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。綜上，金屬喂料生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)是混煉，而影響混煉效果的主要因素是粘結(jié)劑和金屬粉末的配比和加入順序，因此進(jìn)行科學(xué)配比和加料對(duì)金屬喂料的生產(chǎn)至關(guān)重要。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。

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。鐵素體含碳量很低，其性能接近純鐵，是一種塑性、韌性高和強(qiáng)度、硬度低的組織。

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。

3D打印技術(shù)和MIM技術(shù)分析對(duì)比

金屬粉末冶金注射成形（l injection Molding ,簡(jiǎn)稱“MIM”）是傳統(tǒng)粉末冶金工藝與現(xiàn)代塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合而形成的一門新型近凈型成形技術(shù)。MIM技術(shù)在制備幾何形狀復(fù)雜、組織結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)異的近凈形零部件方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。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。MIM技術(shù)在加工體積很小、形狀復(fù)雜而對(duì)材料要求很高的各中異型部件方面有優(yōu)勢(shì)，也適合于制作高精度微創(chuàng)醫(yī)用器械關(guān)鍵部件。也可以制作不同材料的精密結(jié)構(gòu)件，如陶瓷、鋁合金、不銹鋼、鈦及鎳鈦合金等。

3D打印適合運(yùn)用于航天，等個(gè)性化定制小批量制造需求，但如果把3D打印技術(shù)和金屬粉末注射成型工藝結(jié)合起來，會(huì)有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

影響MIM不銹鋼喂料的流動(dòng)性的三大因素

金屬注射成形工藝(簡(jiǎn)稱MIM)是將金屬粉末和有機(jī)粘結(jié)劑經(jīng)過混煉、造粒成混合料顆粒，再通過注射成形的方式制造成特定性狀制品的方法，特別適合于小型、復(fù)雜精密金屬零件的制造，也得到了相當(dāng)所的精密零件制造商的認(rèn)可和使用，在當(dāng)今金屬制品成形領(lǐng)域占有重要地位。粉末冶金齒輪是各種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中普遍使用的粉末冶金零件，雖然在大批量的情況下是非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，不過在其他方面也有待改進(jìn)的地方。

    該工藝需要事先準(zhǔn)備好注射料，也就是常說的MIM喂料，且對(duì)喂料的流變性有著比較苛刻的要求。吸熱型氣氛與放熱型氣氛相比較，是一種還原性更強(qiáng)、碳勢(shì)更高的可控氣氛，在粉末冶金中主要用于鐵基零件和銅基零件燒結(jié)時(shí)作保護(hù)氣氛，有時(shí)也作為滲碳劑使用。MIM當(dāng)前常用的兩種喂料是鐵基喂料（如Fe2Ni，F(xiàn)e8Ni）和不銹鋼喂料（如SUS316L，SUS630即17-4，SUS304等），隨著近年來不銹鋼制品的需求越來越大，關(guān)于不銹鋼喂料的研究也迅速升溫。

    喂料的特性，直接影響后續(xù)所有工藝的參數(shù)以及成品的品質(zhì)特性。今天小編就已常用的不銹鋼為例為例，和大家一起來看一下生產(chǎn)工藝參數(shù)中影響不銹鋼喂料流動(dòng)性的三大因素。

一， 粉末裝載量。粉末裝載量是一個(gè)比值，指的是粉末體積占喂料總體積的百分?jǐn)?shù)?；瘜W(xué)拋光是讓材料在化學(xué)介質(zhì)中外表宏觀凸出的部分較凹部分優(yōu)先溶解,從而得到平滑面。粉末裝載量越大，說明喂料中粉末所占的比重越大，此時(shí)喂料的粘度增大，流變性相應(yīng)變差;當(dāng)粉末裝載量變小時(shí)，粘結(jié)劑所占比重相應(yīng)變大，此時(shí)喂料的粘度減小，流動(dòng)性轉(zhuǎn)好。但也不是粘結(jié)劑越多越好。還要考慮粘結(jié)劑的量對(duì)后續(xù)其他工藝的影響。

二， 剪切速率。在注射成形過程中，不銹鋼喂料在高的剪切速率下而流動(dòng)，所以喂料受到高剪切力發(fā)熱，發(fā)熱之后粘度降低，因此流動(dòng)性強(qiáng);反之當(dāng)喂料在低的剪切速率下流動(dòng)，受到較低的剪切力發(fā)熱較慢，粘度不會(huì)明顯降低，流動(dòng)性也相應(yīng)比較差。

三， 溫度。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。這里主要指的是注射成形時(shí)的注射溫度以及進(jìn)入模腔后的溫度。溫度的影響對(duì)于不銹鋼喂料來講是個(gè)加熱的過程，溫度通過對(duì)著喂料粘度的影響而影響其流動(dòng)性，當(dāng)溫度升高時(shí)，喂料的粘度會(huì)變小，相應(yīng)的流動(dòng)性變強(qiáng)，當(dāng)溫度降低時(shí)，喂料粘度變大，流動(dòng)性也會(huì)比較差

金屬粉末顆粒狀及制造方法對(duì)mim公工藝的影響

MIM是一種將傳統(tǒng)粉末冶金和現(xiàn)代塑料注塑成形技術(shù)結(jié)合而成的新型金屬成形工藝。金屬注射成形工藝對(duì)于金屬粉末的選擇有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，這是因?yàn)榉勰╊w粒的形狀可以左右制品的質(zhì)量。

好的金屬喂料才可以成形好的產(chǎn)品，而好的粉末會(huì)成就好的金屬喂料，這也就是說金屬粉末的好壞影響著MIM制品的性能。那么怎樣才算是好的金屬粉末呢?

行業(yè)經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐和行業(yè)專家的理論研究發(fā)現(xiàn)，越是粒度細(xì)小、顆粒均勻、接近球狀的粉末顆粒越適合制造喂料，這樣的粉末制成的喂料在后續(xù)的制品成形過程中流動(dòng)性良好，有利于整個(gè)MIM工藝的順利完成，而且脫粘容易，脫粘后的坯件在燒結(jié)過程中收縮均勻且程度較小。近年來隨著中國(guó)制造2025的提出，MIM產(chǎn)品市場(chǎng)需求日益旺盛，MIM企業(yè)如雨后春筍般的成長(zhǎng)，MIM行業(yè)呈現(xiàn)出更加廣闊的前景和良好的發(fā)展?jié)摿Α?

但是在實(shí)際生產(chǎn)中，由于成本、技術(shù)等多方面因素影響，用來生產(chǎn)喂料的金屬粉末原料并不都是“很好”的。材料：MIM工藝是一種近凈成形技術(shù)，對(duì)于由鈦、不銹鋼及鎳合金之類難易切削的材料設(shè)計(jì)的零件，MIM最有吸引力。甚至是我們認(rèn)為好的粉末原料也難免因?yàn)槌尚尾考男螤畈灰妆３侄绊懙組IM成形工藝的效果。例如金屬注射成形工藝中用到的鋼粉雖然是球形的，粒度大小也符合工藝要求，但是因?yàn)轭w粒間的咬合力小，制品形狀很難維持。

于是人們就想，那把球形的粉末換成不規(guī)則形狀的會(huì)不會(huì)好一點(diǎn)呢?事實(shí)證明，這種改變雖然增加了顆粒間的咬合力，但是卻不能使金屬喂料在加熱狀態(tài)下還能保持較好的流動(dòng)性，減弱了制品的均勻性，嚴(yán)重影響到MIM坯件的脫粘和燒結(jié)環(huán)節(jié)，以致影響最終的制品性能和成品率?；瘜W(xué)拋光其長(zhǎng)處是加工設(shè)備投資少,龐雜件能拋,速度快，防腐性好。

可見想要獲得性能、形狀穩(wěn)定的制品還要另想改善措施，目前制造金屬喂料使用的金屬粉末一般分為兩種：氣霧化粉末和水霧化粉末。這兩種粉末形狀性質(zhì)迥異，單獨(dú)用哪種都不能獲得好的喂料。

氣霧化粉中加入水霧化粉可提高注射成形件的形狀保持能力,降低各向異性收縮。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。若混合粉的自然坡度角小,則說明顆粒間的相互作用小,所制部件在燒結(jié)后各向異性收縮較大。氣霧化粉含量大的試樣,脫粘后易于坍塌。使用水霧化粉末,可保持形狀而不損害其力學(xué)性能。顆粒的不規(guī)則形狀影響混合粉的燒結(jié)性,使用較大比例的水霧化粉可促進(jìn)致密化。

綜上所述，金屬粉末顆粒形狀對(duì)MIM工藝的影響是根源性和最終性的，選擇合適的金屬粉末制成合適的金屬喂料對(duì)成形高質(zhì)量的MIM制品至關(guān)重要。