Alüminyum manyetik mi? Çoğu insanın anladığı anlamda değil. Bir buzdolabı mıknatısı alüminyum kutuya, pencere çerçevesine veya levhaya yapışmaz ve bükme, işleme veya soğuk işlemenin hiçbir miktarı bunu değiştirmez. Teknik olarak alüminyum paramanyetiktir: çok güçlü bir manyetik alan onu hafifçe çeker, ancak etki o kadar küçüktür ki onu ölçmek için laboratuvar ekipmanına ihtiyaç duyarsınız.
Sorun şu ki alüminyum mükemmel bir elektrik iletkendir. Güçlü bir mıknatısı yakınına hareket ettirdiğinizde alüminyum uyarılmış eddy akımları aracılığıyla geri iter. Bu davranış, klasik "mıknatıs alüminyum tüpün içinde yavaş düşüyor" gösterisini açıklar. Aynı zamanda geri dönüşüm tesislerinin kutularını hurdadan ayırması ve elektrik motorları ve trafolar içinde alüminyumun neden her yerde bulunması (manyetik olmadığı halde) açıklanır.
Biz Wuxi Zhongxin Special Steel (ZHX Steel)'iz. Sevk ettiğimiz şeylerin çoğu taneli yönlendirilmiş ve taneli yönlendirilmemiş silisyumlu çelikdir; trafo çekirdeğini veya motor statorunu mümkün olduğu kadar manyetik yapan malzeme. Alüminyum genellikle tamamlanmış makinede çeliğimizin hemen yanında yer alır ve zıt işi yapar. İkisinin nasıl farklı olduğunu görmek her ikisini de anlamanın en hızlı yoludur.
Temel Çıkarımlar
- Alüminyum paramanyetiktir, ferromanyetik değildir. Hacimsel manyetik duyarlılığı yaklaşık +2,2 × 10⁻⁵ olup, göreceli geçirgenliği kabaca 1,00002'dir ve hava ile hemen hemen ayırt edilemez.
- Kalıcı bir mıknatıs, saf alüminyuma veya standart alüminyum alaşımlara (1xxx ila 7xxx serisi) herhangi bir temperda yapışmaz.
- 304 paslanmaz çeliklerin aksine, alüminyum soğuk işlemden sonra manyetik hale gelmez. Ferromanyetik bir faza dönüşebilecek kristal fazı yoktur.
- "Alüminyuma" yapışan bir mıknatıs neredeyse her zaman başka bir şeye işaret eder: bir çelik bağlantı elemanı, alüminyum kaplama altında bir çelik çekirdek, demir kontaminasyonu veya basitçe alüminyum olmayan bir parça.
- Alüminyum, iyi elektrik iletkenliği nedeniyle (yaklaşık %61 IACS) değişen bir manyetik alana güçlü bir şekilde tepki verir. Girdap akımı ayırıcıları, endüktif frenler ve yavaş düşen mıknatıs gösterimi bu özelliğe, manyetizme değil dayanır.
- Elektrik ekipmanında alüminyum akım taşır (transformatör sargıları, dökme motor rotor çubukları) ve silisyumlu çelik manyetik akıyı taşır. Her iki malzeme de diğerinin işini yapamaz.
Kısa Fizik: Alüminyumun Neden Mıknatısı Tutmadığı
Bir metalin güçlü manyetik (ferromanyetik) olması için iki şey doğru olmalıdır. Atomlarının eşleşmemiş elektron spinleri olması gerekir, bu spinler küçük mıknatıslar gibi davranır. Kristal ayrıca bu spinleri komşularıyla aynı yönde, manyetik alanlar adı verilen bölgelerde hizalamalıdır. Demir, nikel ve kobalt oda sıcaklığında her iki koşulu karşılar; bu nedenle ürettiğimiz silisyumlu çelik dahil neredeyse her manyetik alaşımın temelini oluştururlar.
Alüminyum ikinci koşulu sağlamamaktadır. Üç değerlik elektron atoma bağlı kalmaz. Tüm metal içinde iletkenlik elektronlarının paylaşılan bir "denizi" oluştururlar. Bir manyetik alan uyguladığınızda, bu serbest elektronların küçük bir kısmı bununla hizalanır; fizikçiler buna Pauli paramanyetizmi diyerler. Alan kaldırılınca hizalama anında kaybolur. Hiçbir şey kilitlenmez, alanlar oluşmaz ve bir manyetin yapabileceği bir şey yoktur.
Sayılar etkinin ne kadar küçük olduğunu göstermektedir. CRC El Kitabı, alüminyumun 20°C'de yaklaşık +2,2 × 10⁻⁵ manyetik duyarlılığını listelemekte ve bu da yaklaşık 1,00002 nispi geçirgenliğini verir. Karşılaştırma için, tane yönlendirmeli elektrik çeliği haddeleme yönü boyunca on binlerce mertebesindeki nispi geçirgenliğe ulaşır. Bu nedenle bir trafo çekirdeği akıyı kolayca taşır ve hiçbir mühendis alüminyumdan bir trafo çekirdeği oluşturmaz.
Paramanyetik, Diamanyetik, Ferromanyetik: Alüminyumun Konumu
Her malzeme bir manyetik alana bir şekilde yanıt verir. Yanıt, büyüklük açısından birçok kat farklılık gösterir. Alüminyumun diğer metaller ile nasıl karşılaştırıldığı aşağıda verilmiştir:
| Malzeme | Manyetik sınıf | Yaklaşık duyarlılık (χ, SI hacim) | Buzdolabı mıknatısı yapışacak mı? |
|---|---|---|---|
| Alüminyum | Paramanyetik | +2.2 × 10⁻⁵ | Hayır |
| Bakır | Diamanyetik | −9.6 × 10⁻⁶ | Hayır |
| 304 paslanmaz (tavlanmış) | Paramanyetik (östenit) | ~10⁻³ ila 10⁻² | Hayır, soğuk işlenmiş bölgelerde hafifçe |
| 430 paslanmaz | Ferromanyetik | Çok büyük | Evet |
| Karbon çeliği | Ferromanyetik | Çok büyük | Evet |
| Silisyum (elektrik) çeliği | Yumuşak ferromanyetik | Çok büyük; geçirgenlik mümkün olduğu kadar yüksek olacak şekilde tasarlanmıştır | Evet, güçlü şekilde |
Bu tablodan iki nokta öne çıkmaktadır.
Birincisi, alüminyum ve bakır neredeyse ayna görüntüleridir: alüminyum bir alana hafifçe çekilirken bakır hafifçe itilir. Günlük ölçeklerde her iki etki de sıfıra yakındır. Bu nedenle iki metal bir mıknatıs testinde ve çoğu ayırma işleminde birbirinin yerine kullanılabilir.
İkincisi, "paramanyetik" ile "ferromanyetik" arasındaki fark muazzamdır. Daha güçlü bir mıknatısla kapatabileceğiniz bir derece farkı değildir. Alüminyuma tutulan bir neodim mıknatıs da yapışmayacaktır, çünkü ürettiği kuvvet mıknatısın kendi ağırlığını desteklemek için gereken kuvvetten binlerce kat daha zayıftır.
paslanmaz çeliğin manyetik olup olmadığı hakkındaki rehberimizi okuduysanız, alüminyumun çok daha basit olduğunu fark edeceksiniz. Austenit paslanmaz çelik, soğuk işleme sırasında gerilim kaynaklı martenzit oluştuğunda kısmen manyetik hale gelebilir. Alüminyumun eşdeğer bir faz dönüşümü yoktur. Yüz merkezli kübik yapısı, metal tavlanmış, haddelenmiş, tele çekilmiş veya işlenmiş olup olmadığından bağımsız olarak sabit kalır. Alüminyum üzerinde yapılan bir mıknatıs testi, parça gerçekten alüminyum olduğu sürece her zaman aynı sonuç verir.
Düşen Mıknatıs Hilesi: Manyetizm Değil, Girdap Akımları
Güçlü bir neodimyum mıknatısı dikey bir alüminyum tüpün içine bırakın ve bal içinde düşüyor gibi yavaşça aşağı iner. Aynı tüpün içine aynı boyutta düz çelik bir parça bırakın ve doğrudan geçer. İlk bakışta bu, alüminyumun manyetik olduğunun kanıtı gibi görünüyor. Öyle değil.
Aslında ne olup bittiği budur. Mıknatıs düştükçe, tüpün her bölümündeki manyetik alan değişmeye devam eder. Faraday yasasına göre, değişen bir alan, içinden geçtiği herhangi bir iletken içinde girdap akımları adı verilen dolaşan elektrik akımlarını indükler. Lenz yasasına göre, bu akımlar onları meydana getiren değişime karşı çıkan kendi manyetik alanını oluştururlar. Sonuç, mıknatısın hızıyla birlikte artan ve hızlı bir şekilde yavaş, sabit bir düşme hızına ulaşan bir fren kuvvetidir.
Burada önemli olan şeyler iletkenlik ve harekettir, manyetizm değil:
- Alüminyum elektriği iyi iletir: IACS ölçeğine göre bakırın yaklaşık %61'i kadar iletkenliğe ve yoğunluğunun yaklaşık üçte biri kadar. Endüklenen akımlar güçlüdür, bu nedenle frenlemesi güçlüdür.
Aynı etki, dönme dolambaçlı trenler üzerinde manyetik frenleri, hassas terazi içinde girdap-akım sönümleyicileri ve aşağıda ele alınan demir olmayan metal ayırıcılarında çalışır.
“Ama Mıknatısım Ona Yapıştı”: Beş Yaygın Açıklama
Alıcılar ve atölye personeli bazen bir mıknatısın alüminyum olduğu söylenen bir şeye yapıştığını bildirirler. Alüminyum ferromanyetik olmayabileceğinden, nedeni her zaman alüminyumun kendisi dışında bir şeydir. Olası nedenler:
- Çelik hızlı bağlantılar, göz atılmış üniteleri veya güçlendirilmesi. Alüminyum pencere çerçeveleri, kamyon gövdeleri ve muhafazalar sık sık çelik vidaları, dişli göz atılmış üniteleri veya gizli çelik sertleştiricileri içerir. Mıknatısı birkaç santimetre hareket ettirin ve “manyetizm” kaybolur.
- Alüminyum bitişi olan çelik bir alt tabaka. Aluminize çelik (sıcak daldırma alüminyum kaplanmış levha, egzoz sistemleri ve fırınlarda yaygın) alüminyum gibi görünür ancak altında manyetik karbon çeliktir. Aynı durum çelik destek ile alüminyum folyo kaplanmış bileşik paneller için de geçerlidir.
- Yüzeydeki demir kontaminasyonu. Öğütme tozu, çelik atışı veya yakındaki işlemeden elde edilen kırıntı yumuşak alüminyuma gömülebilir ve zayıf, kısmi bir çekme sağlayabilir. Yüzeyi silin veya turş işleyin ve yeniden test edin.
- Parça hiç alüminyum değildir. Magnezyum alaşımları ve çinko alaşıklı dökümleri de manyetik değildir, bu nedenle mıknatıs onları alüminyumdan ayırmanıza yardımcı olmaz. Ancak açık gri boyalı bir çelik parça alüminyum olarak geçebilir ancak kaldırdığınızda veya test ettiğinizde ortaya çıkar. Ağırlık hızlı bir ipucudur: alüminyum kabaca çeliğin yoğunluğunun üçte biridir.
- Alaşım elemanı veya safsızlık olarak demir. Çoğu ticari alüminyum alaşımı, genellikle %0,1 ile %1 arasında değişen demir içerir ve ikinci el (geri dönüştürülmüş) alüminyum daha yüksek miktarlarda demir taşıyabilir. Bu demir, toplu halde ferromanyetik olmayan ara metalik parçacıklar içinde bağlıdır, bu nedenle alaşımı bir mıknatısa yapışmaz. Ancak, hassas manyetik enstrümanlar için önemli olabilir ve kötü şekilde kirletilmiş hurda zayıf bir tepki gösterebilir.
Bir mıknatıs bir tabakanın düz yüzünü sıkı ve eşit şekilde tutuyorsa, neredeyse kesinlikle çelik ile karşı karşıya olursunuz. Üretici test sertifikası ile veya hızlı bir XRF kontrolü ile doğrulayın; bu, çelik siparişleri üzerindeki üretici test sertifikaları için açıkladığımız doğrulama yaklaşımıdır.
Motorlar ve Dağıtım Transformatörleri İçinde Alüminyum ve Elektrik Çeliği
Bu, müşterilerimiz için sorunun trivia olmaktan çıktığı yerdir. Neredeyse her indüksiyonlu motoru veya dağıtım transformatörünü açın ve alüminyum ile elektrik çeliğini yan yana bulacaksınız; her biri diğerinin eksik olan özellik için seçilmiştir.
İndüksiyonlu motor rotorları. Standart sincap kafes rotoru, yuvaların içinden dökülen alüminyum ile iletken çubuklar ve uç halkaları oluşturmak için yönlendirilmemiş silisyumlu çelik laminasyonlarının yığınıdır. Çelik, dönen manyetik akıyı taşır. Alüminyum, bu akının indüklediği akımları taşır ve bu akımlar torku üretir. Alüminyum manyetik olmadığından, akı yolunu kısa devre yapmaz. İyi iletkenlik gösterdiğinden, rotor kayıpları yönetilebilir kalır. (Yüksek verimli tasarımlar bazen daha düşük direnç için döküm bakır çubuklar kullanmaya geçer, ancak alüminyum yine de hacim seçimidir.)
Transformatör sarımları. Birçok dağıtım transformatörü, bakır yerine alüminyum folyo veya şerit sarımlar kullanır; bunun başlıca nedenleri maliyet ve ağırlıktır. Alüminyumun iletkenliği bakırın %100'üne karşılık yaklaşık %61 IACS'dir; bu nedenle sarım daha büyük bir kesit alanına ihtiyaç duyar. Son yıllardaki bakır fiyat dalgalanmaları daha fazla alıcıyı bu tercihte bulunmaya itmiştir. Değişmeyen tek şey çekirdektir: sarım malzemesi ne olursa olsun, manyetik akı yine de grain-oriented silisyumlu çelik veya amorf alaşımdan geçer. Alüminyum sarımlar çekirdek penceresini biraz daha geniş hale getirebilir; bu, çekirdek boyutlarını ve birim başına çelik tonajını etkiler.
Koruma ve kaçak manyetik akı. Büyük transformatörler ve reaktörler bazen kaçak sızıntı manyetik akısını kontrol etmek için tank duvarlarını alüminyum veya bakır plakalarla kaplarlar. Metal, manyetik akıyı emmemektedir. Plakadaki eddy akımları alanı geri itiyor ve akının çelik tanktan uzak kalmasını sağlıyor; aksi takdirde yerel ısınmaya neden olurdu. Aynı mantık alüminyumun yüksek frekanslı elektromanyetik parazitlere karşı kalkan olarak işe yarayan, ancak statik veya düşük frekanslı manyetik alanlara karşı çok az etkili olmasını açıklar. Bunlar için, manyetik akıyı kendi içine çeken yüksek geçirgenlikli bir malzemeniz olması gerekir.
Motor ve transformatör üreticileri için pratik bir not: alüminyum manyetik olmadığından, çelik bobin ve laminasyon yığınlarımız üzerinde çalışan manyetik kaldırma ve taşıma ekipmanları alüminyum parçaları tutmaz. Bu açık görünse de, örneğin döküm rotorları döktükten sonra bir hattan hem alüminyum hem de çelik parçalar geçtiğinde önem kazanır. Düzenli olarak alüminyum ile ilgili sorular EV traksiyon motoru ve endüstriyel motor projelerinde ortaya çıkıyor ve bu projelerde laminasyon kalitesi ve rotor iletkeninin birlikte seçilmesi gerekiyor.
Geri Dönüşüm Tesisleri Bunu Ayırma için Nasıl Kullanıyor
Hurda işleme, alüminyumun manyetik olmadığının en açık büyük ölçekli kanıtıdır. Geri dönüşüm tesisleri bunu iki aşamada kullanırlar:
- Ek mıknatıslar veya tambur mıknatısları ferromanyetik kısmı çeker (çelik, demir ve ferritik paslanmaz çelik). Alüminyum doğrudan altlarından geçer.
- Girdap akımı ayırıcısı daha sonra alüminyumu kalan akıştan çıkarır. Konveyör kafasının rotor pulunda yüksek hızda dönen alternatif kalıcı mıknatıslar yer alır. Hızla değişen alan alüminyum, bakır ve pirinç parçalarında girdap akımı indükler ve ortaya çıkan itme onları kayışın ucundan fırlatır ve iletken olmayan cam, plastik ve ağaçtan uzak tutar.
Alüminyum özellikle iyi yanıt verir çünkü yüksek iletkenlik yoğunluk oranına sahiptir: malzeme başına bolca girdap akımı kuvveti. Ekipman sağlayıcıları karışık ferromanyetik olmayan hurda akışları için yüzde 90-98 aralığında geri kazanım oranları bildirmektedir. Alüminyum manyetik olsaydı tüm süreç imkansız olurdu. Yalnızca ferromanyetik yığında bitmiş olurdu.
Sonuç
Alüminyum pratik anlamda manyetik değildir. Paramanyetik özelliğe sahip olup, manyetik duyarlılığı yaklaşık 2 × 10⁻⁵ kadardır; bu nedenle bir mıknatıs ona yapışmaz ve paslanmaz çelikten farklı olarak soğuk işleme veya prosesin sonucu manyetik hale gelmez. Eğer bir mıknatıs yapışırsa, bir yerde gizli çelik arayınız: bir bağlantı elemanı, bir kaplama tabanı, kontaminasyon veya yanlış etiketlenmiş bir parça olabilir.
Alüminyumun yaptığı şey elektrikliği iyi şekilde iletmesidir ve bu nedenle hareketli bir mıknatısa bu kadar güçlü tepki gösterir. Bu aynı iletkenlik, onu hemen hemen her motor ve transformatörde silisyumlu çeliğin yanında konumlandıran şeydir. Alüminyum akımı taşır ve çelik manyetik akıyı taşır. Projeniz bu eşleşmenin manyetik yarısına ihtiyaç duyuyorsa, bizim CRGO ve CRNGO ürün sayfaları temin ettiğimiz kaliteleri, kalınlıkları ve kaplamaları listeler.
SSS
Bir mıknatıs alüminyuma yapışır mı?
Hayır. Saf alüminyum ve standart alüminyum alaşımları paramanyetik özelliğe sahiptir ve manyetik duyarlılığı yaklaşık +2,2 × 10⁻⁵ kadardır. Çekim çok zayıf olup küçük bir neodimyum mıknatısı bile yerinde tutmaya yeterli değildir. Bir mıknatıs yapışırsa, bu genellikle çelik bağlantı elemanlarına, alüminyum kaplamanın altındaki çelik tabanına veya demir kontaminasyonuna çekilir, alüminyumun kendisine değil.
Alüminyum paramanyetik mi yoksa diamanyetik midir?
Paramanyetik. Alüminyum, iletim elektronlarının Pauli paramanyetizmi tarafından nedeniyle küçük bir pozitif manyetik duyarlılığa sahiptir, bu da onu bir manyetik alana zayıf şekilde çeker. Buna karşılık bakır diamanyetiktir ve zayıf şekilde itilir. Gündelik ölçeklerde her iki etki de ihmal edilebilir düzeydedir ve hiçbir metal bir mıknatısı tutmaz.
Bir mıknatıs alüminyum tüpünde neden yavaş düşer?
Eddy akımları, manyetizm değil. Düşen mıknatıs, tüp duvarında değişen bir manyetik alan oluşturur; bu, dolaşan elektrik akımlarını uyarır. Lenz yasasına göre, bu akımlar mıknatısın hareketine karşı koyan bir manyetik alan oluşturur ve düşüşünü yavaşlatır. Bu etki hareket ve iyi bir elektrik iletkenliğine ihtiyaç duyar; bu nedenle sabit bir mıknatıs alüminyumdan basitçe kayıp düşer.
Alüminyum manyetikleşebilir mi?
Normal işleme yoluyla değil. Alüminyumun, ferromanyetik hale dönüştürebilecek kristal fazı yoktur; bu nedenle soğuk haddeleme, bükme, işleme veya ısıl işlem onu manyetik yapmaz. Bu, austenitic paslanmaz çelikleri (304 gibi) ayırır; bunlar soğuk işlemenin ardından yerelleştirilmiş manyetizm geliştirebilir. Manyetik bir "alüminyum" parça, kontaminasyonu, bir çelik bileşeni veya farklı bir malzemeyi gösterir.
Alüminyum folyo manyetik midir?
Hayır. Alüminyum folyo tipik olarak 1xxx veya 8xxx serisi alaşımdır ve toplu alüminyum gibi davranır: paramanyetik ve pratikte manyetik değildir. Bir mıknatıs ona yapışmaz, ancak güçlü bir mıknatıs ince folyo üzerinde hızlı hareket ettirildiğinde, oluşturulan eddy akımları yoluyla hafifçe hareket ettirebilir.
Hangi metaller manyetik değildir?
Yaygın manyetik olmayan metaller arasında alüminyum, bakır, pirinç, bronz, çinko, kurşun, kalay, titanyum, magnezyum, altın, gümüş ve austenitic paslanmaz çelikler (304, 316) tavlanmış durumda yer alır. Güçlü manyetik metaller demir ve çoğu çelik, nikel, kobalt ve bunların alaşımları, ferritik ve martenaitik paslanmaz çelikler ve silisiyum elektrik çeliğidir.
Motorlarda manyetik olmayan alüminyum neden kullanılır?
Çünkü motor hem manyetik bir malzeme hem de bir iletken gerektirir. Bir asenkron motor rotorunda, silisyumlu çelik laminer ağ manyetik akıyı yönlendirir, ısıl dökme alüminyum çubuklar ise torku üreten endüklenen akımları taşır. Alüminyumun manyetik olmayan doğası akı yolunun bozulmasını engeller ve iletkenliği, düşük yoğunluğu ve dökülmüş olabilirliği onu uygun maliyetli bir iletken yapar.
Kaynaklar
- Wikipedia — Aluminium
- CRC Handbook of Chemistry and Physics — Magnetic Susceptibility of the Elements and Inorganic Compounds (4-130)
- MRIquestions.com — What is magnetic susceptibility?
- Bunting — Eddy Current Separators for Metal Recovery
- BAS Industrial — Eddy Current vs Magnetic Separation: When to Use Each
- Eaton — Copper vs. Aluminum Conductor (Product Aid PA202008EN)
