Магнитится ли никель?

Нержавейка магнитится или нет? Марки и свойства нержавеющей стали

• 27 Марта, 2019
• Разное
• Светлана Павлова

Нельзя представить отсутствие антикоррозийной стали в современной жизни.

Появление нержавеющего сплава позволило сделать большие успехи во многих областях народного хозяйства. Только добавление в состав стали хрома делает ее устойчивой к коррозии.

Но при ее использовании у потребителей нередко возникает вопрос: нержавейка магнитится или нет? Вот об этом и поговорим в этой статье.

Что такое антикоррозийная сталь?

Сталь, которая не покрывается при эксплуатации ржавчиной, в народе называется нержавейкой. Ее получают из сплава железа с углеродом и различными легирующими добавками: никелем, хромом, ниобием, титаном.

Каждый из этих компонентов усиливает или уменьшает определенные свойства сплава – магнитность, прочность, твердость, пластичность, коррозийность. Главное качество нержавеющей стали – сопротивление коррозии.

Оно как раз и зависит от содержания в ней хрома.

Чем больше этого металла в сплаве, тем он меньше подвергается коррозии. Поэтому все стали, проявляющие стойкость к ржавлению, содержат хрома не менее 10,5%.

Причем при повреждении поверхности, пленка образуется вновь после окисления хрома кислородом.

Классификация нержавейки

И все же, нержавейка магнитится или нет? В зависимости от состава химических элементов и внутренней структуры она бывает магнитной или нет, и делится на следующие типы:

• Ферритные – содержат хрома более 20%, устойчивы к агрессивным средам, наделены магнитными свойствами, доступны по цене, имеют широкое применение.
• Аустенитные – не подвергаются коррозии, содержат большое количество никеля и хрома, отличаются гибкостью и прочностью. Легко свариваются, принадлежат к немагнитным сплавам.
• Мартенситные – антикоррозийные сплавы могут подвергаться воздействию высоких температур, не выделяют вредных паров, обладают повышенной износоустойчивостью и прочностью.
• Комбинированные – особые нержавеющие стали, в которых сочетаются свойства всех перечисленных выше групп. Производятся по индивидуальным заявкам заказчика. Наибольший спрос имеют аустенитно-мартенситные и аустенитно-ферритные сплавы.

Следует отметить, что магнитные свойства стали не оказывают влияния на ее коррозийные свойства.

Магнитные свойства материалов

Все материалы по магнитным свойствам делятся на:

• Паромагнитики – олово, платина, алюминий увеличивают внешнее магнитное поле за счет совпадения с ним молекулярных токов.
• Диамагнитики – медь, серебро, цинк, у них внутреннее поле ослабляет внешнее.
• Ферромагнитики – железо, кобальт, никель, в которых сильно усиливается намагничивание даже при слабом воздействии внешнего поля.

Почему магнитится нержавейка? Это происходит тогда, когда магнитное поле снаружи усиливается внутренним. Причем намагничивание будет тем сильнее, чем они интенсивнее будут увеличивать друг друга. Кроме того, магнитные свойства нержавейки зависят как от соотношения легированных добавок, которые входят ее состав, так и от фазового состояния стали.

Как определить изделие из нержавейки?

Многие потребители часто пытаются определить самостоятельно, из какого металла изготовлен тот или иной бытовой предмет. Визуально обычную сталь от нержавейки отличить нельзя, поэтому для проверки принято использовать магнит.

Существует мнение, что настоящая антикоррозийная сталь не магнитится. Может ли нержавейка магнититься или нет на самом деле? Всякое бывает. А потому такой способ проверки не дает достоверного результата.

Иногда случается, что изделие притягивается к магниту, а служит долго, не изменяя своих качеств.

И наоборот, никак не реагирующее на него, от соприкосновения с водой оно покрывается ржавчиной. Правильно определить коррозийную стойкость можно, исследовав ее химический состав, что в домашних условиях выполнить нереально. Для ограждения себя от подделок, приобретать изделия для домашнего обихода лучше в фирменных магазинах.

Нержавейка, которая не магнитится

Очень часто для производства антикоррозийной стали используются сплавы с большим содержанием хрома, никеля и марганца. Из них производится большое количество различного оборудования и изделий для применения в разных сферах. К немагнитным сталям относятся:

• Аустенитные. Из них делают оснащение для судов, холодильников, пищевой промышленности, посуду для кухни и сантехническое оборудование.
• Аустенитно-ферритные. Основные достоинства таких сплавов – это прочность и повышенная стойкость к растрескиванию.

Люди чаще всего в быту сталкиваются с оборудованием и изделиями, изготовленными из этих сталей, поэтому на вопрос “Нержавейка магнитится или нет?” и отвечают отрицательно, хотя это неверно.

Антикоррозийные магнитящие стали

К сплавам, которые стойки к ржавчине, но при воздействии магнита сильно притягиваются, относятся:

• Мартенситные – материал обладает высокой прочностью, хорошо шлифуется и полируется, очень устойчив к коррозии, прекрасно обрабатывается штамповкой, резкой и сваркой. Кроме изготовления промышленного оборудования, используется для изготовления столовых приборов. Поэтому на вопрос о том, магнитится нержавейка или нет, можно смело отвечать положительно.
• Ферритные – самой востребованной маркой стали с магнитными свойствами считается AISI 430, используемая для производства пищевого оборудования.

Использование хромоникелевой стали

Антикоррозийная сталь 12Х18Н10Т принадлежит к экологически чистому и долговечному материалу.

В состав хром-никелевого сплава, кроме основного компонента – железа, входит до 19% хрома, обеспечивающего ей сильные антикоррозийные свойства, и 11% никеля, которые переводят ее в класс аустенитов и придает гибкость, прочность и жаростойкость.

Благодаря своим характеристикам она находит широкое применение. Многих интересует, сталь марки 12Х18Н10Т магнитится или нет? Она не является магнитной, как и все аустенитные сплавы, и находит применение в следующих отраслях промышленности:

• Химической – агрессивные кислоты: уксусная, азотная, фосфорная транспортируются по трубам из этой марки стали.
• Пищевой – молочной, мясной, алкогольной.
• Машиностроительной – изготовление деталей, контактирующих с кислотами и щелочами, производство сварной аппаратуры, коллекторов выхлопных систем.
• Нефтяной – для изготовления труб.

Кроме того, хромоникелевые сплавы используют в топливно-энергетическом секторе. Из них изготавливают печную арматуру, теплообменники.

Заключение

Теперь вы знаете, какая нержавейка магнитится, а какая – нет, и что эти свойства никакого влияния не оказывают на качество приобретенного изделия.

В домашних условиях нет возможности проверить, заржавеет купленная вами посуда или сантехническое оборудование, или нет. Все выяснится при эксплуатации.

Чтобы не ошибиться в выборе, делайте покупки в крупных торговых точках и у известных производителей.

Как отличить никель от других металлов

При выборе украшений в ювелирном магазине взгляд непременно падает на серебро. Этот металл ничем не хуже золота или платины, а многим девушкам нравится намного больше, зато его цена намного более щадящая. Но именно этот драгоценный металл подделывают очень часто, и, чтобы не попасться на удочку мошенников, надо уметь отличать оригинал от подделки.

О серебре

Серебро издревле ценилось за свою красоту и физические качества. В природе оно встречается в виде самородков, достигающих порой огромных размеров, самый большой найденный самородок при плавке дал 20 тонн чистого серебра.

К сожалению, большая часть серебра, которую удается обнаружить, встречается в соединении с другими веществами, что сильно усложняет выплавку из самородков чистого метала.

Если говорить о физических свойствах серебра, то особого внимания удостаивается его пластичность, из 1 г серебра получается тончайшая проволока длиной в 2 км, а также то, благодаря чему этот метал считается драгоценным и используется ювелирами — его способность не окисляться под воздействием кислорода.

Мельхиор — сплав меди, никеля и цинка. Внешне этот метал очень похож на серебро, чем многие и пользуются продавая подделки из мельхиора под видом этого драгоценного металла. Зачастую из мельхиора изготавливают посуду, реже украшения.

Но в таком случае, как же отличить мельхиор от серебра? Отзывы покупателей и специалистов говорят, что первое и главное правило — думать, где именно покупать его. С этого и должен начинаться весь процесс. У вас не будет необходимости узнавать, как отличить серебро от мельхиора, если изделие было приобретено в крупном ювелирном магазине.

Он не позволит себе испортить репутацию, продавая подделки. Другое дело ломбарды и желающие продать драгоценности «с рук», такие, скорее всего, продадут подделку.

Чаще всего подделку можно встретить на отдыхе, например, в Египте или Таиланде. В таких местах украшения чаще покупаются на рынках. Конечно, опробовать местный колорит стоит, но это может обойтись слишком дорого, если быть доверчивым.

Наиболее простой способ определить, настоящее ли серебро, это нагреть изделие, например, потереть его о руку, серебро обладает высокой теплопроводностью и нагреется намного скорее, чем любой другой метал.

Есть и другие способы, как отличить серебро от других металлов и мельхиора, с помощью магнита, иглы или мела.

Тактильный способ

Существует несколько тактильных способов, как отличить серебро от мельхиора и других подделок. Один из них был описан выше, а именно — нагреть изделие.

Но, кроме температуры, после нагревания предмета с помощью трения о руку, стоит обратить внимание на кожу.

Также подлинность серебра можно определить по весу изделия: серебро намного тяжелее прочих металлов. Лучше всего с этой задачей справится профессионал, но и обычный человек может определить подлинность, просто сравнив вес изделия с подобным серебряным.

Проба

Также одним из наиболее простых способов проверки подлинности метала, которым можно пользоваться прямо в магазине, является проверка пробы. У подделки если она и будет, то стертая или нечеткая. Как отличие серебра от мельхиора также может выступать значок «МНЦ», который расшифровывается как магний, никель, цинк — состав мельхиорового сплава.

У товаров разного производства маркировка может отличаться, однако ни у одной страны-производителя нет пробы с просто надписью «925», обязательно есть другие знаки — изображения или надписи, именно у подделок чаще всего встречается проба только в виде числа.

Это поможет тем, кто задается вопросом, как отличить мельхиор от серебра, а подручных средств, например, мела, с собой не оказалось.

Магнит

Менее достоверный, но все же имеющий право на существование метод, как отличить серебро от другого метала — магнит. Очень часто в изделия, изготовленные из обычных, недрагоценных металлов, вставляю серебряные детали.

Например, это могут быть звенья цепочки с пробой. В таком случае может помочь магнит, серебро никогда к нему не притягивается.

Но этот способ не надежен, так как не только серебро магнит не притягивает, но и мельхиор и цветные металлы также не реагируют на магнит.

Игла

Также распространенный способ подделывать ювелирные изделия или посуду из серебра — это покрытие меди или другого металла тонким слоем серебра. В таком случае помочь отличить подделку может обычная игла. Достаточно поцарапать ею изделие, и, если внутри показался темный метал, то это точно подделка. Однако этот метод не подойдет тем, кто боится испортить внешний вид предмета.

Серная мазь и ляписный карандаш

Серная мазь, которую можно купить в любой аптеке, также поможет отличить серебро: при натирании этим веществом серебряного изделия на нем в течение часа появится черный след. Единственный минус — придется оттирать серебро от черноты. Есть также способ выявить именно мельхиоровый сплав, для этого необходимо провести по металлу ляписным карандашом — он оставит на изделии темный след.

Йод

Проверить подлинность можно и другим средством доступным в любой аптеке, а именно йодом.

Мельхиор и другие металлы не меняют свой вид под воздействием йода, некачественное серебро, большим процентом примесей цинка, поменяет свой цвет на синий, а вот настоящее серебро, стоит на него капнуть йода — почернеет.

Но такой способ тоже нежелателен для тех, кто не знает, как отчищать серебро. Но не стоит отчаиваться, в Сети достаточно советов, как это сделать. Самые надежные из них — это использовать специальную чистящую салфетку или раствор для чистки серебра.

Мел

Еще один способ, который можно применить в ювелирном магазине до приобретения изделия, — потереть его обычным мелком. От соприкосновения с серебром мел покрывается черным налетом. К сожалению, такой способ не поможет, если подделка покрыта слоем серебра.

И еще одно правило, которое стоит взять на заметку, приходя в ювелирный магазин или тем более покупая украшения с рук: прежде чем приобретать изделие, стоит узнать курс серебра. Подобная информация может стать очень полезной, если знать, как ее использовать.

Важно запомнить, что цена ювелирного украшения или любого другого изделия из серебра не может быть меньше или равна стоимости серебра соответствующего веса.

В цену, указанную продавцом, обязательно входит еще и работа. Если продавец предлагает тяжелый перстень или подвеску за бесценок, это сто процентов подделка.

Аккуратность и внимательность при выборе покупок помогут избежать неоправданных трат.

Источник: http://.ru/article/398895/kak-otlichit-serebro-ot-melhiora—osobennosti-effektivnyie-sposobyi-i-otzyivyi

Как отличить медь от других металлов

У большинства из нас знания о меди и ее свойствах ограничиваются школьным курсом химии, что на бытовом уровне вполне достаточно.

Однако иногда возникает необходимость достоверно определить, является ли материал чистым элементом, сплавом или даже композитным материалом.

Мнение, что эта информация нужна лишь тем, кто занимается приемом или сдачей металлолома, ошибочно: к примеру, на форумах радиолюбителей и очень часто поднимаются темы, как отличить медь в проводах от омедненного алюминия.

Коротко об элементе №29

Чистая медь (Cu) – золотисто-розовый металл, обладающий высокой пластичностью, тепло- и электропроводностью. Химическую инертность в обычной неагрессивной среде обеспечивает тончайшая оксидная пленка, которая придает металлу интенсивный красноватый оттенок.

Главное отличие меди от других металлов – окраска. На самом деле окрашенных металлов не так много: внешне похожи лишь золото, цезий и осмий, а все элементы, входящие в группу цветных металлов (железо, олово, свинец, алюминий, цинк, магний и никель) обладают серым цветом с различной интенсивностью блеска.

Абсолютную гарантию химического состава любого материала можно получить лишь с помощью спектрального анализа. Оборудование для его проведения очень дорогое, и даже многие экспертные лаборатории могут о нем лишь мечтать. Однако, существует немало способов, как отличить медь в домашних условиях с высокой долей вероятности.

1. Определение по цвету

Итак, перед нами кусок неизвестного материала, который необходимо идентифицировать как медь. Упор на термин «материал», а не «металл», сделан специально, так как в последнее время появилось немало композитов, которые по внешним признакам и тактильным ощущениям очень похожи на металлы.

В первую очередь рассматриваем цвет. Это желательно делать при дневном свете или «теплом» светодиодном освещении (под «холодными» светодиодами красноватый оттенок меняется на желто-зеленый). Идеально, если для сравнения есть медная пластинка или проволока – в этом случае ошибка в цветовосприятии практически исключена.

Важно: старые медные изделия могут быть покрыты окислившимся слоем (зеленовато-голубым рыхлым налетом): в этом случае цвет металла нужно смотреть на срезе или спиле.

Магнитится или нет

Большую часть изделий мы делаем из нержавеющей стали. В обязательном порядке из нержавейки изготавливается второе дно дымника – эта деталь принимает на себя горячий дым из трубы, поэтому требования к антикоррозийной защите здесь повышенные.

Иногда наши клиенты пытаются проверить качество нержавеющей стали с помощью магнита – есть такой “народный способ”. Но не спешите обвинять поставщика в обмане, если вдруг обнаружили магнитные свойства у “нержавейки”. На самом деле сейчас выпускается более 250 марок стали, которая имеет общее название “нержавеющая”, но по составу и свойствам сильно отличается и вполне может быть магнитной.

Современная классификация нержавеющей стали

Нержавеющая сталь – это разновидность легированной стали, устойчивая к коррозии за счет содержания хрома. В присутствии кислорода образуется оксид хрома, который создает на поверхности стали инертную пленку, защищающую все изделие от неблагоприятных воздействий.

Не каждая марка нержавеющей стали демонстрирует устойчивость хромоксидной пленки к механическим и химическим повреждениям. Хотя пленка восстанавливается под воздействием кислорода, были разработаны специальные марки нержавейки для применения в агрессивных средах.

Первый условный тип разбиения на группы:

• Пищевая
• Жаропрочная сталь
• Кислотостойкая сталь

Второй тип классификации – по микроструктуре:

• Аустенитные (Austenitic) – не магнитная сталь с основными составляющими 15-20% хрома и 5-15% никеля который увеличивает сопротивление коррозии. Она хорошо подвергается тепловой обработке и сварке. Именно аустенитная группа сталей наиболее широко используется в промышленности и в производстве элементов крепежа.
• Мартенситные (Martensitic) – значительно более твердые чем аустетнитные стали и могут быть магнитными. Они упрочняются, закалкой и отпуском подобно простым углеродистым сталям, и находят применение главным образом в изготовлении столовых приборов, режущих инструментов и общем машиностроении. Больше поддвержены коррозии.
• Ферритные (Ferritic) стали значительно более мягкие чем мартенситные по причине малого содержания углерода. Они также обладают магнитными свойствами.

Маркировка нержавеющей стали

В России и странах СНГ принята буквенно-цифровая система, согласно которой цифрами обозначается содержание элементов стали, а буквами — наименование элементов. Общими для всех обозначениями являются буквенные обозначения легирующих элементов: Н — никель, Х — хром, К — кобальт, М — молибден, В — вольфрам, Т — титан, Д — медь, Г — марганец, С — кремний.

Стали нержавеющие стандартные, согласно ГОСТ 5632-72, маркируют буквами и цифрами (например, 08Х18Н10Т). В США существует несколько систем обозначения металлов и их сплавов.

Это объясняется наличием нескольких организаций по стандартизации, к ним относятся АMS, ASME, ASTM, AWS, SAE, ACJ, ANSI, AJS.

Из всего многообразия марок мы используем в своём производстве три основные – AISI 304, AISI 316 и AISI 430.

Подробнее про марки нержавеющей стали, которые мы используем

•  Нержавейка AISI 430 (Российский стандарт 12Х17); 

Из-за низкого содержания углерода – самая пластичная, сравнительно легко гнётся. Высокий процент хрома обеспечивает высокий уровень защиты.

Сохраняет свои свойства в коррозионно опасных и серосодержащих средах, устойчива к резким перепадам температуры.

Нержавейку AISI 430 мы используем для гибки планок, декоративных изделий, заборных колпаков, дымников (если нет газа и дизеля), внешней изоляции дымоходов на сэндвич трубах.

• Нержавейка AISI 304 (Российский стандарт 08Х18Н10);

Это самая востребованная нержавейка, которая пользуется большим спросом во всех отраслях промышленности,  втом числе и нашем гибочном производстве. Имеет высокий уровень устойчивости к коррозии.

У нас основное применение такого вида нержавейки – это дымники, проходка дизель и газ, внутренняя труба на сэндвич трубах для дымохода и в других изделиях, которые будут использоваться в агрессивных средах.

Нержавеющая сталь марки AISI 304 является хромоникелевой и относится к аустенитной группе сталей, то есть является не магнитной. Так же как ее аналоги стали 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т и др.

Однако при определенных физических воздействиях металлопрокат данной группы может проявлять магнитные свойства. Так, например, при сварке любого типа, под воздействием высокой температуры, происходит выгорание легирующих элементов и изменение структуры металла в месте сварного шва.

Соответственно в этом месте металл начинает проявлять магнитные свойства. Изменение структуры кристаллической решетки металла также происходит при механическом воздействии, как то ковка металла, накатка резьбы, воздействие прессом, изгиб металла и т.д. Что также ведет к проявлению магнитных свойств.

При этом общие химические и физические свойства стали не меняются.

Полезное

Обозначение легирующих элементов в нержавеющих сталях
Влияние основных легирующих элементов на свойства нержавеющих сталей
Соответствие зарубежных стандартов российскому ГОСТу
Почему одна марка нержавейки магнитится , а другая нет?
Что такое «Пищевая нержавейка»?
Наиболее распространённые виды поверхности нержавеющих листов

Обозначение легирующих элементов в нержавеющих сталях

• В начальной части марки находятся цифры (две или одна), показывающие содержание углерода.
• Две цифры указывают на его среднее содержание в сплаве в сотых долях процента, а одна – в десятых.Есть и стали, не имеющие в начале названия марки цифр. Это означает, что углерод в этих сплавах содержится в пределах 1%.
• Буквы, которые можно увидеть за первыми цифрами названия марки, указывают на то, из чего состоит данный сплав.
• За буквами, дающими информацию о том или ином элементе в его составе, могут стоять или не стоять цифры.Если цифра есть, то по ней определяется (в целых процентах) среднее содержание указанного буквой элемента в составе сплава, а если цифры нет, значит, данный элемент содержится в пределах от 1 до 1,5%.

Х- хром
Н — никель
К — кобальт
М — молибден
В — вольфрам
Т — титан
Д — медь
Г — марганец
С — кремний
Ф — ванадий
Р — бор
А — азот
Б — ниобий
Е — селен
Ц — цирконий
Ю — алюминий

Хром (Cr):

• является основным элементом стали, определяющей её стойкость к окислению (коррозии). Хром резко повышает коррозионную стойкость стали при увеличении его в сплаве выше 12,5%, начиная с этой концентрации на поверхности образуется плотная оксидная плёнка Cr2O3 (хром собственно и делает сталь нержавеющей, например, стали 20Х13, 30Х13, 40Х13 и т.п.);
• при содержании хрома в стали 12—14% теплопроводность стали в 2 раза меньше чистого железа, а электросопротивление возрастает в 3 раза;
• обеспечивает повышенную прочность при повышенных температурах, добавка хрома повышает твёрдость и прочность стали, не снижая её пластичности;
• снижает ударную вязкость стали.

Никель (Ni):

• основная функция никеля – стабилизация аустенитной структуры стали, такая структура является особо прочной и эластичной. Минимальное количество никеля способное стабилизировать аустенитную структуру – 8% (именно столько никеля находится в наиболее распространённой импортной стали AISI 304);
• наличие в стали от 8-10% никеля обеспечивает ей хорошую пластичность и хорошие формовочные свойства;
• улучшает свариваемость стали и дополнительно увеличивает сопротивление стали  к окислению (коррозии) в районе сварного шва;
• никель увеличивает жаропрочность стали (в особенности по отношению к устойчивости к деформации);
• благодаря никелю нержавеющая сталь лучше полируется и более устойчива к царапинам, чем обычные стали (шлифованные и зеркальные поверхности).

Молибден (Mo):

• повышает сопротивление стали к окислению (коррозии) при высоких температурах, снижает стойкость сталей к точечной (питтинговой) коррозии;
• увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение;
• обеспечивает дополнительное термическое упрочнение.

Титан (Ti):

• повышает прочность стали;
• титан добавляют в нержавеющие стали  для предотвращения межкристаллитной коррозии.

Углерод (C):

• при увеличении углерода до 0,8% растёт твёрдость и прочность стали, однако приводит к увеличению порога хладноломкости (например, стали 40Х13 и 95Х18 используются для производства ножей);
• чем больше в стали углерода, тем она труднее обрабатывается резанием, хуже деформируется и хуже сваривается (так наиболее распространённые в продаже импортные стали 300-ой серии AISI304/321/316 имеют в своём составе 0,8% углерода, что даёт им большую область применения по сравнению с отечественной сталью 12х18н10т).

Соответствие зарубежных стандартов российскому ГОСТу.

В настоящее время почти весь нержавеющий металлопрокат, поставляемый к нам в страну маркируется по стандартам AISI, DIN, либо EN. Рассмотрим соответствие этих стандартов российскому ГОСТу.

AISI (American Iron and Steel Institute), Американский Институт Чугуна и Стали

Обозначения стандартных нержавеющих сталей по AISI включает в себя три цифры и следующие за ними в ряде случаев одну, две или более буквы. Первая цифра обозначения определяет класс стали.

Так обозначения аустенитных нержавеющих сталей начинаются с цифр 2ХХ и 3ХХ. В то время как ферритные и мартенсистные стали определяются в классе 4ХХ.

При этом последние две цифры, в отличие от углеродистых и легированных сталей, никак не связаны с химическим составом, а просто определяют порядковый номер стали в группе.

Дополнительные буквы и цифры, следующие за цифрами, используемые для обозначения нержавеющих сталей по AISI означают:

xxxL – Низкое содержание углерода < 0.03%xxxS – Нормальное содержание углерода < 0.08%xxxN – Добавлен азотxxxLN – Низкое содержание углерода < 0.03% + добавлен азотxxxF – Повышенное содержание серы и фосфораxxxSe – Добавлен селенxxxB – Добавлен кремнийxxxH – Расширенный интервал содержания углерода

xxxCu – Добавлена медь

Например:

Сталь 304 относится к аустенитному классу, содержание углерода в ней

3 разных типа магнитов и их применение

Магниты – это материалы, которые генерируют поле, которое притягивает или отталкивает некоторые другие материалы (например, железо и никель) с определенного расстояния. Это невидимое поле, известное как магнитное поле, отвечает за ключевые свойства магнита.

Древние люди использовали магниты по крайней мере с 500 г. до н.э., и самые ранние известные описания таких материалов и их характеристики происходят из Китая, Индии и Греции около 25 веков назад. Однако искусственные магниты были созданы еще в 1980-х годах.

Очевидно, что не все магниты состоят из одних и тех же веществ, и поэтому их можно разделить на разные классы в зависимости от их состава и источника магнетизма. Ниже приведен подробный список трех основных типов магнитов с указанием их свойств, прочности, а также промышленного и непромышленного применения.

1. Постоянные магниты

После намагничивания постоянные магниты могут сохранять магнетизм в течение продолжительного времени. Они сделаны из материалов, которые могут намагничиваться и создают собственное постоянное магнитное поле.
Обычно постоянные магниты изготавливаются из четырех различных типов материалов:

I) Ферритовые магниты

Стек ферритовых магнитов | Изображение предоставлено: Викимедиа

Ферритовые магниты (также называемые керамическими магнитами) являются электроизоляционными. Они темно-серого цвета и выглядят как карандашный грифель.

Ферриты обычно представляют собой ферромагнитные керамические соединения, получаемые путем смешивания больших количеств оксида железа с металлическими элементами, такими как марганец, барий, цинк и никель. Некоторые ферриты имеют кристаллическую структуру, например ферриты стронция и бария.

Они довольно популярны благодаря своей природе: они не подвержены коррозии и, следовательно, используются для продления жизненного цикла многих продуктов. Ферритовые магниты могут использоваться в чрезвычайно жарких условиях (до 300 градусов Цельсия), и стоимость изготовления таких магнитов также низкая, особенно если они производятся в больших объемах.

Поскольку твердые ферриты трудно размагничивать, они обладают высокой коэрцитивной силой. Они используются для изготовления магнитов, например небольших электродвигателей и громкоговорителей. Мягкие ферриты, с другой стороны, имеют низкую коэрцитивную силу и используются для изготовления электронных индукторов, трансформаторов и различных микроволновых компонентов.

II) магниты Алнико

Магнит-подкова из алнико 5 | Эта U-образная форма образует мощное магнитное поле между полюсами, позволяя магниту захватывать тяжелые ферромагнитные материалы.

Магниты алнико состоят из алюминия (Al), никеля (Ni) и кобальта (Co), отсюда и название al-ni-co. Они часто включают титан и медь.

В отличие от керамических магнитов, они являются электропроводящими и имеют высокие температуры плавления.

Чтобы классифицировать их (основываясь на их магнитных свойствах и химическом составе), Ассоциация производителей магнитных материалов присвоила им номера, такие как Alnico 3 или Alnico 7.

Алникос был самым сильным типом постоянных магнитов до развития редкоземельных магнитов в 1970-х годах. Известно, что они создают высокую напряженность магнитного поля на своих полюсах – до 0,15 Тесла, что в 3000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли.

Сплавы Alnico могут сохранять свои магнитные свойства при высоких рабочих температурах, вплоть до 800 градусов Цельсия. Фактически, они являются единственными магнитами, которые имеют магнетизм при нагревании раскаленным докрасна.

Эти магниты широко используются в бытовых и промышленных применениях: несколько примеров – это магнетронные трубки, датчики, микрофоны, электродвигатели, громкоговорители, электронные трубки, радары.

III) Редкоземельные магниты

Как следует из названия, редкоземельные магниты изготавливаются из сплавов редкоземельных элементов. Это самый сильный тип постоянных магнитов, разработанный в 1970-х годах. Их магнитное поле может легко превышать 1 Тесла.

Два типа редкоземельных магнитов – самарий-кобальтовые и неодимовые магниты. Оба уязвимы для коррозии и очень хрупкие. Таким образом, они покрыты определенным слоем (слоями), чтобы защитить их от сколов или поломок.

Самарий-кобальтовые магниты состоят из празеодима, церия, гадолиния, железа, меди и циркония. Они могут сохранять свои магнитные свойства при высоких температурах и обладают высокой устойчивостью к окислению.

Неодимовые магниты, с другой стороны, являются наиболее доступным и сильным типом редкоземельных магнитов. Они представляют собой тетрагональную кристаллическую структуру, изготовленную из сплавов неодима, бора и железа.

Благодаря своим меньшим размерам и небольшому весу они заменили ферритовые и алникомагниты в многочисленных применениях в современных технологиях. Например, неодимовые магниты в настоящее время используются в головном приводе для компьютерных жестких дисков, электродвигателей для аккумуляторных инструментов, механических переключателей электронных сигарет и динамиков мобильных телефонов.

IV) одномолекулярные магниты

Универсальный внутриклеточный белок, называемый ферритином, считается магнитом с одной молекулой. Он хранит железо и выпускает его контролируемым образом.

К концу 20-го века ученые узнали, что некоторые молекулы [которые состоят из ионов парамагнитного металла] могут проявлять магнитные свойства при очень низких температурах.

Теоретически они способны хранить информацию на уровне магнитных доменов и обеспечивать гораздо более плотный носитель, чем традиционные магниты.

Одномолекулярные магниты состоят из кластеров марганца, никеля, железа, ванадия и кобальта. Было обнаружено, что некоторые цепные системы, такие как одноцепные магниты, сохраняют магнетизм в течение длительного периода времени при более высоких температурах.

Исследователи в настоящее время изучают монослои таких магнитов. Одним из ранних соединений, которое было исследовано в качестве одно-молекулярного магнита, является додекануклеарная марганцевая клетка.

Потенциальные возможности применения этих магнитов огромны. К ним относятся квантовые вычисления, хранение данных, обработка информации и биомедицинские приложения, такие как контрастные агенты МРТ.

2. Временные магниты

Некоторые объекты могут быть легко намагничены даже слабым магнитным полем. Однако, когда магнитное поле удалено, они теряют свой магнетизм.

Временные магниты различаются по составу: они могут быть любым объектом, который действует как постоянный магнит в присутствии магнитного поля. Например, магнитомягкий материал, такой как никель и железо, не будет притягивать скрепки после удаления внешнего магнитного поля.

Когда постоянный магнит подносится к группе стальных гвоздей, гвозди прикрепляются друг к другу, а затем к постоянному магниту. В этом случае каждый гвоздь становится временным магнитом, а когда постоянный магнит удаляется, они больше не прикрепляются друг к другу.

Временные магниты в основном используются для изготовления временных электромагнитов, сила которых может варьироваться в соответствии с требованиями. Они также используются для разделения материалов, сделанных из металла, на складах металлолома и дают новый импульс современной технологии – от высокоскоростных поездов до высокотехнологичного пространства.

3. Электромагнит

Электромагнит притягивающий железные опилки

Электромагнит был изобретен британским ученым Уильямом Стердженом в 1824 году. Затем он был систематически усовершенствован и популяризирован американским ученым Джозефом Генри в начале 1830-х годов.

Электромагниты представляют собой плотно намотанные витки провода, которые функционируют как магниты при прохождении электрического тока. Его также можно классифицировать как временный магнит, поскольку магнитное поле исчезает, как только ток отключается.

Полярность и напряженность магнитного поля, создаваемого электромагнитом, можно регулировать, изменяя направление и величину тока, протекающего через провод. Это главное преимущество электромагнитов перед постоянными магнитами.

Эти типы магнитов широко используются в электрических и электромеханических устройствах, включая жесткие диски, громкоговорители, жесткие диски, трансформаторы, электрические звонки, МРТ-машины, ускорители частиц и различные научные приборы.

Электромагниты также используются в промышленности для захвата и перемещения тяжелых предметов, таких как металлолом и сталь.

Применение кобальта при производстве постоянных магнитов

Калькулятор металлопроката

Постоянный магнит – это искусственное изделие из магнитотвердого материала, обладающее высокой интенсивностью магнитной энергии и длительным периодом размагничивания.

Современные постоянные магниты изготавливают методом классического литья или по технологии порошковой металлургии путем штамповки или прессования (с последующим спеканием) мелкодисперсионных порошков различных сплавов и металлов, обладающих большим магнитным насыщением. Мощность и физические характеристики магнита определяются химическим составом, кристаллической структурой и пропорциями его компонентов. Произведенные по технологии прессования порошков постоянные магниты могут быть выполнены практически в любой геометрической форме (диск, цилиндр, куб, призма, кольцо и т.п.) и иметь различное направление магнитного поля.

Для изготовления постоянных магнитов используют металлы с выраженной ферромагнитной структурой – ферромагнетики.

При сплавлении ферромагнетиков происходит взаимная переориентация атомов их кристаллических решеток, вследствие чего магнитная восприимчивость сплава многократно увеличивается, он приобретает способность намагничиваться до насыщения даже при малых внешних магнитных полях и длительное время сохранять высокие магнитные свойства. К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт, а также некоторые из их сплавов и соединений с неферромагнитными материалами.

Рисунок 1. Схема магнита.

Неметаллические соединения кобальта были известны в Египте и Китае более тысячи лет назад. Добавляя в жидкий раствор пигменты кобальта, в Северной Месопотамии делали голубое покрытие для керамических плиток, а в Поднебесной – подглазуровочный слой для знаменитого китайского фарфора. Впервые полученный в 1735 г.

шведским химиком Брандтом металлический кобальт вплоть до начала ХХ века практически не использовали в металлургии из-за неудачных экспериментов создать сплав с железом.

Сегодня кобальт является важным компонентом жаростойких и инструментальных сталей, а еще он стал одним из наиболее востребованных металлов для изготовления постоянных магнитов.

Кобальтовые стали и сплавы – это на текущий момент лучшие материалы для постоянных магнитов, на изготовление которых идет более 20% всего добываемого кобальта.

Металлический кобальт обладает большой индукцией насыщения, которая выражается в его уникальной способности при однократном намагничивании приобретать магнитную силу, многократно превосходящую мощность внешнего поля.

Еще одно важное свойство кобальта – он обладает большой величиной коэрцитивной силы (Hc), препятствующей размагничиванию и перемагничиванию материала.

Магнитная хромистокобальтовая сталь ЕХ5К5, содержащая по 5-6% кобальта и хрома обладает коэрцитивной силой до 170 эрстед (А/м) при остаточной индукции (Br) до 8500 гаусс (тесла).

Магнитный сплав кобальта с платиной по силе магнитной энергии вообще не имеет конкурентов, однако имеет довольно большую стоимость, что препятствует его широкому применению.

Точка Кюри у кобальта, существующая для каждого ферромагнетика, выраженная значением температуры фазового перехода, при достижении которой намагниченный до насыщения материал становится парамагнетиком и теряет свои магнитные свойства, значительно выше, чем у других металлов с ферромагнитной структурой. Для примера: точка Кюри для кобальта равна 1127°С, для железа 770°С, для никеля 358°С, для гадолиния 19°С. Этим объясняется стабильность свойств постоянных магнитов из кобальтосодержащих сплавов в широком температурном диапазоне.

Современные технологии позволяют точно определять химический состав сплава для постоянных магнитов, придавая им те характеристики, которые востребованы потребителями конечной продукции. Наиболее распространенными магнитами сегодня являются изделия из сплавов систем железо-никель-алюминий-кобальт (Fe-Ni-Al-Co) и самарий-кобальт (Sm-Co).

Магнитный сплав железо-никель-алюминий-кобальт (Fe-Ni-Al-Co)

Для обозначения магнитных сплавов на основе железа (Fe) с добавлением никеля (Ni), алюминия (Al) и кобальта (Co) чаще всего используют зарубежный термин «алнико» (англ. AlNiCo), по начальным буквам металлов: алюминия (10-18%), никеля (15-34%) и кобальта (18-40%). Российское название сплава – ЮНДК.

Указанные выше пропорции сплава обеспечивают постоянным магнитам большую величину индукции насыщения, а как следствие – большое значение остаточной индукции.

Кобальт в этом аспекте играет ключевую роль, поскольку чем больше в сплаве Со, тем выше индукция его насыщения и магнитная энергия, способная достигать значений 4000—5200 Дж/м3.

Плюсы и минусы магнитов железо-никель-алюминий-кобальт (Fe-Ni-Al-Co)
К недостаткам сплава Fe-Ni-Al-Co можно отнести не самую высокую коэрцитивную силу (Нс), колеблющуюся в пределах 36-58 эрстед (А/м), которую, кстати, можно повысить при производстве путем увеличения содержания алюминия и никеля. Магниты из сплава Fe-Ni-Al-Co, произведенные прессованием по порошковой технологии, имеют механическую прочность в несколько раз большую, чем литые, но уступают им по силе магнитной энергии на 10-20%. Безусловным плюсом постоянных магнитов Fe-Ni-Al-Co является высокая термическая стабильность, способность эффективно работать при температурах до 550°С, при этом их температура Кюри составляет 810 – 900°С. Постоянные магниты на основе сплава Fe-Ni-Al-Co обладают хорошей химической и коррозионной стойкостью, а также сравнительно невысокой стоимостью.

Магнитный сплав самарий-кобальт (Sm-Co)

Использование сплава самарий-кобальт (Sm-Co) для производства постоянных магнитов обуславливается тем, что он позволяет создавать относительно легкие изделия с очень большой магнитной силой, в том числе крайне малых типоразмеров для миниатюрной техники и устройств (часов, наушников, смартфонов, компьютеров).

Самарий (Sm) – редкоземельный металл, внешне напоминающий свинец, а по механическим свойствам схожий с цинком.

Постоянные магниты на основе сплава самария и кобальта в несколько раз превышают магнитные параметры ферритовых магнитов и лидируют в классе редкоземельных магнитов по максимальному значению коэрцитивной силы, которая у них может достигать 1000-1200 кЭ (кА/м), что на порядок выше аналогичного показателя сплава ЮНДК (Fe-Ni-Al-Co).

Достоинства и недостатки магнитов самарий-кобальт (Sm-Co)
Достоинства магнитов Sm-Co – хорошая прочность (порошковая металлургия) и большая величина остаточной индукции, отличная термическая стабильность при максимальных рабочих температурах 250-350°C, что объясняется температурой Кюри сплава в 720-800°C и выше. Магниты Sm-Co устойчивы к коррозии, воздействию климатических факторов, а потому не нуждаются в нанесении защитного покрытия, что позволяет их использовать в агрессивных средах с большими температурами, например, в нефтяных пластах. К недостаткам постоянных магнитов Sm-Co можно отнести их высокую стоимость.

С использованием кобальта производят большое количество магнитов, которые вследствие высоких магнитных свойств нашли широкое применение в электромашиностроении, станкостроении, приборостроении, в пищевой, нефтегазовой, космической отрасли и других сферах, где постоянный магнит используют в качестве элемента:

• электродвигателей и генераторов;
• преобразователей постоянного тока;
• пускозащитной аппаратуры;
• систем контроля целостности трубопроводов;
• систем магнитной обработки и очистки различных сред;
• дугогасительных устройств;
• систем безбатарейной телефонной связи;
• акустических систем и реле;
• компьютерных комплектующих;
• электросчетчиков, магнитоиндукционных тахометров, омметров, расходомеров (в металлургии), различной измерительной аппаратуры;
• бытовых электроприборов.

Современные постоянные магниты чрезвычайно разнообразны по способу производства, по физическим и химическим характеристикам, по форме, цене, благодаря чему практически для любой цели можно подобрать оптимальное изделие. Количество сфер применения постоянных магнитов постоянно расширяется, а кобальтовые сплавы Fe-Ni-Al-Co и Sm-Co на сегодняшний день играют главную роль в развитии этой тенденции.

Рисунок 2. Электрический двигатель.