և ուժից, և պատմությունից.
Երբ ներմուծվում է արտաքին մագնիսական դաշտ, մագնիսական տիրույթները աստիճանաբար պտտվում և հարթվում են դաշտի ուղղության հետ, առաջացնելով մագնիսացման ավելացում մինչև հագեցվածության հասնելը.
Հագեցվածության կետից այն կողմ, Դաշտի ուժի հետագա աճը փոքր լրացուցիչ մագնիսացում է առաջացնում.
Արտաքին դաշտը հեռացնելուց հետո, մագնիսացման մի մասը մնում է որպես հանգստություն, մինչդեռ այս մնացորդային մագնիսացումը վերացնելու համար պահանջվող դաշտը հայտնի է որպես հարկադիր ուժ.
Այս բնութագրերը ներկայացված են նյութի հիստերեզի հանգույցով և հատկապես կարևոր են շարժիչների նախագծման մեջ, ակտուատորներ, մագնիսական սենսորներ, և էլեկտրամագնիսական սարքեր.
Գործառնական միջավայր
Սպասարկման միջավայրը կարող է անուղղակիորեն ազդել նիկելի երկարաժամկետ մագնիսական աշխատանքի վրա.
Չնայած նիկելը գերազանց կոռոզիոն դիմադրություն ունի, բարձր ջերմաստիճանի երկարատև ազդեցություն, ցիկլային ջերմային բեռնում, օքսիդացնող մթնոլորտներ, մեխանիկական թրթռում, կամ ագրեսիվ քիմիական նյութերը կարող են աստիճանաբար փոխել մակերեսի վիճակը և միկրոկառուցվածքը.
Այս փոփոխությունները կարող են ազդել մագնիսական կայունության վրա երկար սպասարկման ժամկետների ընթացքում, հատկապես պահանջկոտ արդյունաբերական միջավայրերում.
Ծրագրերում, ինչպիսիք են օդատիեզերական համակարգերը, ծովային սարքավորումներ, քիմիական վերամշակման գործարաններ, և էլեկտրաէներգիայի արտադրության օբյեկտներ, Ինժեներները միաժամանակ գնահատում են և՛ մագնիսական հատկությունները, և՛ շրջակա միջավայրի դիմացկունությունը՝ ապահովելու հուսալի երկարաժամկետ կատարում.
Արտադրական գործընթաց
Արտադրության տարբեր մեթոդներ առաջացնում են հստակ միկրոկառուցվածքներ և մնացորդային սթրեսային վիճակներ, ինչը հանգեցնում է մագնիսական վարքի տատանումների.
Ձուլված նիկելի բաղադրիչները հիմնականում պարունակում են ավելի մեծ հատիկներ և ավելի դանդաղ ամրացման կառուցվածքներ, մինչդեռ կեղծված արտադրանքները ցուցադրում են նուրբ հատիկներ և բարելավված մեխանիկական հատկություններ.
Սառը պատրաստի նյութերն ունեն ավելի մեծ մնացորդային սթրեսներ, մինչդեռ հալված արտադրանքը սովորաբար ավելի մեծ մագնիսական թափանցելիություն և ավելի ցածր հարկադրականություն է ցուցաբերում.
Մակերեւութային հարդարման գործընթացներ, ինչպիսիք են վերամբարձ, հղկող, փայլեցում, և էլեկտրապատումը սովորաբար քիչ անմիջական ազդեցություն ունի զանգվածային մագնիսականության վրա, բայց դրանք կարող են ազդել բարձր ճշգրտության գործիքների մագնիսական աշխատանքի վրա, որտեղ չափազանց խիստ մագնիսական հանդուրժողականություն է պահանջվում.
5. Նիկելի համաձուլվածքները մագնիսական են?
Ամենատարածված սխալ պատկերացումներից մեկն այն է, որ նիկել պարունակող յուրաքանչյուր համաձուլվածք պետք է լինի մագնիսական.
Իրականում, Միայն նիկելի պարունակությունը չի որոշում մագնիսական վարքը.
Փոխարեն, մագնիսականությունը հիմնականում կախված է:
- Բյուրեղյա կառուցվածք
- Համաձուլվածքի կազմը
- Փուլային բաշխում
- Ջերմային բուժում
- Սառը աշխատանք
- Ծառայության ջերմաստիճանը
Քանի որ համաձուլվածքային տարրերը փոփոխում են նիկելի ատոմային դասավորությունը, դրանք նաև փոխում են ֆերոմագնիսականության համար պատասխանատու փոխանակման փոխազդեցությունները.
Ընդհանուր նիկելի համաձուլվածքների մագնիսական վարքագիծը
| Խառնուրդ | Նիկելի բովանդակություն | Միկրոկառուցվածք | Մագնիսական սենյակային ջերմաստիճանում | Բնորոշ ծրագրեր |
| Նիկել 200 | ≥99.0% | FCC | Այո | Էլեկտրական բաղադրիչներ, Քիմիական սարքավորումներ |
| Նիկել 201 | ≥99.0% (ցածր ածխածնի) | FCC | Այո | Սննդի վերամշակում, Էլեկտրոնիկա |
| Մանգաղ 400 | ~63–70% In | Նիկել-պղինձ | Թեթևակի մագնիսականից թույլ մագնիսական | Ծովային ճարտարագիտություն, պոմպեր, փականներ |
| ՄՈՆԵԼ Կ -500 | ~63% In | Տեղումները՝ կարծրացած | Թույլ մագնիսական | Օֆշորային հանքեր, ամրացումներ |
| Ինքնորոշ 600 | ~72% In | Օստենիտիկ | Ընդհանրապես ոչ մագնիսական (ջղաձգական) | He երմափոխանակիչներ, վառարաններ |
Ինքնորոշ 625 |
~58% In | Օստենիտիկ | Ըստ էության ոչ մագնիսական | Օդատիենտ, ծովային, Քիմիական մշակում |
| Ինքնորոշ 718 | ~52% In | Տեղումները՝ կարծրացած | Մի փոքր մագնիսական ծերացումից հետո | Օդանավերի շարժիչներ, տուրբիններ |
| Hastelloy C-276 | ~57% In | Օստենիտիկ | Ոչ մագնիսական (ջղաձգական) | Քիմիական մշակման սարքավորումներ |
| Խառնուրդ 20 | ~35% In | Օստենիտիկ | Ոչ մագնիսական | Ծծմբաթթվի սպասարկում |
| Նիմոնիկ 80Ա | ~75% In | Նիկելի սուպերհամաձուլվածք | Մի փոքր մագնիսական | Գազի տուրբիններ, օդատիենտ |
6. Ինչպես ստուգել, թե արդյոք նիկելը մագնիսական է
Նիկելի կամ նիկել պարունակող համաձուլվածքի մագնիսական լինելը կարևոր է նյութի նույնականացման համար, որակի հսկողություն, խառնուրդի ստուգում, և սարքավորումների սպասարկում.
Մինչդեռ պարզ մագնիսը կարող է արագ ցուցում ապահովել, Ինժեներական կիրառությունները հաճախ պահանջում են մագնիսական թափանցելիության քանակական չափումներ, մագնիսական հոսքի խտությունը, կամ հագեցվածության մագնիսացում.
| Փորձարկման մեթոդ | Ճշգրտություն | Քանակական | Ոչ կործանարար | Բնորոշ ծրագրեր |
| Մշտական մագնիս | Ցածր | Ոչ | Այո | Դաշտի արագ նույնականացում |
| Մագնիսական թափանցելիության հաշվիչ | Բարձր | Այո | Այո | Արդյունաբերական որակի վերահսկում |
| Գաուսի մետր | Բարձր | Այո | Այո | Մագնիսական դաշտի չափում |
| Վիբրացիոն նմուշի մագնիսաչափ (VSM) | Շատ բարձր | Այո | Այո | Նյութերի հետազոտություն, խառնուրդի մշակում |
| SQUID մագնիսաչափ | Չափազանց բարձր | Այո | Այո | Գիտական հետազոտություն |
| Մագնիսական ուժի մանրադիտակ (MFM) | Մանրադիտակային | Այո | Այո | Դոմենի կառուցվածքի վերլուծություն |
7. Մագնիսական նիկելի արդյունաբերական կիրառությունները
Նիկելի յուրահատուկ համադրություն ֆերոմագնիսականություն, Կոռոզիոն դիմադրություն, մեխանիկական ամրություն, և ջերմային կայունություն այն անփոխարինելի է դարձնում բազմաթիվ արդյունաբերական ոլորտներում.
Ի տարբերություն երկաթի, նիկելը պահպանում է հիանալի կոռոզիոն դիմադրություն՝ միաժամանակ ցուցաբերելով օգտակար մագնիսական վարքագիծ, դարձնելով այն իդեալական կոշտ միջավայրերի համար, որտեղ սովորական մագնիսական նյութերը արագորեն կփչանան.
Էլեկտրաշարժիչներ և գեներատորներ
Նիկելը սովորաբար օգտագործվում է էլեկտրամագնիսական բաղադրիչներում, որոնք պահանջում են կայուն մագնիսական կատարում՝ կրկնվող մագնիսացման ցիկլերի դեպքում.
Դիմումները ներառում են:
- Շարժիչային բևեռի բաղադրիչներ
- Ռոտորային հավաքույթներ
- Մագնիսական պաշտպանություն
- Գեներատորի բաղադրիչներ
- Էլեկտրամագնիսական շարժիչներ
Էլեկտրամագնիսական ռելեներ և սոլենոիդներ
Նիկելի համեմատաբար բարձր մագնիսական թափանցելիությունը թույլ է տալիս արդյունավետ մագնիսական հոսքի փոխանցում.
Տիպիկ հավելվածները ներառում են:
- Ռելեային ամրացումներ
- Solenoid միջուկներ
- Էլեկտրամագնիսական անջատիչներ
- Կոնտակտային համակարգեր
- Արդյունաբերական կառավարման սարքավորումներ
Մագնիսական սենսորներ
Շատ զգայական տեխնոլոգիաներ հիմնված են նիկելի կայուն մագնիսական վարքի վրա.
Դիմումները ներառում են:
- Դահլիճի ազդեցության սենսորներ
- Հարևանության սենսորներ
- Դիրքի սենսորներ
- Ընթացիկ տրանսֆորմատորներ
- Արագության չափման համակարգեր
Վերալիցքավորվող մարտկոցներ
Նիկելը հիմնական նյութ է մարտկոցների բազմաթիվ տեխնոլոգիաներում.
Օրինակները ներառում են:
- Նիկել-մետաղական հիդրիդ (ՆիՄՀ)
- Նիկել-կադմիում (NiCd)
- Նիկելով հարուստ լիթիում-իոնային կաթոդներ
- Մարտկոցի հոսանքի կոլեկտորներ
Էլեկտրոնային բաղադրիչներ
Էլեկտրապատված նիկելի ծածկույթները ծառայում են ինչպես պաշտպանիչ, այնպես էլ ֆունկցիոնալ նպատակների.
Ընդհանուր հավելվածները ներառում են:
- Տպագիր տպատախտակներ (PCB)
- Միակցիչներ
- Կիսահաղորդչային փաթեթներ
- Պաշտպանիչ պարիսպներ
- Ճշգրիտ կոնտակտներ
Ավիատիեզերական արդյունաբերություն
Նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքները լայնորեն օգտագործվում են ինքնաթիռներում և տիեզերանավերում, քանի որ դրանք պահպանում են մեխանիկական ուժը բարձր ջերմաստիճաններում:.
Տիպիկ բաղադրիչները ներառում են:
- Տուրբինային շարժիչներ
- Արտանետման համակարգեր
- Ամրացումներ
- Սենսորներ
- Բարձր ջերմաստիճանի էլեկտրամագնիսական սարքեր
Քիմիական վերամշակման սարքավորումներ
Մաքուր նիկելը համատեղում է մագնիսական հատկությունները ալկալային քիմիական նյութերի դեմ գերազանց կոռոզիոն դիմադրության հետ.
Տիպիկ սարքավորումները ներառում են:
- Պոմպեր
- Փականներ
- He երմափոխանակիչներ
- Ճնշման անոթներ
- Էլեկտրաքիմիական ռեակտորներ
Բժշկական սարքավորումներ
Նիկել պարունակող մագնիսական նյութեր հայտնաբերված են բազմաթիվ բժշկական սարքերում.
Օրինակները ներառում են:
- Ախտորոշիչ գործիքներ
- MRI-ի հետ համատեղելի օժանդակ բաղադրիչներ
- Վիրաբուժական սարքավորումներ
- Ճշգրիտ շարժիչներ
- Լաբորատոր ավտոմատացում
Մագնիսական պաշտպանություն
Նիկել պարունակող համաձուլվածքները լայնորեն օգտագործվում են էլեկտրամագնիսական միջամտության համար (ԷՄԻ) պաշտպանություն.
Դիմումները ներառում են:
- Էլեկտրոնային պատյաններ
- Կապի սարքավորումներ
- Օդատիեզերական էլեկտրոնիկա
- Արդյունաբերական ավտոմատացում
- Ճշգրիտ գործիքավորում
8. Նիկել ընդդեմ այլ մագնիսական մետաղների
Չնայած որ երկաթ (Անք), կոբալտ (Կառք), մի քանազոր նիկել (Մեջ) Սենյակային ջերմաստիճանում բնականորեն հանդիպող երեք ֆերոմագնիսական մետաղներն են, դրանք զգալիորեն տարբերվում են մագնիսական գործունակությամբ, Մեխանիկական հատկություններ, Կոռոզիոն դիմադրություն, ջերմաստիճանի կայունություն, եւ արդյունաբերական ծրագրեր.
| Ունեցվածք | Նիկել (Մեջ) | Երկաթ (Անք) | Կոբալտ (Կառք) | Ֆերիտիկ չժանգոտվող պողպատ (430) | Martensitic չժանգոտվող պողպատ (410) |
| Բյուրեղյա կառուցվածքը (Սենյակի ջերմաստիճան) | FCC | Բեկոր | HCP | Բեկոր | BCT |
| Մագնիսական վարքագիծ | Ferromagnetic | Ferromagnetic | Ferromagnetic | Ferromagnetic | Ferromagnetic |
| Կյուրիի ջերմաստիճանը | 358° C | 770° C | 1,115° C | ~700–750°C | ~700–760°C |
| Հարաբերական մագնիսական թափանցելիություն | Միջին-Բարձր | Շատ բարձր | Բարձր | Միջին-Բարձր | Միջին |
| Հագեցվածության մագնիսացում | Չափավոր | Շատ բարձր | Բարձր | Միջին | Միջին |
| Կոռոզիոն դիմադրություն | Գերազանց | Աղքատ | Լավ | Լավ | Չափավոր |
Հագուստի դիմադրություն |
Լավ | Չափավոր | Գերազանց | Լավ | Գերազանց (Ջերմային բուժում) |
| Բարձր ջերմաստիճանի կայունություն | Լավ | Չափավոր | Գերազանց | Լավ | Չափավոր |
| Մեքենայություններ | Լավ | Չափավոր | Դժվար | Լավ | Լավ |
| Նյութի հարաբերական արժեքը | Միջին | Ցածր | Շատ բարձր | Միջին | Միջին |
| Բնորոշ ծրագրեր | Քիմիական սարքավորումներ, Էլեկտրոնիկա, էլեկտրապատում | Տրանսֆորմատորներ, շարժիչներ, կառուցվածքային պողպատ | Օդատիենտ, մշտական մագնիսներ, տուրբինի բաղադրիչներ | Կենցաղային տեխնիկա, արտանետման համակարգեր, մագնիսական պատյաններ | Փականներ, պոմպեր, Տուրբինային շեղբեր |
9. Ընդհանուր առասպելներ նիկելի մագնիսության մասին
| Առասպել | Փաստ |
| Նիկելի վրա հիմնված բոլոր համաձուլվածքները մագնիսական են. | Ճիշտ չէ. Շատ նիկելի համաձուլվածքներ (Է.Գ., Ինքնորոշ, Մանգաղ, Հաստելո) ոչ մագնիսական կամ թույլ մագնիսական են՝ այլ տարրերով ֆերոմագնիսական կառուցվածքի նոսրացման պատճառով. |
| Նիկելը տաքանալիս ընդմիշտ կորցնում է մագնիսականությունը. | Կեղծ. Նիկելի մագնիսականությունը վերադառնում է, երբ սառչում է իր Կյուրիի ջերմաստիճանից ցածր (358° C), պայմանով, որ նյութը չի ենթարկվել փուլային փոփոխության. |
Նիկելը ամենամագնիսական մետաղն է. |
Կեղծ. Երկաթը մեկ ատոմի համար ունի ավելի բարձր մագնիսական մոմենտ և ավելի բարձր հագեցվածության մագնիսացում. Նիկելը երրորդ ամենամագնիսական տարրական մետաղն է (երկաթից և կոբալտից հետո). |
| Նիկելը մագնիսական է բոլոր ջերմաստիճաններում. | Կեղծ. 358°C-ից բարձր, նիկելը դառնում է պարամագնիսական. 358°C-ից ցածր, այն ֆերոմագնիսական է. |
| Մագնիսական թեստը կարող է տարբերել նիկելն այլ մետաղներից. | Մասամբ կեղծ. Մագնիսական թեստը կարող է ցույց տալ ֆերոմագնիսականությունը, բայց այն չի կարող տարբերակել նիկելը, երկաթ, և կոբալտ. Հետագա թեստեր (Է.Գ., քիմիական վերլուծություն, խտությունը) պահանջվում են. |
10. Եզրափակում
Նիկելը յուրահատուկ դիրք է զբաղեցնում ինժեներական մետաղների մեջ, քանի որ այն միավորվում է բնական ֆերոմագնիսականություն, Առանձնահատուկ կոռոզիոն դիմադրություն, գերազանց ճկունություն, և բարձր ջերմաստիճանի հուսալի կատարում.
Որպես երեք տարրական մետաղներից մեկը, որոնք ցուցադրում են ֆերոմագնիսականություն սենյակային ջերմաստիճանում, Նիկելը կենսական դեր է խաղում՝ սկսած էլեկտրամագնիսական սարքերից և սենսորներից մինչև քիմիական մշակման սարքավորումներ և առաջադեմ օդատիեզերական համակարգեր:.
Սակայն, Նիկելի մագնիսական վարքը ավելի նրբերանգ է, քան պարզ մագնիսական կամ ոչ մագնիսական դասակարգումը.
Մաքուր նիկելը հստակորեն ֆերոմագնիսական է, բայց նրա մագնիսական ուժն ավելի ցածր է, քան երկաթինը. Որեվէ ավելին, համաձուլվածքի կազմը, He երմամշակում, սառը աշխատանք, աշխատանքային ջերմաստիճանը, և միկրոկառուցվածքը բոլորն էլ զգալի ազդեցություն ունեն մագնիսական աշխատանքի վրա.
Ինժեներների և դիզայներների համար, նիկելի համապատասխան նյութ ընտրելը պահանջում է մի քանի գործոնների հավասարակշռում, ներառյալ մագնիսական թափանցելիությունը, Մեխանիկական ուժ, Կոռոզիոն դիմադրություն, ԱՐՏԱԴՐՈՒՄ, սպասարկման ջերմաստիճանը, եւ կյանքի ծախսերը.
Պահանջկոտ արդյունաբերական միջավայրերում, որտեղ կոռոզիոն դիմադրությունը և հուսալի մագնիսական հատկությունները պետք է գոյակցեն, նիկելը մնում է ամենաբազմակողմանի և արժեքավոր ինժեներական նյութերից մեկը.
ՀՏՀ
Մաքուր նիկելի մագնիսական է սենյակային ջերմաստիճանում?
Այո. Մաքուր նիկելը սենյակային ջերմաստիճանում ֆերոմագնիսական է (20° C) և այդպես է մնում մինչև իր Կյուրիի ջերմաստիճանը 358°C.
Արդյո՞ք բոլոր նիկելի համաձուլվածքները մագնիսական են?
Ոչ. Նիկելի համաձուլվածքների մագնիսական վարքագիծը կախված է համաձուլման տարրերից և դրանց կոնցենտրացիաներից.
Շատ նիկելի համաձուլվածքներ (Է.Գ., Ինքնորոշ, Մանգաղ, Հաստելո) ոչ մագնիսական կամ թույլ մագնիսական են.
Ինչպե՞ս է նիկելի մագնիսականությունը համեմատվում երկաթի հետ?
Նիկելը մեկ ատոմի համար ավելի ցածր մագնիսական մոմենտ ունի (0.6 μ_B ընդդեմ. 2.2 μ_B երկաթի համար) և ավելի ցածր հագեցվածության մագնիսացում (0.6 T vs. 2.15 Տ). Երկաթը ավելի ուժեղ մագնիսական է, քան նիկելը.
Հնարավո՞ր է նիկելը դարձնել ոչ մագնիսական?
Այո. Նիկելի համաձուլում բավարար ոչ մագնիսական տարրերով (Է.Գ., պղնձ, քրոմ, տիտղոս) կարող է նոսրացնել ֆերոմագնիսական ցանցը և արտադրել ոչ մագնիսական կամ թույլ մագնիսական համաձուլվածքներ.
Ո՞րն է ամենամագնիսական նիկելի համաձուլվածքը?
Permalloy (80% Մեջ, 20% Անք) նիկելի ամենամագնիսական համաձուլվածքներից մեկն է, գերազանցող հարաբերական թափանցելիությամբ 100,000.
