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。壓機(jī)一般都幾噸到幾百?lài)崏毫?，直徑基本是?10MM以內(nèi)都可以制作成粉末冶金。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。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，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，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。金屬粉末注射成型技術(shù)工藝與傳統(tǒng)工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子信息工程、生物醫(yī)用器械、辦公設(shè)備、汽車(chē)、機(jī)械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵工及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。

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。

金屬表面改性技術(shù)分類(lèi)

表面改性技術(shù)的定義：表面改性是指采用某種工藝手段是材料表面或得與基體材料的組織結(jié)構(gòu)、性能不同的一種技術(shù)。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：材料經(jīng)過(guò)表面改性處理后，既能發(fā)揮基體材料的力學(xué)性能，又能使材料表面獲得各種特殊性能；表面改性技術(shù)可以掩蓋基體材料的表面缺陷，延長(zhǎng)材料和構(gòu)件的使用壽命；節(jié)約稀有 貴 重金  屬材料，改善環(huán)境。

表面改性技術(shù)的分類(lèi)：金屬表面形變強(qiáng)化、表面熱處理、金屬表面化學(xué)熱處理、離子束表面擴(kuò)滲處理、高能束表面處理、離子注入表面改性。

金屬表面形變強(qiáng)化

表面形變強(qiáng)化技術(shù)中常用的有噴丸、滾壓、豪克能技術(shù)。噴丸使用高壓或壓縮空氣作動(dòng)力，比較靈活但動(dòng)力消耗大；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。滾壓大家都很清楚，結(jié)合金屬冷做硬化的原理提升工件的硬度和耐磨性；豪克能技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的金屬形變強(qiáng)化技術(shù)，采用30KHZ以上的振動(dòng)頻率的高頻振動(dòng)以及一定數(shù)值的靜壓力，形成對(duì)工件的強(qiáng)化加工，具有晶粒細(xì)化至納米級(jí)、硬度耐磨性提升、同時(shí)工件表面Ra達(dá)0.2以下的顯著效果；

表面熱處理：僅對(duì)工件表面進(jìn)行加熱、冷卻的工藝，從而改變表層組織和性能而不改變成分的一種工藝。

金屬表面化學(xué)熱處理：利用元素的擴(kuò)散性，使金屬元素深入金屬表層的一種熱處理工藝。

離子束表面處理：用一定能量的離子轟擊固體表面，使固體近表面層物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的工藝技術(shù)，包括離子注入、離子束混合、離子濺射、離子刻蝕等技術(shù)。離子注入是將某種離子“打進(jìn)”固體，改變固體近表面層的化學(xué)成分和固體結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)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(kāi)發(fā)大量的MIM產(chǎn)品，拓展了市場(chǎng)。離子注入技術(shù)用于半導(dǎo)體摻雜和金屬和其他材料的表面改性。離子束混合是用離子轟擊鍍有多層薄膜的金屬，使各層原子因離子碰撞發(fā)生互混。

利用激光掃描過(guò)程中材料自身的組織結(jié)構(gòu)變化或引入其他材料實(shí)現(xiàn)工件表面性能的改善，該技術(shù)能選擇性地處理工件表面，有利于在工件整體保持足夠的韌性和強(qiáng)度的同時(shí)，表面獲得較高的、特定的使用性能，如耐磨、耐蝕和kang疲  勞、kang氧化等。

電子束使金屬材料表面很快上升到奧氏體相變退度(低于熔化溫度)，持續(xù)一段時(shí)間后電子束停止轟擊.熱t(yī)很快向冷的荃體金屬擴(kuò)散，使加熱表面自行淬火，其組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，表面硬度顯著提離。

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。軟金屬的粉末、不規(guī)則顆粒形狀或多孔性顆粒結(jié)構(gòu)的粉末都具有較高的生坯強(qiáng)度。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。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)。②鐵素體：碳溶于a-Fe中的間隙式固溶體稱(chēng)為鐵素體，常用F表示。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%。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。并可通過(guò)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)。

　　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。運(yùn)用該技術(shù)可直接生產(chǎn)多孔、半致密或全致密的材料和制品，因此應(yīng)用十分廣泛。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。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