金屬的磁性怎么來的

為什么只有少數(shù)的金屬有磁性？

可以等價于問：為什么只有少數(shù)金屬是鐵磁性的，而大部分金屬是非鐵磁性（即抗磁性和順磁性）？

這個得從金屬磁化的物理本質(zhì)說起：近代物理證明，構(gòu)成物質(zhì)的原子由原子核和電子所構(gòu)成，每個電子都在作循軌和自旋運(yùn)動，物質(zhì)的磁性就是由于電子的這些運(yùn)動產(chǎn)生的。對于金屬來說，金屬是由點(diǎn)陣的離子和自由電子構(gòu)成。電解拋光其長處是鏡面光澤維持長,工藝穩(wěn)固,污染少,本錢低,防腐性好。在磁場的作用下電子運(yùn)動會產(chǎn)生抗磁磁矩，與此同時，點(diǎn)陣的離子和自由電子會產(chǎn)生順磁磁矩。

下面，我們分析下各種金屬的磁特性。

1、金屬的抗磁性和順磁性（金屬的非鐵磁性）

金屬中銅（Cu）、銀（Ag）、金(Au)、?（Cd）、等，它們的離子所產(chǎn)生的抗磁性大于自由電子的順磁性，因此是抗磁性物質(zhì)。

在元素周期表中接近非金屬的一些金屬元素，如銻（Sb）、鉍（Bi）、與錫（Sn）等，它們的自由電子在原子價增加時逐步向共價結(jié)合過渡，而共價電子的磁矩互相抵消，因此表現(xiàn)出異常的抗磁性。

所有堿金屬都是順磁性物質(zhì)，堿土金屬（除“鈹”外）也都是順磁性的，這是由于它們的自由電子所產(chǎn)生的順磁性占主導(dǎo)地位。

堿金屬指元素周期表ⅠA族元素中所有的金屬元素，包括鋰（Li）、鈉（Na）、鉀（K）、銣（Rb）、銫（Cs）、鈁（Fr）六種。

堿土金屬指元素周期表中Ⅱ A族元素，包括鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鐳(Ra)六種。

三價金屬鋁（Al）、硒(Se)、鑭(La)也是順磁性，它們的順磁性主要是由自由電子或離子的順磁性所決定。

稀土金屬也是順磁性，而且磁性較強(qiáng)，這是因?yàn)檫@些元素的原子4f層或5d層沒有填滿，存在著未能抵消的自旋磁矩所造成。

鈦（Ti）、釩（V）、鉻（Cr）、錳（Mn）等過渡族元素，它們的3d層未被填滿，自旋磁矩未被抵消或而產(chǎn)生強(qiáng)烈的順磁性。

2、金屬的鐵磁性

對于鐵磁性金屬來說，不大的外磁場便會使它強(qiáng)烈磁化，很容易被磁鐵吸附。

鐵磁性金屬的原子磁矩主要來源于電子的自旋磁矩，即使在沒有外磁場的條件下，就可以形成一個個小的“自發(fā)磁化區(qū)”，我們稱之為“磁疇”。

正是由于在每個磁疇中原子的磁矩已完全排列起來，所以在一個不太強(qiáng)的外磁場，就可以產(chǎn)生一個很強(qiáng)的磁化強(qiáng)度，即樓主認(rèn)為的“有磁性”。

重新回到問題的起點(diǎn)，金屬的磁性是由其原子結(jié)構(gòu)特性決定的，常溫下，只有少數(shù)的金屬可以形成自發(fā)磁化區(qū)----“磁疇”，所有只有少數(shù)金屬有磁性

至于鐵磁性金屬為什么會形成磁疇的原因，涉及量子力學(xué)理論：鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部相鄰原子的電子之間有一種靜電交換作用，正是這種靜電交換作用迫使各原子的磁矩平行或者反向平行排列，使得一個小區(qū)域內(nèi)的各個原子的磁矩按同一方向排列，最終形成自發(fā)磁化區(qū)域----磁疇。結(jié)合力及再涂性能好：達(dá)克羅涂層與金屬基體有良好的結(jié)合力，而且與其他附加涂層有強(qiáng)烈的粘著性，處理后的零件易于噴涂著色，與有機(jī)涂層的結(jié)合力甚至超過了磷化膜。

鐵磁性金屬與非鐵磁性金屬的磁化機(jī)制有著很大差異，由于不能自發(fā)形成磁化區(qū)域，所以非鐵磁性金屬（常見的有鎂、鋁、銅、鈦、奧氏體不銹鋼）的磁性很弱，無法形成明顯的SN兩極。

金屬表面改性技術(shù)分類

表面改性技術(shù)的定義：表面改性是指采用某種工藝手段是材料表面或得與基體材料的組織結(jié)構(gòu)、性能不同的一種技術(shù)。

技術(shù)優(yōu)勢：材料經(jīng)過表面改性處理后，既能發(fā)揮基體材料的力學(xué)性能，又能使材料表面獲得各種特殊性能；表面改性技術(shù)可以掩蓋基體材料的表面缺陷，延長材料和構(gòu)件的使用壽命；節(jié)約稀有 貴 重金  屬材料，改善環(huán)境。

表面改性技術(shù)的分類：金屬表面形變強(qiáng)化、表面熱處理、金屬表面化學(xué)熱處理、離子束表面擴(kuò)滲處理、高能束表面處理、離子注入表面改性。

金屬表面形變強(qiáng)化

表面形變強(qiáng)化技術(shù)中常用的有噴丸、滾壓、豪克能技術(shù)。噴丸使用高壓或壓縮空氣作動力，比較靈活但動力消耗大；三、空氣氣氛：這種燒結(jié)氣氛主要是在燒結(jié)爐內(nèi)通過一定空氣氣體，也可以看作是在常壓狀態(tài)下燒結(jié)，一般在金屬復(fù)合材料和陶瓷材料的燒結(jié)制品中應(yīng)用。滾壓大家都很清楚，結(jié)合金屬冷做硬化的原理提升工件的硬度和耐磨性；豪克能技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的金屬形變強(qiáng)化技術(shù)，采用30KHZ以上的振動頻率的高頻振動以及一定數(shù)值的靜壓力，形成對工件的強(qiáng)化加工，具有晶粒細(xì)化至納米級、硬度耐磨性提升、同時工件表面Ra達(dá)0.2以下的顯著效果；

表面熱處理：僅對工件表面進(jìn)行加熱、冷卻的工藝，從而改變表層組織和性能而不改變成分的一種工藝。

金屬表面化學(xué)熱處理：利用元素的擴(kuò)散性，使金屬元素深入金屬表層的一種熱處理工藝。

離子束表面處理：用一定能量的離子轟擊固體表面，使固體近表面層物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的工藝技術(shù)，包括離子注入、離子束混合、離子濺射、離子刻蝕等技術(shù)。離子注入是將某種離子“打進(jìn)”固體，改變固體近表面層的化學(xué)成分和固體結(jié)構(gòu)。通過回火可使金相組織趨十穩(wěn)定，以保證在以后的使用過程中不再發(fā)生變形。離子注入技術(shù)用于半導(dǎo)體摻雜和金屬和其他材料的表面改性。離子束混合是用離子轟擊鍍有多層薄膜的金屬，使各層原子因離子碰撞發(fā)生互混。

利用激光掃描過程中材料自身的組織結(jié)構(gòu)變化或引入其他材料實(shí)現(xiàn)工件表面性能的改善，該技術(shù)能選擇性地處理工件表面，有利于在工件整體保持足夠的韌性和強(qiáng)度的同時，表面獲得較高的、特定的使用性能，如耐磨、耐蝕和kang疲  勞、kang氧化等。

電子束使金屬材料表面很快上升到奧氏體相變退度(低于熔化溫度)，持續(xù)一段時間后電子束停止轟擊.熱t(yī)很快向冷的荃體金屬擴(kuò)散，使加熱表面自行淬火，其組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，表面硬度顯著提離。

金屬表面處理大全

一、陽極氧化

陽極氧化：主要是鋁的陽極氧化，是利用電化學(xué)原理，在鋁和鋁合金的表面生成一層Al2O3（氧化鋁）膜。這層氧化膜具有防護(hù)性、裝飾性、絕緣性、耐磨性等特殊特性。

工藝流程:

單色、漸變色：拋光/噴砂/拉絲→除油→陽極氧化→中和→染色→封孔→烘干

雙色：①拋光/噴砂/拉絲→除油→遮蔽→陽極氧化1→陽極氧化2 →封孔→烘干

②拋光/噴砂/拉絲→除油→陽極氧化1 →鐳雕→陽極氧化2 →封孔→烘干

技術(shù)特點(diǎn):

1、提升強(qiáng)度,

2、實(shí)現(xiàn)除白色外任何顏色。

3、實(shí)現(xiàn)無鎳封孔，滿足歐、美等國家對無鎳的要求。

技術(shù)難點(diǎn)及改善關(guān)鍵點(diǎn)：

陽極氧化的良率水平關(guān)系到最終產(chǎn)品的成本，提升氧化良率的重點(diǎn)在于適合的氧化劑用量、適合的溫度及電流密度，這需要結(jié)構(gòu)件廠商在生產(chǎn)過程中不斷探索，尋求突破。

二、電泳 ( ED)

電泳：用于不銹鋼、鋁合金等，可使產(chǎn)品呈現(xiàn)各種顏色，并保持金屬光澤，同時增強(qiáng)表面性能，具有較好的防腐性能。

工藝流程：前處理→電泳→烘干

優(yōu)點(diǎn)：

1、顏色豐富；

2、無金屬質(zhì)感，可配合噴砂、拋光、拉絲等；

3、液體環(huán)境中加工，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的表面處理；

4、工藝成熟、可量產(chǎn)。

缺點(diǎn)：

掩蓋缺陷能力一般，壓鑄件做電泳對前處理要求較高。

三、微弧氧化 (MAO)

微弧氧化：在電解質(zhì)溶液中（一般是弱堿性溶液）施加高電壓生成陶瓷化表面膜層的過程，該過程是物理放電與電化學(xué)氧化協(xié)同作用的結(jié)果。

工藝流程：前處理→ 熱水洗→ MAO → 烘干

技術(shù)特點(diǎn)：

1、陶瓷質(zhì)感，外觀暗啞，沒有高光產(chǎn)品，手感細(xì)膩，防指紋；

2、基材廣泛：Al, Ti, Zn, Zr, Mg, Nb, 及其 合金等；

3、前處理簡單，產(chǎn)品耐腐蝕性、耐候性極佳，散熱性能佳。

目前顏色受限制，只有黑色、灰色等較成熟，鮮艷顏色目前難以實(shí)現(xiàn)；成本主要受高耗電影響，是表面處理中成本高的其中之一。

四、豪克能技術(shù)

豪克能技術(shù)：利用沖擊能和激發(fā)能的復(fù)合能對金屬零件進(jìn)行加工 ，從而獲得鏡面零件。

優(yōu)點(diǎn)：不需要任何化學(xué)物質(zhì)，加工實(shí)現(xiàn)綠色無污染低能耗；可以適應(yīng)多種金屬材質(zhì)零部件的加工；同時有提高硬度耐磨性的優(yōu)點(diǎn)

五、電鍍 (Electroplating)

電鍍：是利用電解作用使金屬的表面附著一層金屬膜的工藝從而起到防止腐蝕，提高耐磨性、導(dǎo)電性、反光性及增進(jìn)美觀等作用的一種技術(shù)。

工藝流程：

前處理→無青堿銅→無青白銅錫→鍍鉻

1、鍍層光澤度高，高品質(zhì)金屬外觀；

2、基材為SUS、Al、Zn、Mg等；成本相對PVD低。

環(huán)境保護(hù)較差，環(huán)境污染風(fēng)險較大。

六、粉末噴涂 (Powder coating)

粉末噴涂：是用噴粉設(shè)備（靜電噴塑機(jī)）把粉末涂料噴涂到工件的表面，在靜電作用下，粉末會均勻的吸附于工件表面，形成粉狀的涂層；粉狀涂層經(jīng)過高溫烘烤流平固化，變成效果各異（粉末涂料的不同種類效果）的最終涂層。

上件→靜電除塵→噴涂→低溫流平→烘烤

1、顏色豐富，高光、啞光可選；

2、成本較低，適用于建筑家具產(chǎn)品和散熱片的外殼等；

3、利用率高，100%利用，環(huán)保；

4、遮蔽缺陷能力強(qiáng)；5、可仿木紋效果。

六、金屬拉絲

拉絲：是通過研磨產(chǎn)品在工件表面形成線紋，起到裝飾效果的一種表面處理手段。根據(jù)拉絲后紋路的不同可分為：直紋拉絲、亂紋拉絲、波紋、旋紋。

拉絲處理可使金屬表面獲得非鏡面般金屬光澤，同時拉絲處理也可以消除金屬表面細(xì)微的瑕疵。

七、噴砂

噴砂:是采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需處理工件表面，使工件表面的外表面的外表或形狀發(fā)生變化，獲得一定的清潔度和不同的粗糙度的一種工藝。

1、實(shí)現(xiàn)不同的反光或亞光。

2、能清理工件表面的微小毛刺，并使工件表面更加平整，消除了毛刺的危害，提高了工件的檔次。

3、清楚前處理時遺留的殘污，提高工件的光潔度，能使工件露出均勻一致的金屬本色，使工件外表更美觀，好看。

八、拋光

拋光：利用柔性拋光工具和磨料顆粒或其他拋光介質(zhì)對工件表面進(jìn)行的修飾加工。

針對不同的拋光過程:粗拋(基礎(chǔ)拋光過程)，中拋(精加工過程)和精拋(上光過程)，選用合適的拋光輪可以達(dá)到很好拋光效果，同時提高拋光效率。

提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，得到光滑表面或鏡面光澤，同時也可消除光澤。

九、蝕刻

蝕刻：通常所指蝕刻也稱光化學(xué)蝕刻，指通過曝光制版、顯影后，將要蝕刻區(qū)域的保護(hù)膜去除，在蝕刻時接觸化學(xué)溶液，達(dá)到溶解腐蝕的作用，形成凹凸或者鏤空成型的效果。

曝光法：工程根據(jù)圖形開出備料尺寸-材料準(zhǔn)備-材料清洗-烘干→貼膜或涂布→烘干→曝光→顯影→烘干-蝕刻→脫膜→OK

網(wǎng)印法：開料→清洗板材(不銹鋼其它金屬材料)→絲網(wǎng)印→蝕刻→脫膜→OK

1、可進(jìn)行金屬表面細(xì)微加工；

2、賦予金屬表面特殊的效果；

蝕刻時采用的腐蝕液體（酸、堿等）大多對環(huán)境具有危害。

十、PVD真空鍍

物理氣相沉積（PVD）：是一種工業(yè)制造上的工藝，是主要利用物理過程來沉積薄膜的技術(shù)。

PVD原理示意圖

PVD前清洗→進(jìn)爐抽真空→洗靶及離子清洗→鍍膜→鍍膜結(jié)束，冷卻出爐→后處理（拋光、AFP）