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(jià)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(gè)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(gè)電子都在作循軌和自旋運(yùn)動(dòng)，物質(zhì)的磁性就是由于電子的這些運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。對(duì)于金屬來說，金屬是由點(diǎn)陣的離子和自由電子構(gòu)成。在磁場(chǎng)的作用下電子運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生抗磁磁矩，與此同時(shí)，點(diǎn)陣的離子和自由電子會(huì)產(chǎn)生順磁磁矩。美國(guó)Injectamax公司和德國(guó)BASF公司將脫脂時(shí)間從數(shù)十小時(shí)縮短到幾個(gè)小時(shí)，而且保形性得到明顯改善，產(chǎn)品的尺寸精度從±0。

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(jià)增加時(shí)逐步向共價(jià)結(jié)合過渡，而共價(jià)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(jià)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(duì)于鐵磁性金屬來說，不大的外磁場(chǎng)便會(huì)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(chǎng)的條件下，就可以形成一個(gè)個(gè)小的“自發(fā)磁化區(qū)”，我們稱之為“磁疇”。

正是由于在每個(gè)磁疇中原子的磁矩已完全排列起來，所以在一個(gè)不太強(qiáng)的外磁場(chǎng)，就可以產(chǎn)生一個(gè)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(huì)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(gè)小區(qū)域內(nèi)的各個(gè)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。對(duì)于混煉時(shí)粉末和粘結(jié)劑的加入順序也有比較嚴(yán)格的規(guī)定，加料的順序一般是先加入高熔點(diǎn)組元熔化，然后降溫，加入低熔點(diǎn)組元，然后分批加入金屬粉末。

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。

達(dá)克羅技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1.高耐熱性：達(dá)克羅可以耐高溫腐蝕，耐熱溫度可達(dá)300℃以上。而傳統(tǒng)的鍍鋅工藝，溫度達(dá)到100℃時(shí)就已經(jīng)起皮報(bào)廢了。

2.很好的耐蝕性能：達(dá)克羅膜層的厚度僅為4-8μm，但其防銹效果卻是傳統(tǒng)電鍍鋅、熱鍍鋅或涂料涂覆法的7-10倍以上。采用達(dá)克羅工藝處理的標(biāo)準(zhǔn)件、管接件經(jīng)耐鹽霧試驗(yàn)1200h以上未出現(xiàn)紅銹。

3.良好的滲透性：由于靜電屏蔽效應(yīng)，工件的深孔、狹縫，管件的內(nèi)壁等部位難以電鍍上鋅，因此工件的上述部位無法采用電鍍的方法進(jìn)行保護(hù)。達(dá)克羅則可以進(jìn)入工件的這些部位形成達(dá)克羅涂層。

4.無氫脆性：達(dá)克羅的處理工藝決定了達(dá)克羅沒有氫脆現(xiàn)象，所以達(dá)克羅非常適合受力件的涂覆。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，我國(guó)MIM從業(yè)人員不僅突破了技術(shù)封堵，并且研制開發(fā)大量的MIM產(chǎn)品，拓展了市場(chǎng)。5.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。

缺點(diǎn)1.達(dá)克羅的燒結(jié)溫度較高、時(shí)間較長(zhǎng)，能耗大。

2.達(dá)克羅涂層的導(dǎo)電性能不是太好，因此不宜用于導(dǎo)電連接的零件，如電器的接地螺栓等。

3.達(dá)克羅中含有對(duì)環(huán)境和人體有害的鉻離子，尤其是六價(jià)鉻離子具有致癌作用。

4.達(dá)克羅涂層的表面顏色單一，只有銀白色和銀灰色，不適合汽車發(fā)展個(gè)性化的需要。不過，可以通過后處理或復(fù)合涂層獲得不同的顏色，以提高載重汽車零部件的裝飾性和匹配性。

5.達(dá)克羅的表面硬度不高、耐磨性不好，而且達(dá)克羅涂層的制品不適合與銅、鎂、鎳和不銹鋼的零部件接觸與連接，因?yàn)樗鼈儠?huì)產(chǎn)生接觸性腐蝕，影響制品表面質(zhì)量及防腐性能。

選擇MIM技術(shù)的主要準(zhǔn)則

日本、美國(guó)及歐洲的金屬注射成形協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)布ISO標(biāo)準(zhǔn)-ISO22068燒結(jié)金屬注射成形材料規(guī)范，意在于為設(shè)計(jì)與材料工程師提供用MIM工藝制造的零件規(guī)定的材料所需要的資料。關(guān)于選擇MIM工藝準(zhǔn)則，確定有下列一些主要事項(xiàng)需要考慮：

☆質(zhì)量/大量

對(duì)于在切削加工或磨削加工中材料損耗大的零件，MIM在降低生產(chǎn)成本上極有效。

☆數(shù)量

模具與創(chuàng)建費(fèi)用對(duì)于低產(chǎn)量是難以承受的。因此，當(dāng)年產(chǎn)量超過20000件時(shí)，對(duì)于MIM合適。

☆材料

對(duì)于像鈦、不銹鋼及鎳合金之類難切削加工的材料設(shè)計(jì)的零件，MIM最有吸引力。

☆復(fù)雜性

MIM工藝適合制造幾何形狀復(fù)雜的以及在切削加工中需要轉(zhuǎn)換位置的多軸零件。

☆使用性能

如果使用性能很重要，則MIM的高密度形成的性能經(jīng)常都有競(jìng)爭(zhēng)力。

☆表面粗糙度

表面粗糙度反應(yīng)了粉末顆粒的大小，然而不像其他競(jìng)爭(zhēng)的工藝，可控的織構(gòu)可能對(duì)成本沒有什么影響。

☆公差

如果要求的公差緊密時(shí)，由于需要后續(xù)加工，MIM的成本趨向于增加，燒結(jié)件的公差大概在±0.3%。

☆組合

為了節(jié)省庫(kù)存與組裝費(fèi)用，當(dāng)講多個(gè)零件團(tuán)結(jié)為一個(gè)零件時(shí)，可以受益。

☆缺陷

必須使MIM固有的缺陷處于非關(guān)鍵位置，或制造成形后除去例如澆口印跡、提模桿標(biāo)記或接合線等。

☆新型組合材料

MIM可制造出用傳統(tǒng)工藝難以制造的新型組合材料，例如疊片的、兩種材料結(jié)構(gòu)的或耐磨耗用的混合的金屬-陶瓷材料。

我國(guó)粉末冶金行業(yè)集中度高

根據(jù)中國(guó)粉末冶金協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，34家國(guó)內(nèi)大中型粉末冶金生產(chǎn)企業(yè)(占53 家企業(yè)數(shù)量的64%)的累計(jì)產(chǎn)量長(zhǎng)期占53家企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)量的占比高達(dá)85%，其中大多數(shù)汽車粉末冶金零部件生產(chǎn)商集中在這34 家企業(yè)中。四、金屬熱處理的第四把火——回火：1、回火為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于710℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱為回火。過去十年，受益于汽車產(chǎn)量的增長(zhǎng)，汽車用粉末冶金零部件需求也呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。未來，除了汽車行業(yè)本身的增長(zhǎng)，粉末冶金零件需求也將受益于進(jìn)口替代和對(duì)機(jī)加工零件替代的雙重替代，單車的粉末冶金用量將明顯提升，保障傳統(tǒng)汽車粉末冶金零部件的需求將保持平穩(wěn)增長(zhǎng)。

　　從行業(yè)趨勢(shì)來看，進(jìn)入2008 年以后，由于價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，世界粉末冶金的生產(chǎn)中心逐步往中國(guó)轉(zhuǎn)移，日本本土的產(chǎn)量出現(xiàn)了明顯的下降。一、第1把火——退火：1、退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。根據(jù)中國(guó)粉末冶金協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，以34 家粉末冶金企業(yè)產(chǎn)量為基數(shù)，2009/2010/2011 車用粉末冶金的單車用量分別為3.1/3.6/3.76kg/輛，用量增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，在經(jīng)歷了2012 年短暫的下滑后，2013年又重回3.71kg/輛的水平。產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)認(rèn)為，考慮到車輛節(jié)能、輕量化及產(chǎn)品精度化的訴求，伴隨未來中國(guó)粉末冶金生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模做大，技術(shù)加強(qiáng)和依舊強(qiáng)勁的成本優(yōu)勢(shì)，車用粉末冶金零件進(jìn)口替代趨勢(shì)下的需求增長(zhǎng)仍將持續(xù)發(fā)生