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。工藝流程：上件→靜電除塵→噴涂→低溫流平→烘烤技術(shù)特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、顏色豐富，高光、啞光可選。在磁場的作用下電子運(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。

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，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。通過熱處理可以使?jié)B碳體呈顆粒狀分布在鐵素體基體上，叫做球狀珠光體或粒狀珠光體。

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。

金屬注射成形（MIM）在電子行業(yè)中的應(yīng)用

電子儀器產(chǎn)業(yè)是MIM零件的主要應(yīng)用領(lǐng)域，在亞洲約占MIM零件銷售額的50%。電子器件的微型化需要生產(chǎn)成本較低的，性能較好的，更小的零件，這正是MIM零件的優(yōu)勢(shì)所在。[1]

MIM在中國的發(fā)展受益于電子行業(yè)（如手機(jī)產(chǎn)業(yè)等）的帶動(dòng)，從2009年開始整個(gè)行業(yè)扶搖直上；尤其到2011年中后，更因?yàn)槭芴O果與三星電子兩家的商品競爭，在手機(jī)裝置中大量采用MIM零件，是過去從未見到的熱潮。以下舉例說明電子行業(yè)中的MIM產(chǎn)品?！罱M合為了節(jié)省庫存與組裝費(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。

智能手機(jī)

90年代，最廣為熟知的MIM應(yīng)用是BP機(jī)震動(dòng)馬達(dá)的鎢合金振子。2000年以后，不銹鋼系列開始廣泛應(yīng)用，如光纖接頭，消費(fèi)電子類的hinge系列，手機(jī)按鍵，sim卡托槽等。自1916年出現(xiàn)真正意義上的Banbury（本伯里）型密煉機(jī)后，密煉機(jī)的威力逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，它在橡膠混煉過程中顯示出來比開煉機(jī)優(yōu)異的一系列特征，如：混煉容量大、時(shí)間短、生產(chǎn)效率高。近期MIM行業(yè)出現(xiàn)投資熱潮是由于MIM零件在手機(jī)行業(yè)廣泛應(yīng)用，以及3C行業(yè)的組裝工廠也在中國，投資門檻的降低，這都吸引了大量的資金流入。

根據(jù)市場情況，2015年僅國產(chǎn)手機(jī)零件（卡托、按鍵、鏡頭圈、LED圈、轉(zhuǎn)軸）達(dá)到16.5億，而且MIM產(chǎn)品的市場需求還會(huì)進(jìn)一步的擴(kuò)大。

光導(dǎo)纖維零件

圖5是由17-4PH不銹鋼制造的薄壁（壁厚小于1mm）、形狀復(fù)雜的光導(dǎo)纖維收發(fā)報(bào)機(jī)外罩，是用于網(wǎng)絡(luò)和電訊設(shè)備中的超高速收發(fā)報(bào)機(jī)并聯(lián)光學(xué)模件。這些薄壁的MIM外罩由4個(gè)薄支柱支承2條并聯(lián)的帶[1]。

其他典型電子行業(yè)MIM產(chǎn)品

在電子行業(yè)中諸如磁盤驅(qū)動(dòng)器部件、電纜連接器、電子封裝件、手機(jī)振子、計(jì)算機(jī)打印頭等也常用MIM產(chǎn)品。

我國MIM現(xiàn)狀及存在主要問題

經(jīng)過二十多年的發(fā)展，我國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。近年來隨著中國制造2025的提出，MIM產(chǎn)品市場需求日益旺盛，MIM企業(yè)如雨后春筍般的成長，MIM行業(yè)呈現(xiàn)出更加廣闊的前景和良好的發(fā)展?jié)摿?。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。

但是從行業(yè)發(fā)展的總體情況來看，我國現(xiàn)階段的MIM前景喜人，但在某些方面與國外還存在一定差距。

1、行業(yè)發(fā)展欠規(guī)范，產(chǎn)品品種少、質(zhì)量差、市場競爭能力不強(qiáng)；

2、企業(yè)規(guī)模小，工藝裝備水平落后，質(zhì)量效益難提高；

3、專業(yè)人才少，科研開發(fā)能力差，持續(xù)發(fā)展后勁不足。

現(xiàn)在問題MIM改進(jìn)措施及建議

美國、歐洲及日本等世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家上世紀(jì)90年代初基本完成MIM技術(shù)向MIM產(chǎn)業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)變，我國MIM行業(yè)與國外總體水平差距大概在10-15年。目前我國適逢制造業(yè)發(fā)展有利時(shí)期，MIM技術(shù)應(yīng)用空間大，產(chǎn)品市場前景廣闊，這無疑為我國加快MIM行業(yè)的發(fā)展提供了難得的戰(zhàn)略好機(jī)遇。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。

我國近十年來粉末冶金成形新技術(shù)綜述

粉末冶金是一項(xiàng)集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進(jìn)制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進(jìn)入當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來粉末冶金零件的成形新技術(shù)。

   一、溫壓技術(shù)

   溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，可生產(chǎn)出高密度、高強(qiáng)度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。所謂溫壓技術(shù)就是采用te制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動(dòng)控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進(jìn)行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。MIM技術(shù)起源于歐洲部分國家，開始用于軍事裝備部件開發(fā)并得到應(yīng)用。其技術(shù)關(guān)鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。

   與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達(dá)7.45g／cm3。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強(qiáng)度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強(qiáng)度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。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。另外，溫壓零件的生坯強(qiáng)度高，可達(dá)2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運(yùn)過程中的破損率而且能對(duì)生坯進(jìn)行機(jī)加工，表面光潔度好。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時(shí)零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。

   溫壓工藝還有一個(gè)特點(diǎn)是工藝簡單，成本低廉。研究表明，假如一次壓制、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對(duì)成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對(duì)成本為1.5，滲銅的相對(duì)成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對(duì)成本為1．25。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達(dá)200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動(dòng)用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國際會(huì)議上獲獎(jiǎng)。工藝流程：前處理→熱水洗→MAO→烘干技術(shù)特點(diǎn)：優(yōu)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。該零件的齒部密度超過7.3g／cm，環(huán)體密度超過7.1g／cm，生坯強(qiáng)度達(dá)到28MPa。采用了擴(kuò)散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，zui低抗拉強(qiáng)度為850MPa。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。

   二、流動(dòng)溫壓技術(shù)

   流動(dòng)溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction，簡稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點(diǎn)而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動(dòng)性。并可通過PLC實(shí)時(shí)控制及記錄生產(chǎn)中的溫度、時(shí)間、粘度等相關(guān)數(shù)據(jù)。它通過提高了混合粉末的流動(dòng)性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機(jī)上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機(jī)加工。WFC技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的高成本，是一項(xiàng)極具潛力的新技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

   WFC技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)，其主要特點(diǎn)如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對(duì)材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡單，成本低。