Είναι ο ανοξείδωτος χάλυβας μαγνητικός;

Ο ανοξείδωτος χάλυβας κατασκευάζεται με την προσθήκη χρωμίου και νικελίου στο σίδηρο. Αυτό κάνει τον χάλυβα μαγνητικό, αλλά δεν είναι όλα τα ανοξείδωτα χάλυβα μαγνητικά. Η προσθήκη νικελίου καθιστά τον ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα μαγνητικό, ενώ ο φερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας είναι μαγνητικός χωρίς την προσθήκη νικελίου.

Υπάρχει ένας ευρέως διαδεδομένος μύθος ότι ο ανοξείδωτος χάλυβας αδιαφορεί για τις παρορμήσεις ενός μαγνήτη. Αν αυτό ήταν αλήθεια, γιατί οι X-men δεν απέρριψαν το οπλοστάσιο τους για μια λεκάνη και μαχαιροπίρουνα από ανοξείδωτο χάλυβα για να πολεμήσουν το Magneto;

Όχι μόνο αυτή η στρατηγική θα αποτύγχανε παταγωδώς, αλλά η μάχη θα φαινόταν επίσης ξεκαρδιστική. Ούτως ή άλλως, το Magneto θα θριάμβευε γιατί ο μύθος δεν είναι απόλυτα αληθινός:ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι μαγνητικός, αν και όχι και οι πέντε τύποι του. Σε τι οφείλεται λοιπόν αυτή η διαφορά;

(Φωτογραφία :Pixabay)

Τι είναι ο ανοξείδωτος χάλυβας;

Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι ένα κράμα σιδήρου που αποτελείται από τουλάχιστον 10,5% χρώμιο. Τα κράματα είναι μεταλλικά υλικά που σχηματίζονται με ανάμειξη δύο μετάλλων, συνήθως για να ενισχύσουν την αντοχή του μετάλλου του υποστρώματος και να προσδώσουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση.

Το χρώμιο που προστίθεται σε μια πλάκα σιδήρου σχηματίζει ένα λεπτό στρώμα που περιβάλλει ολόκληρη την επιφάνεια. Αυτό το θυσιαστικό στρώμα προστατεύει το κράμα από τη διάβρωση. Η σοβαρότητα της προστασίας είναι ανάλογη με την ποσότητα του χρωμίου. Για περαιτέρω ενίσχυση των δυνάμεων, προστίθεται νικέλιο στο μείγμα. Για να εμπνεύσετε άλλες πολυπόθητες ιδιότητες, μπορείτε να αναμίξετε ακόμη και μαγγάνιο, άνθρακα ή πυρίτιο.

Η φθορά του βιομηχανικού εξοπλισμού λόγω διάβρωσης είναι γνωστό ότι προκαλεί ζημιές εκατομμυρίων δολαρίων. (Φωτογραφία:Pixabay)

Τι κάνει έναν μαγνήτη;

Ο σίδηρος, το αρχικό μέταλλο με το οποίο ξεκινάμε, είναι ένα σιδηρομαγνητικό υλικό:μοιράζεται μια εξαιρετικά γενναιόδωρη σχέση με τους μαγνήτες. Η έλξη μεταξύ ενός μπλοκ σιδήρου και ενός μαγνήτη είναι έντονη. Όταν έλκεται από έναν εξαιρετικά ισχυρό μαγνήτη, το σίδερο μπορεί συχνά να γίνει αδιαχώριστο. Η μαγνητική έλξη καθοδηγείται από μικροσκοπικές μαγνητικές μονάδες που ονομάζονται «τομείς».

Ένας τομέας μπορεί να θεωρηθεί ως μια μινιατούρα πυξίδα της οποίας η βελόνα δείχνει προς την κατεύθυνση ενός μαγνητικού πεδίου. Η κρυσταλλική δομή του σιδήρου περιλαμβάνει μια διάταξη όπου η πλειονότητα των περιοχών του ευθυγραμμίζονται προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου στο οποίο υπόκειται. Επιπλέον, οι ατέλειες στη δομή του σιδήρου είναι τυχαίες, καθώς απαγορεύουν στους τομείς να περιστραφούν στον αρχικό τους προσανατολισμό, ακόμη και μετά την αφαίρεση του πεδίου. Στη συνέχεια, το υλικό διατηρεί τις μαγνητικές του ιδιότητες παρά το γεγονός ότι είναι διαχωρισμένο από τον μαγνήτη!

Η ευθυγράμμιση των τομέων είναι ανάλογη με τον θίασο των ψαριών που συμβουλεύονται ο μπαμπάς του Νέμο και η Ντόρι για οδηγίες. Αν τα ψάρια ήταν σε αταξία, το πυκνό βέλος που σχηματίζουν δεν θα ήταν κατανοητό. Αυτό συμβαίνει με τα παραμαγνητικά ή διαμαγνητικά υλικά, όπου η ευθυγράμμιση των περιοχών στο πρώτο είναι διατεταγμένη αρκετά ώστε να μαγνητιστεί (αλουμίνιο), ενώ η σειρά είναι τόσο τυχαία στο δεύτερο που είναι σκληρή σε έναν μαγνήτη που πλησιάζει (πυρίτιο).

Η ίδια η λειτουργία των τομέων είναι κβαντομηχανική. είναι, ωστόσο, άσχετο αυτή τη στιγμή. Ωστόσο, αν αυτό έχει κεντρίσει την περιέργειά σας, μπορείτε να μάθετε περισσότερα εδώ.

Τα πάντα έχουν να κάνουν με την ευθυγράμμιση

Η προσθήκη «ακαθαρσιών», όπως το χρώμιο ή το νικέλιο, στο σίδηρο, είναι βέβαιο ότι θα αλλάξει τις χημικές του ιδιότητες. Κατά συνέπεια, η ευθυγράμμιση των τομέων του διαταράσσεται. Καθώς τροφοδοτούμε όλο και περισσότερες ακαθαρσίες σε αυτό, οι μαγνητικές του ιδιότητες αλλάζουν προς το χειρότερο. Ανάλογα με τις ραντισμένες ακαθαρσίες και την κρυσταλλική δομή που προκύπτει, ο ανοξείδωτος χάλυβας μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε πέντε τύπους. Ωστόσο, για να αξιολογήσουμε τις μαγνητικές του ιδιότητες, χρειαζόμαστε μόνο δύο:φερριτικό και ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα.

Ο φερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας, όπως υποδηλώνει το όνομα, περιέχει αρκετή ποσότητα σιδήρου και επομένως, φυσικά, παρουσιάζει μαγνητικές ιδιότητες. Σε σύγκριση με τους άλλους τύπους, η περιεκτικότητά του σε άνθρακα είναι επίσης πενιχρή, γεγονός που ενθαρρύνει περαιτέρω αυτή τη μαγνητική συμπεριφορά. Δημοφιλή φερριτικά υλικά είναι ανταλλακτικά αυτοκινήτων και μερικά μαχαίρια κουζίνας, υλικά που είναι δυαδικά κράματα σιδήρου-χρωμίου, που περιέχουν 13-18% χρώμιο.

(Φωτογραφία:Pixabay &Shutterstock)

Από την άλλη πλευρά, ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας συνδέεται με τον ανοξείδωτο χάλυβα. Αυτά περιλαμβάνουν λεκάνες κουζίνας και εξαρτήματα fMRI, τα οποία περιλαμβάνουν σίδηρο αναμεμειγμένο όχι μόνο με χρώμιο, αλλά και άνθρακα, νικέλιο και μαγγάνιο για την πρόληψη της διάβρωσης στο πρώτο και την αποτροπή των μαγνητικών έλξεων που προκαλούν σφάλματα στο δεύτερο.

Οι μαγνητικές ιδιότητες του ανοξείδωτου χάλυβα βασίζονται σε στοιχεία που προστίθενται στο κράμα, αλλά η προσθήκη νικελίου είναι γνωστό ότι επιταχύνει αυτή τη μετάβαση. Η παρουσία μόνο του νικελίου μπορεί να μετατρέψει τον μαγνητικό ανοξείδωτο χάλυβα σε μη μαγνητικό ανοξείδωτο χάλυβα.

Τέλος, επειδή ο μαγνητισμός είναι απλώς συνάρτηση της ατομικής διάταξης, μπορεί επίσης να επιτευχθεί μέσω δομικής παραμόρφωσης με θερμοδυναμικά μέσα. Με απλούστερους όρους, η υποβολή ενός υλικού σε θερμότητα μπορεί να αλλάξει, ή πιο συγκεκριμένα, να βλάψει τις μαγνητικές του ιδιότητες. Η θερμότητα ενεργοποιεί τα άτομα και τα οδηγεί σε σύγχυση, με αποτέλεσμα να τα στέλνει σε αταξία. Ακόμη και ένα σιδηρομαγνητικό υλικό όπως ο σίδηρος μπορεί να παρουσιάσει παραμαγνητικές ιδιότητες αφού θερμανθεί πάνω από μια θερμοκρασία γνωστή ως θερμοκρασία Curie . Αυτό το φράγμα θερμοκρασίας ποικίλλει για διαφορετικά υλικά.

Ακόμη και ένα σιδηρομαγνητικό υλικό όπως ο σίδηρος μπορεί να παρουσιάσει παραμαγνητικές ιδιότητες αφού θερμανθεί πάνω από μια θερμοκρασία, γνωστή ως θερμοκρασία Κιουρί. Μπορεί κανείς να παρατηρήσει ξεκάθαρα ότι δεν είναι όλοι οι τομείς τέλεια ευθυγραμμισμένοι. Επίσης, τα παραμαγνητικά υλικά δεν μπορούν να συγκρατηθούν απουσία μαγνητικού πεδίου.

Αντίθετα, ο ερεθισμός του σιδήρου με τους μαγνήτες μπορεί να ενταθεί ψύχοντάς τον, μετατρέποντάς τον σε αυτό που ονομάζεται super -μαγνήτης. Ομοίως, ο φερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας καθαρίζεται από τον μαγνητισμό του και ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας αποκτά μαγνητισμό όταν θερμαίνεται ή ψύχεται, αντίστοιχα. Όλα έχουν να κάνουν με την ευθυγράμμιση!