金屬的磁性怎么來(lái)的

為什么只有少數(shù)的金屬有磁性？

可以等價(jià)于問(wèn)：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(shuō)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(lái)說(shuō)，金屬是由點(diǎn)陣的離子和自由電子構(gòu)成。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。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(guò)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(méi)有填滿(mǎn)，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(guò)渡族元素，它們的3d層未被填滿(mǎn)，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(lái)說(shuō)，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(lái)源于電子的自旋磁矩，即使在沒(méi)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(chēng)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(lái)，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(wèn)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。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。

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(jiàn)的有鎂、鋁、銅、鈦、奧氏體不銹鋼）的磁性很弱，無(wú)法形成明顯的SN兩極。

粉末冶金行業(yè)發(fā)展勢(shì)不可擋

粉末冶金屬于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，以制取金屬或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過(guò)成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類(lèi)型制品的工藝技術(shù)。

　　我國(guó)粉末冶金行業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛，特別是汽車(chē)行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來(lái)了較大的發(fā)展機(jī)遇。

　　具體數(shù)據(jù)顯示，1948年我國(guó)硬質(zhì)合金產(chǎn)量?jī)H有2-3萬(wàn)噸，但2000年后我國(guó)粉末冶金市場(chǎng)迅速崛起。2009年我國(guó)粉末冶金行業(yè)產(chǎn)量為11.30萬(wàn)噸，超過(guò)日本躍居亞洲首位。六、金屬拉絲拉絲：是通過(guò)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。2014年粉末冶金行業(yè)銷(xiāo)量達(dá)19.18萬(wàn)噸，2017年增長(zhǎng)至20.08萬(wàn)噸，增幅為4.7%。

　　從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，現(xiàn)階段，我國(guó)粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車(chē)、家電、電動(dòng)工具、摩托車(chē)、農(nóng)業(yè)機(jī)械及工程機(jī)械等工業(yè)。隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，粉末冶金制品本土化需求不斷擴(kuò)大，2016年，應(yīng)用于汽車(chē)方面的粉末冶金零件共10.09萬(wàn)噸，占比54.69%，同比上升6.55%。鐵碳合金的基本組織①奧氏體：碳溶于r-Fe中的間隙式固溶體稱(chēng)為奧氏體，常用A表示。未來(lái)下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會(huì)繼續(xù)拉動(dòng)上游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，整個(gè)行業(yè)的容量仍在不停擴(kuò)大。

　　汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用較少，技術(shù)相對(duì)落后

　　在發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、歐洲、日本，粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域，汽車(chē)粉末冶金產(chǎn)品占粉末冶金總產(chǎn)品的比例高達(dá)80%以上，其產(chǎn)品包括VVT(可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng))、VCT(可變氣門(mén)凸輪軸正時(shí)系統(tǒng))、各類(lèi)泵組件、鏈輪、同步環(huán)、行星齒輪等，種類(lèi)覆蓋十分齊全。黑色金屬表面經(jīng)“發(fā)藍(lán)”處理后所形成的氧化膜，其外層主要是四氧化三鐵，內(nèi)層為氧化亞鐵。

　　而在我國(guó)，2017年，粉末冶金市場(chǎng)汽車(chē)應(yīng)用占比僅為60%。我國(guó)粉末冶金汽車(chē)零件占比遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，占比提升潛力大。

　　單車(chē)用量方面，中國(guó)提升空間同樣相對(duì)可觀。2017年，北美粉末冶金零件單車(chē)用量可達(dá)18.6Kg，日本為8.0Kg，歐洲為7.2Kg，而中國(guó)僅為4.5Kg。技術(shù)難點(diǎn)及改善關(guān)鍵點(diǎn)：陽(yáng)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(guò)程中不斷探索，尋求突破。這種差距產(chǎn)生的主要原因是，我國(guó)國(guó)內(nèi)很多粉末冶金產(chǎn)品達(dá)不到要求的尺寸公差與性能參數(shù)，因此，汽車(chē)主機(jī)廠只能選擇成本更高的鍛造零件與機(jī)加工零件。

　　國(guó)內(nèi)企業(yè)成本優(yōu)勢(shì)顯著，進(jìn)口替代空間廣闊

　　與國(guó)外公司相比，國(guó)內(nèi)企業(yè)在人力成本、土地成本、原料成本等方面均具有優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)橹鳈C(jī)廠與一級(jí)供應(yīng)商提供更低價(jià)的粉末冶金產(chǎn)品。同時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)交貨周期短，售后服務(wù)快速、及時(shí)，能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)主機(jī)廠提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

　　從技術(shù)角度來(lái)看，2015年，發(fā)布《中國(guó)制造2025》的通知，其中重點(diǎn)提出要大力發(fā)展智能制造、增材制造、新材料、生物醫(yī)用等領(lǐng)域。我們認(rèn)為在國(guó)家政策的大力扶持下，國(guó)內(nèi)粉末冶金技術(shù)有望得到快速發(fā)展，替代市場(chǎng)逐步由低端轉(zhuǎn)向高技術(shù)。

　　另外，專(zhuān)利申請(qǐng)授權(quán)量的持續(xù)增長(zhǎng)彰顯粉末冶金技術(shù)的不斷成熟。2016年，我國(guó)鑄造、粉末冶金專(zhuān)利申請(qǐng)授權(quán)量為8295項(xiàng)，同比增長(zhǎng)11.62%，近五年(2012-2016年)復(fù)合增長(zhǎng)率為16.02%。

　　綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)粉末冶金產(chǎn)品進(jìn)口替代空間十分廣闊

國(guó)內(nèi)當(dāng)前粉末冶金零件行業(yè)的挑戰(zhàn)

當(dāng)前粉末冶金零件行業(yè)和企業(yè)面臨嚴(yán)峻的市場(chǎng)挑戰(zhàn)。整個(gè)行業(yè)處于發(fā)展中的緊要關(guān)頭。近幾年來(lái)，市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，粉末冶金零件行業(yè)和企業(yè)發(fā)展很快。工藝流程：曝光法：工程根據(jù)圖形開(kāi)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(kāi)料→清洗板材(不銹鋼其它金屬材料)→絲網(wǎng)印→蝕刻→脫膜→OK技術(shù)特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)：1、可進(jìn)行金屬表面細(xì)微加工。但是，企業(yè)長(zhǎng)期處于“上擠下壓”的環(huán)境中。原輔材料大幅度漲價(jià)，而主機(jī)廠不斷降價(jià)。使企業(yè)的利潤(rùn)空間受到巨大沖擊，生存面臨嚴(yán)重考驗(yàn)。隨著原輔材料開(kāi)始大幅度漲價(jià)，使原本十分脆弱的企業(yè)利潤(rùn)雪上加霜。國(guó)內(nèi)粉末冶金零件廠的產(chǎn)品價(jià)格出現(xiàn)了更大偏移。

　　為促進(jìn)粉末冶金行業(yè)和諧健康持續(xù)發(fā)展，遵循科學(xué)發(fā)展觀，營(yíng)造公平公正的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，保護(hù)企業(yè)利益，維護(hù)粉末冶金制品行業(yè)形象，提倡全行業(yè)共同努力，克服困難，度過(guò)難關(guān)。

　　首先，產(chǎn)業(yè)要加強(qiáng)廠際合作，加強(qiáng)交流溝通，穩(wěn)定各自市場(chǎng)份額，反對(duì)行業(yè)內(nèi)部采取不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)行為。團(tuán)結(jié)協(xié)作，相互尊重，共同進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)雙贏。

　　其次，鑒于當(dāng)前形勢(shì)，根據(jù)國(guó)際慣例，建議各會(huì)員單位根據(jù)本企業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)、質(zhì)量、設(shè)備、所用原料、批量大小等具體情況，在與使用單位充分協(xié)商的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高產(chǎn)品銷(xiāo)售價(jià)格。若今后原輔材料繼續(xù)上漲，粉末冶金產(chǎn)品價(jià)格還可以隨時(shí)上調(diào)。

　　各企業(yè)在加強(qiáng)自身管理，加強(qiáng)工藝技術(shù)改進(jìn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品技術(shù)含量，盡可能挖掘企業(yè)內(nèi)部潛力，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)粉末冶金行業(yè)更好更快發(fā)展的同時(shí)，為客戶(hù)提供性?xún)r(jià)比更高的產(chǎn)品與服務(wù)。