Kas pronks on magnetiline?

Pronks on üks inimkonna vanimaid ja mitmekülgsemaid materjale, mille ajalugu ulatub üle 5000 aasta tagasi tsivilisatsiooni alguseni. See ikooniline vasesulam on silmatorkava pruunika varjundiga ja sellest on valmistatud kõike alates iidsetest relvadest kuni tänapäevaste merekomponentideni. Kuid üks küsimus on läbi sajandite metallitöötlejaid ja teadlasi ikka ja jälle hämmastanud: kas pronks on magnetiline?

Selles põhjalikus juhendis on professionaalse neodüüm magnetid tootjapaljastame tõe pronksi magnetiliste omaduste taga. Saate teada, mis annab metallidele nende magnetismi, miks pronks on vastupidine ja kuidas saate testida pronksist esemeid magnetilise tõmbe- või tõrjevõime suhtes. Lõpuks saate lõpliku teadusliku vastuse sellele igivanale küsimusele.

Miks mõned metallid on magnetilised, teised mitte

Magnetism tuleneb elektronide ainulaadsest liikumisest erinevates materjalides. Lihtsustatult öeldes pöörleb iga elektron oma telje ümber ja tiirleb ümber aatomi tuuma. See tekitab väikese magnetvälja.

Enamiku materjalide puhul on nende pisikeste magnetväljade orientatsioon juhuslik. Nad on suunatud igasse võimalikku suunda, tühistades üksteist. Kuid ferromagnetilistes materjalides, näiteks rauas, on väljad spontaanselt paralleelselt paigutatud isegi ilma välise magnetita. See tekitab üldise magnetvälja, mis võimaldab neil metallidel magnetite külge kinni jääda.

Kuid mis teeb teatud metallid ferromagnetiliseks, samas kui teised, näiteks pronks, ei ole seda? Vastus peitub paaritamata elektronides.

Paaritu elektronide roll

Kui elektronid tiirlevad oma aatomi tuuma ümber, moodustavad nad tavaliselt paarid, mille spinnid on suunatud vastassuunas. See tühistamine neutraliseerib igasuguse magnetismi.

Üleminekumetallid ja haruldased muldmetallid sisaldavad aga oma väliskoorides paaritu elektroni. Just need paaritumata elektronid võimaldavad metallide magnetväljadel üksteist neutraliseerimise asemel joonduda.

Kolm metalli, millel on kõige rohkem paaritamata elektrone, on raud, koobalt ja nikkel. Pole juhus, et need kolm metalli ja nende sulamid näitavad kõige tugevamat ferromagnetismi.

Kas pronks on magnetiline? Lühike vastus

Pronks on üldiselt mittemagnetiline ja koosneb peamiselt vasest (diamagnetiline) ja tina (paramagnetiline). Kuna aga tina paramagnetismi panus on väga väike, tuleb pronksi lugeda praktiliselt mittemagnetiliseks. Seega, isegi kui mõned pronksisulamid koosnevad ainuüksi niklist, mis on magnetiline, jääb sulam sisuliselt mittemagnetiliseks. See pronksi aspekt võimaldab mitmeid kasutusalasid, kus võib esineda häireid magnetismi suhtes. 

Miks pronksil ei ole magnetilist tõmmet

Nüüd, kui sa mõistad, miks raud võib külmkapimagneti külge kleepuda, mõtled ehk, miks mitmekülgne pronks ei kleepu. Kas see klassikaline sulam ei peaks lõppude lõpuks ometi magnetismi näitama?

Põhjus peitub pronksi koostises ja elektronide konfiguratsioonis.

Pronksi mittemagnetilised komponendid

Traditsiooniliselt sisaldab pronks 88-95% vaske ja 5-12% tina. Kummalgi neist elementidest ei ole paaritu elektroni oma väliskestas.

Vasel on täidetud väline elektronkesta, samas kui tinal on kaks üksikut elektroni, mis keerlevad vastassuunas. See tühistab igasuguse magnetismi. Kuna paaritu elektronid ei tekita magnetvälja, ei ole kummalgi metallil ferromagnetismi.

See seletab, miks vask ja tina iseenesest on mittemagnetilised. Kuid huvitaval kombel jääb sulam pronksiks ühendatuna samuti mittemagnetiliseks.

Mitte-magnetismi säilitamine sulamites

Võib eeldada, et vase ja tina ühendamine võib tekitada mõningast üldist magnetismi. Kuid pronksi metalliline side säilitab koostisosade mittemagnetilised omadused.

Vase aatomid loovutavad oma väliskesta elektronid tina aatomitele. See loob sulamile vabade elektronide sümmeetrilise, mittemagnetilise tasakaalu. Kui tina elektronid muutuvad paaristumata, liiguvad nad positiivsete vaseioonide vahel ühtlaselt "elektronide meres". Kuna elektronid on endiselt tasakaalus, ei saa tekkida magnetismi.

Millal võib pronks muutuda magnetiliseks?

Kuigi traditsiooniline pronks, mis koosneb vasest ja tinast, jääb kangekaelselt mittemagnetiliseks, võivad ebatavalised rauda, koobaltit või niklit sisaldavad sulamid olla magnetilised. Kuidas võimaldavad legeerivad elemendid pronksil muutuda magnetiliseks?

Raudpronks

Mõnedes iidsetes pronksesemetes sisaldub rauda, mis on saadud kas malmi lisanditest või tahtlikust lisamisest. Kuid kas see raudpronks oli magnetiline? Üllataval kombel on vastus üldiselt eitav.

Nendesse varajastesse sulamitesse sattunud pisikesed rauajäägid ei olnud piisavad magnetismi tekitamiseks. Lisaks sellele hoidis pronksi metallist sidumine raua aatomid liiga isoleerituna, et nende magnetväljad omavahel kokku viia ja tõmbevõimet tekitada. Kui aga sulamile sattus piisavalt rauda, võis teatav magnetism ilmneda.

Kaasaegne raudpronks kasutab seda asjaolu ära. Umbes 5-10% rauaga näitavad nad täiustatud magnetilisi omadusi. Suurem rauasisaldus võimaldab magnetiliste domeenide moodustamist, säilitades samas kasulikud pronksi omadused.

Nikkelpronks

Nikkelpronksid käituvad sarnaselt rauasulamitele. Traditsiooniline pronks peab vastu korrosioonile mitteoksüdeeruvates tingimustes. Kuid sellistes rakendustes nagu laeva propellerid, lagundab oksüdeeriv merevesi sulamit kiiresti. Väike nikli lisamine umbes 5-10% tekitab kaitsva nikkeloksiid kiht, mis takistab korrosiooni.

Nagu rauast, on ka nikli osakaalust üksi ei piisa magnetismi tekitamiseks. Kuid mõningane nikli migratsioon võib siiski järk-järgult ühtlustada kohalikke magnetvälju, kui sulam korrodeerub. See kutsub nišitingimustes esile vähese tõmbamise magnetitele.

Täiendavad legeerelemendid

Alumiinium- ja mangaanpronksid tuginevad samuti korrosioonikindlatele pinnaoksiididele, mis muudavad need aja jooksul toimuva erosiooni korral nõrgalt magnetiliseks. Mõned fosforpronksid võivad kasutada jälgi ferromagnetilistest elementidest, nagu raud ja koobalt, et eemaldada hapniku lisandeid tootmise käigus. See võib tekitada nõrka magnetilist tõmbetugevust.

Üldiselt jääb tavaline tina-vaskpronks siiski mittemagnetiliseks, vaatamata väikestele legeerivate elementide kogustele. Ainult märkimisväärsete ferromagnetiliste metallide lisamisel võib pronksisulam muutuda korralikult magnetiliseks.

Pronksi ja vase sulamite katsetamine magnetismi suhtes

Nüüd, kui te mõistate teadust, mis on pronksi sporaadilise magnetismi taga, võite testida omaenda vasesulamist esemeid. Siin on mõned lihtsad meetodid pronksi ja muude esemete magnetilise käitumise kontrollimiseks:

Ujumise test

See test võimaldab teil kontrollida mis tahes väikese pronksist eseme, näiteks ehete, müntide või käsitööesemete magnetismi. Teil on vaja lamedapõhjalist kaussi, vett ja väikest külmkapimagnetit.

Kõigepealt täitke kauss veega, jättes 1 tolli/2,5 cm ruumi serva alla. Seejärel asetage kõnealune ese ettevaatlikult veepinnale. Kui see vajub, proovige väiksemat eset või lisage ujuvuseks paberiklambriga parv.

Hoidke oma magnetit tolli kõrgusel ujuvast esemest ja laske see aeglaselt vertikaalselt pinna poole. Kui katsekeha hüppab veest välja või tormab magnetile vastu, on tal ferromagnetism. Kui aga vee pinnapinevus püüab eseme täpselt seal, kus see asub, kui te magnetit lähendate, siis ei ole teie pronksil magnetilist tõmbetugevust.

See meetod isoleerib teie katsekeha mis tahes segavatest metallidest, paljastades selgelt isegi kerge magnetismi.

Quick-Pick meetod

Kui soovite kiiresti katsetada suuremaid pronksist esemeid või skulptuure, proovige kiirvalu tehnikat. Hoidke magnetit kindlalt kinni ja puudutage selle alumist külge ettevaatlikult pronkspinnaga 45° nurga all. Libistage seda aeglaselt üle, säilitades samal ajal kontakti.

Kui magnet libiseb vaevata üle pronksi, siis puudub magnetiline tõmme. Kui aga magnet jääb kinni ja lohiseb, siis näitab see, et magnetiseerunud aladel on kerge magnetism. Seda võib märgata korrodeerunud kohtade või ühendatud osade ümber, kui need sisaldavad rauda või niklit.

Tundlikkuse suurendamiseks ilma kriimustusteta liimige magnetite alumisele küljele kiht vahtpolüstrit. See pehmendab kontakti ja muudab isegi nõrga magnetilise tõmbejõu nähtavaks.

Magnetiline vaatluskile

Magnetiline vaatluskile pakub kõige teaduslikumat lähenemist pronksist artefaktide magnetismi hindamiseks. Lihtsalt kleepige leht kindlalt üle oma pronksikatsetuspinna. Seejärel ajage magnet kile tagumise külje alla.

Vastupidav atsetaatkile paljastab koheselt kõik magnetilised piirkonnad pronksil tänu materjali sisseehitatud mikroskoopiliste niklilaastude joondamisele. Seal, kus killud koonduvad mustadeks joonteks ja rühmitusteks, on teie pronksil mõõdetav magnetism.

Seevastu kui pinnale ilmub ainult juhuslikku tumedat piserdamist, võite kindlalt järeldada, et teie sulamil ei ole märkimisväärset magnetilist tõmbetugevust ega tõrjumist. See meetod näitab ka ferromagnetilise saastumise kuumad kohad moodsamatel mehaaniliselt töödeldud esemetel.

Pronksmagnetismi peamised järeldused

• Traditsiooniline tina-vaskpronks ei oma magnetilisi omadusi, kuna selle paarilised elektronid tühistavad üksteist. Vask ja tina eraldi on samuti mittemagnetilised metallid.
• Legeerivad elemendid nagu raud, nikkel, mangaan, alumiinium ja koobalt võivad esile kutsuda kerget magnetismi, kui nende kontsentratsioon ületab umbes 5% pronksist.
• Aastakümnete ja sajandite jooksul toimunud korrosioon võib tuua esile maetud ferromagnetilised lisandid, mis põhjustab vanades pronkses kerge magnetismi.
• Pronkside magnetismi saab testida flotatsiooni, magnetiga kiirlibisemise või magnetilise vaatluskile abil.

Aastatuhandeid kestnud inimtsivilisatsiooni jooksul on pronksist valmistatud esemeid lahinguväljadel, kaunistatud kuninglikke perekondi ja tugevdatud impeeriume üle kogu maailma. See mitmekülgne sulam teenib meid ka tänapäeval, hoolimata oma pikast ajaloost.

Pronksi aeg-ajalt esineva magnetismi mõistatuse lahtimõtestamine heidab valgust metallisulamite aluseks olevale teadusele. Samuti annab see teile võimaluse testida oma hindamatuid esemeid ja aardeid selle kõige püsivama omaduse - lodestoni tõmbumise - suhtes.

Nii et uurige oma varudest ja otsige välja vanaisa vanad pronksist mälestusesemed või see ese, mis teie tagahoovis avastati. Kasutades neid magnetilisi teste, saate avada rikkalikke lugusid pronksi teekonnast läbi aegade.