Ar bronza yra magnetinė?

Bronza yra viena seniausių ir universaliausių žmonijos medžiagų, kurios ištakos siekia daugiau kaip 5000 metų - civilizacijos aušrą. Šis kultinis vario lydinys pasižymi akį traukiančiu rusvu atspalviu ir iš jo buvo gaminami įvairūs dirbiniai - nuo senovinių ginklų iki šiuolaikinių laivų komponentų. Tačiau vienas įkyrus klausimas per amžius vis dar nedavė ramybės metalo meistrams ir mokslininkams: ar bronza yra magnetinė?

Šiame išsamiame vadove, kaip profesionalus neodimio magnetai gamintojas, atskleisime tiesą apie bronzos magnetines savybes. Sužinosite, kas suteikia metalams magnetizmo, kodėl bronza prieštarauja šiai tendencijai ir kaip galite patikrinti, ar bronziniai daiktai neturi magnetinės traukos ar atstūmimo. Pabaigoje turėsite galutinį mokslinį atsakymą į šį seną klausimą.

Kodėl kai kurie metalai yra magnetiniai, o kiti - ne

Magnetizmas atsiranda dėl unikalaus elektronų judėjimo skirtingose medžiagose. Supaprastintai tariant, kiekvienas elektronas sukasi aplink savo ašį ir skrieja aplink atomo branduolį. Tai sukuria nedidelį magnetinį lauką.

Daugumoje medžiagų šių mažyčių magnetinių laukų orientacija yra atsitiktinė. Jie nukreipti visomis įmanomomis kryptimis ir panaikina vienas kitą. Tačiau feromagnetinėse medžiagose, tokiose kaip geležis, laukai savaime išsidėsto lygiagrečiai vienas kitam net ir nesant išorinio magneto. Taip susidaro bendras magnetinis laukas, kuris leidžia šiems metalams prilipti prie magnetų.

Tačiau kas lemia, kad tam tikri metalai yra feromagnetiniai, o kiti, pavyzdžiui, bronza, - ne? Atsakymas slypi nesuporuotuose elektronuose.

Nesuporuotų elektronų vaidmuo

Elektronams skriejant aplink atomų branduolius, jie paprastai susipina į poras, o jų sukiniai nukreipti priešingomis kryptimis. Šis susipynimas neutralizuoja bet kokį magnetizmą.

Tačiau pereinamųjų metalų ir retųjų žemių metalų išoriniuose orbitiniuose apvalkaluose yra nesuporuotų elektronų. Būtent dėl šių nesuporuotų elektronų metalų magnetiniai laukai susilygina, o ne neutralizuoja vienas kitą.

Trys metalai, turintys daugiausia nesuporuotų elektronų, yra geležis, kobaltas ir nikelis. Neatsitiktinai šie trys metalai ir jų lydiniai pasižymi stipriausiu feromagnetizmu.

Ar bronza yra magnetinė? Trumpas atsakymas

Bronza paprastai yra nemagnetinė ir daugiausia sudaryta iš vario (diamagnetiko) ir alavo (paramagnetiko). Tačiau kadangi alavo paramagnetizmo indėlis yra labai mažas, bronzą reikėtų laikyti praktiškai nemagnetine. Todėl net kai kai kuriuos bronzos lydinius sudaro išskirtiniai nikelio, kuris yra magnetinis, pėdsakai, lydinys iš esmės išlieka nemagnetinis. Šis bronzos aspektas leidžia ją naudoti įvairiais atvejais, kai gali būti trukdžių, susijusių su magnetizmu. 

Kodėl bronza neturi magnetinės traukos

Dabar, kai supratote, kodėl geležis gali prilipti prie šaldytuvo magneto, jums gali kilti klausimas, kodėl universali bronza neprilimpa. Juk šis klasikinis lydinys neturėtų pasižymėti tam tikru magnetizmu?

Priežastis - bronzos sudėtis ir elektronų konfigūracija.

Bronzos nemagnetiniai komponentai

Tradiciškai bronzos sudėtyje yra 88-95% vario ir 5-12% alavo. Nė vienas iš šių elementų išoriniuose apvalkaluose neturi nesuporuotų elektronų.

Varis turi užpildytą išorinį elektronų apvalkalą, o alavas turi du vienišus elektronus, kurie sukasi priešingomis kryptimis. Tai panaikina bet kokį magnetizmą. Kadangi nesuporuoti elektronai nesukuria magnetinių laukų, nė vienas metalas nėra feromagnetiškas.

Tai paaiškina, kodėl varis ir alavas patys savaime yra nemagnetiniai. Įdomu tai, kad sujungtas į bronzą lydinys taip pat išlieka nemagnetinis.

Nemagnetiškumo lydinyje palaikymas

Galima tikėtis, kad derinant varį ir alavą gali atsirasti tam tikras bendras magnetizmas. Tačiau bronzos metalinė jungtis išlaiko nemagnetines sudedamųjų dalių savybes.

Vario atomai atiduoda savo išorinio apvalkalo elektronus alavo atomams. Taip lydinyje susidaro simetriška nemagnetinė laisvųjų elektronų pusiausvyra. Nors alavo elektronai tampa nesuporuoti, jie tolygiai juda tarp teigiamų vario jonų "elektronų jūroje". Kadangi elektronai vis dar yra subalansuoti, negali atsirasti magnetizmas.

Kada bronza gali tapti magnetine?

Nors tradicinė bronza, kurioje yra vario ir alavo derinys, išlieka nemagnetinė, neįprasti lydiniai, kuriuose yra geležies, kobalto ar nikelio, gali pasižymėti magnetizmu. Kaip legiravimo elementai leidžia bronzai tapti magnetine?

Geležies bronza

Kai kuriose senovės bronzose geležis buvo panaudota dėl rūdos priemaišų arba sąmoningai pridėta. Tačiau ar ši geležinė bronza buvo magnetinė? Keista, bet atsakymas paprastai yra neigiamas.

Mažų geležies pėdsakų, patekusių į šiuos ankstyvuosius lydinius, nepakako magnetizmui sukelti. Be to, dėl bronzos metalinių jungčių geležies atomai buvo pernelyg izoliuoti, kad galėtų suderinti magnetinius laukus ir sukurti trauką. Tačiau jei į lydinį patekdavo pakankamai geležies, tam tikras magnetizmas galėjo pasireikšti.

Šiuolaikinės geležies bronzos tai išnaudoja. Jų sudėtyje yra apie 5-10% geležies, todėl jos pasižymi geresnėmis magnetinėmis savybėmis. Didesnis geležies kiekis leidžia formuoti magnetinius domenus, kartu išlaikant naudingas bronzos savybes.

Nikelio bronza

Nikelio bronzos elgiasi panašiai kaip geležies lydiniai. Tradicinės bronzos yra atsparios korozijai neoksiduojančiomis sąlygomis. Tačiau tokiose srityse, kaip laivų sraigtai, oksiduojantis jūros vanduo greitai ardo lydinį. Nedidelis nikelio priedas apie 5-10% sukuria apsauginį nikelio oksidas sluoksnis, apsaugantis nuo korozijos.

Kaip ir geležies, vien tik nikelio, kaip ir geležies, nepakanka magnetizmui sukurti. Tačiau tam tikra nikelio migracija gali palaipsniui išlyginti vietinius magnetinius laukus, jei lydinys koroduoja. Tai sukelia nedidelę magnetų trauką nišos sąlygomis.

Papildomi legiravimo elementai

Aliuminio ir mangano bronzos taip pat priklauso nuo korozijai atsparių paviršiaus oksidų, todėl laikui bėgant erozija jas padaro silpnai magnetines. Kai kuriose fosforo bronzose gali būti naudojami feromagnetinių elementų, pavyzdžiui, geležies ir kobalto, pėdsakai, kad gamybos metu būtų pašalintos deguonies priemaišos. Tai gali sukelti nedidelę magnetinę trauką.

Apskritai standartinė alavo-vario bronza išlieka nemagnetinė, nepaisant nedidelio kiekio legiruojančių elementų. Tik pridėjus daug feromagnetinių metalų, bronzos lydinys gali tapti tinkamai magnetinis.

Bronzos ir vario lydinių magnetizmo bandymas

Dabar, kai jau suprantate, kaip moksliškai paaiškinamas sporadiškas bronzos magnetizmas, galbūt norėsite išbandyti savo vario lydinio artefaktus. Pateikiame keletą paprastų metodų, kaip patikrinti bronzos ir kitų daiktų magnetinį aktyvumą:

Plūduriavimo testas

Šiuo bandymu galima patikrinti, ar bet koks mažas bronzinis daiktas, pavyzdžiui, papuošalai, monetos ar amatininkų dirbiniai, nėra įmagnetinti. Jums reikės plokščiadugnio dubens, vandens ir mažo šaldytuvo magneto.

Pirmiausia pripildykite dubenį vandens, palikdami 1 colio/2,5 cm tarpą po kraštu. Tada atsargiai padėkite reikiamą daiktą ant vandens paviršiaus. Jei jis nuskęsta, išbandykite mažesnį daiktą arba pridėkite plaustą iš segtukų, kad jis plūduriuotų.

Magnetą laikykite centimetrą virš plūduriuojančio daikto ir lėtai nuleiskite vertikaliai link paviršiaus. Jei bandomasis objektas iššoka iš vandens arba skuba pasitikti magnetą, vadinasi, jis pasižymi feromagnetizmo savybėmis. Tačiau jei vandens paviršiaus įtempimas sulaiko daiktą ten, kur jis guli, kai priartinate magnetą, jūsų bronza neturi magnetinės traukos.

Taikant šį metodą bandomasis elementas izoliuojamas nuo bet kokių trukdančių metalų ir aiškiai atskleidžiamas net silpnas magnetizmas.

"Quick-Pick" metodas

Jei norite greitai išbandyti didesnius bronzos objektus ar skulptūras, išbandykite greitojo nuėmimo metodą. Tvirtai laikykite magnetą ir švelniai palieskite jo apačią prie bronzos paviršiaus 45° kampu. Išlaikydami sąlytį lėtai stumkite jį skersai.

Jei magnetas lengvai slysta bronzos paviršiumi, magnetinės traukos nėra. Tačiau jei magnetas gaudydamas ir vilkdamasis rodo nedidelio magnetizmo sritis. Tai galite pastebėti aplink surūdijusias vietas arba sujungtas dalis, jei jose yra geležies arba nikelio.

Jei norite padidinti jautrumą ir nesubraižyti magneto, ant apatinės magneto dalies priklijuokite putplasčio sluoksnį. Tai sušvelnina kontaktą ir padaro matomą net silpną magnetinę trauką.

Magnetinė peržiūros plėvelė

Magnetinė peržiūros plėvelė yra moksliškiausias būdas įvertinti bronzos artefaktų magnetizmą. Paprasčiausiai tvirtai priklijuokite lapą ant bronzos paviršiaus. Tada po galine plėvelės puse pakiškite magnetą.

Tvirta acetato plėvelė iš karto atskleis bet kokias bronzos magnetines sritis, nes į medžiagą įterptos mikroskopinės nikelio drožlės bus sulygiuotos. Ten, kur skeveldros susitelkia į vientisas juodas linijas ir grupes, bronza turi išmatuojamą magnetizmą.

Ir atvirkščiai, jei paviršiuje atsiranda tik atsitiktinės tamsios dėmės, galite drąsiai daryti išvadą, kad jūsų lydinys neturi didelės magnetinės traukos ar atstūmimo jėgos. Šis metodas taip pat parodo bet kokius feromagnetinio užterštumo židinius modernesnėse apdirbamose detalėse.

Pagrindinės išvados apie bronzos magnetizmą

• Tradicinė alavo ir vario bronza neturi magnetinių savybių dėl suporuotų, vienas kitą naikinančių elektronų. Varis ir alavas atskirai taip pat yra nemagnetiniai metalai.
• Tokie legiruojantys elementai kaip geležis, nikelis, manganas, aliuminis ir kobaltas gali sukelti silpną magnetizmą, jei jų koncentracija bronzoje viršija maždaug 5%.
• Dešimtmečius ir šimtmečius trunkanti korozija gali išryškinti palaidotus feromagnetinius priedus, todėl senovinėse bronzose atsiranda nedidelio magnetizmo sričių.
• Bronzos magnetizmą galite patikrinti flotaciniu būdu, greito slydimo magnetu arba magnetinės peržiūros plėvele.

Per tūkstančius žmonijos civilizacijos metų bronza puošė mūšių laukus, puošė karališkąją šeimą ir stiprino viso pasaulio imperijas. Šis universalus lydinys, nepaisant savo ilgos istorijos, puikiai tarnauja ir šiais laikais.

Atskleidus atsitiktinio bronzos magnetizmo paslaptį, paaiškėja, kas slypi metalo lydinių moksle. Be to, jis padės jums patiems patikrinti, ar jūsų neįkainojami artefaktai ir lobiai pasižymi patvariausia savybe - traukia lodestoną.

Taigi pasidairykite po sandėlius ir suraskite senus senelio bronzinius suvenyrus arba kieme rastą artefaktą. Naudodamiesi šiais magnetiniais bandymais galite atskleisti turtingas bronzos kelionės per laiką istorijas.