金屬的磁性怎么來的

為什么只有少數的金屬有磁性？

可以等價于問：為什么只有少數金屬是鐵磁性的，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說起：近代物理證明，構成物質的原子由原子核和電子所構成，每個電子都在作循軌和自旋運動，物質的磁性就是由于電子的這些運動產生的。對于金屬來說，金屬是由點陣的離子和自由電子構成。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動會產生抗磁磁矩，與此同時，點陣的離子和自由電子會產生順磁磁矩。

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，它們的離子所產生的抗磁性大于自由電子的順磁性，因此是抗磁性物質。

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，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生的順磁性占主導地位。

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，這是因為這些元素的原子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生強烈的順磁性。

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，所以在一個不太強的外磁場，就可以產生一個很強的磁化強度，即樓主認為的“有磁性”。

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

至于鐵磁性金屬為什么會形成磁疇的原因，涉及量子力學理論：鐵磁性物質內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。總需求量：模具費和研發(fā)費用對于低需求量的產品，分攤下來后是很難以承受的。

鐵磁性金屬與非鐵磁性金屬的磁化機制有著很大差異，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。

MIM工藝中的固相燒結和液相燒結

在金屬注射成形工藝中，燒結是一個非常關鍵的環(huán)節(jié)，它是將脫脂后的多孔坯件進行致密化的過程。燒結過程中溫度和時間的把握直接影響到最終成品的性能，在該工藝中，名副其實需要掌握好火候的就是這個環(huán)節(jié)。脫脂后的坯件在進行燒結時粉末在低于其主要組成成分的溫度下通過原子前一來完成粉末顆粒間的聯(lián)結，減少顆粒間的空隙，從而達到致密化的目的。一般情況下，珠光體中鐵素體和滲碳體呈片狀交替分布，稱為片狀珠光體。在MIM工藝中，致密化后的坯件還是會具有人們事先設計好的與注射模具相符的形狀，只是經過燒結變得具有了一定強度和性能，可以承受一定的外力，不會像剛脫完脂的坯件那樣多孔易碎。

曾經有人從兩個方面總結MIM燒結的特點，從宏觀來看，坯件整體的氣孔率下降、坯件的致密度提高，從微觀來看，粉末顆粒的原子發(fā)生里質點轉移，使粉末不需要粘結劑的作用便可產生顆粒間的粘結來保持一定的形狀和性能。

燒結的原理就是在一定的溫度下，利用熱的力量刺激粉末的原子使其發(fā)生物理位置的遷移，將粉體狀的坯件變成顆粒聯(lián)結緊密的塊狀的坯件。由此可以看出溫度對于燒結的重要性，從理論上來講，溫度越高，燒結過程中產生的原子遷移運動越迅速，從一個位置到另一個位置的原子的量也就越多，燒結過程也就進行得越快。缺陷：必須使MIM固有的缺陷處于非關鍵位置，或制造成型后可以除去，例如澆口印跡，頂針印跡或結合線。

在實際的生產應用中，人們會經常提到兩個詞：固相燒結和液相燒結，其實這沒有什么費解的，關于二者的區(qū)別，簡單一點說就是根據燒結溫度不同，固相燒結就是燒結溫度低于所有組成成分的熔點，而液相燒結則是燒結溫度低于主要組成成分的熔點。同時這兩種燒結方法又有一個共同點：都是不施加外部壓力的情況下進行的。②、調整工件的機械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，為了滿足各種工件不同的性能要求，可以通過回火來調整，硬度，強度，塑性和韌性。

因此，固相燒結和液相燒結又被成為無壓燒結，這主要是相對于熱壓、熱鍛、熱等靜壓等加壓燒結方法而言的。在MIM工藝中一般都是采用無壓燒結的方法進行坯件的燒結。

2017-2018年MIM行業(yè)的新技術趨勢

MIM(metal Injection Molding，金屬注射成型)雖然是一個小行業(yè)，相關從業(yè)人員不超過幾百萬；有趣的是，MIM卻影響了大行業(yè)，卡托曾經于2012~2016采用MIM來制作的”爆品”零件，那是影響了數十億用戶??！那么2017-2018年，MIM又會有哪些值得期待的亮點？技術難點及改善關鍵點：陽極氧化的良率水平關系到最終產品的成本，提升氧化良率的重點在于適合的氧化劑用量、適合的溫度及電流密度，這需要結構件廠商在生產過程中不斷探索，尋求突破。

1.氣態(tài)草酸催化脫脂-下一代催化脫脂我國獨創(chuàng)的新技術

在2010年開始，由德國BASF引進的HNO3催化脫脂是國內MIM近幾年的主流脫脂工藝，但其操作危 險性和環(huán)境危 害性是行業(yè)內都知道的無奈事實，從早期設備安全偵測不足引發(fā)氣爆、幾位從業(yè)人員失當操作被HNO3不同程度灼 傷，以及近年政府嚴加管制HNO3的使用以防止環(huán)境的破 壞。在此背景下，下一代催化脫脂新技術-氣態(tài)草酸脫催化脂技術，開始出現(xiàn)在本次粉末冶金展，并且是由我國業(yè)者獨創(chuàng)的新技術。軟金屬的粉末、不規(guī)則顆粒形狀或多孔性顆粒結構的粉末都具有較高的生坯強度。

1）世界獨步技術；

2）固體草酸環(huán)保且安全，免除液體催化劑的各種風險；同時減輕了企業(yè)使用脫脂后必須承擔的社會責任；

3）草酸排放的碳氫氧化合物比HNO3的氮氧更環(huán)保；

4） 外部加熱汽化系統(tǒng)，改變了過去液體滴酸的干擾，提升了脫脂效率。

粉末冶金MIM工藝相比傳統(tǒng)精鑄工藝的優(yōu)勢

MIM使用的原料粉末粒度直徑為2—15urn，而傳統(tǒng)粉末冶金（PM）的原料粉末粒度為50—100urn。MIM工藝的成品密度高，原因是使用微細粉末。MIM產品形狀自由度是PM所不能達到的。

傳統(tǒng)的精密鑄造（IC）工藝作為一種制作復雜形狀產品極有效的技術，近年使用陶心輔助可以完成狹縫、深孔穴的產品，但礙于陶心的強度以及鑄液的流動性限制，該工藝仍有某些技術上的難題。一般而言，此工藝制造大、中型零件較為合適，而小型復雜零件則MIM工藝較為合適，而且IC工藝材質受到一定限制。⑤馬氏體：鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經迅速冷卻（淬火），得到的能使鋼變硬、增強的一種淬火組織，常用M表示,馬氏體是體心正方結構。

壓鑄工藝適用于鋁和鋅合金等低熔點、鑄流性好的材料，而MIM工藝適合各種材質。

精密鍛造可以成型復雜零件，但不能成型三維復雜的小型零件，其產品的精度低，產品有局限。

傳統(tǒng)機械加工法：近來靠自動化和數控提升加工能力，在效率和精度上有很大的進展，但是基本的程序上仍脫不開逐步加工車、刨、銑、磨、鉆、拋等完成零件形狀的方式，機械加工的方法精度和復雜度遠優(yōu)于其他方法，但是因為材料的有效利用率低，且形狀的完成受限于設備與刀具，有些零件無法用機械加工完成。相反，MIM可以有效利用材料，形狀自由度不受限制?！畈牧蠈τ谙疋?、不銹鋼及鎳合金之類難切削加工的材料設計的零件，MIM最有吸引力。對于小型、復雜、高難度形狀的精密零件的制造，MIM工藝比較機械式加工而言，其成本較低且效率高，具有競爭力。