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。因此，國(guó)際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場(chǎng)革命，被譽(yù)為“當(dāng)今最熱門(mén)的零部件成形技術(shù)”和“21世紀(jì)的成形技術(shù)”。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。如上所述，與球形顆粒粉末相比，不規(guī)則形狀顆粒壓制的壓坯具有較高的生坯強(qiáng)度。

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。

粉末冶金發(fā)展前景

MIM技術(shù)起源于歐洲部分國(guó)家，開(kāi)始用于軍事裝備部件開(kāi)發(fā)并得到應(yīng)用。近些年，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)三角地區(qū)通過(guò)對(duì)MIM技術(shù)的引入，隨著不斷地探索實(shí)踐，已經(jīng)成功運(yùn)用到汽車(chē)零部件、3C數(shù)碼類、醫(yī)用器械、工具鎖類等多個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域。九、蝕刻蝕刻：通常所指蝕刻也稱光化學(xué)蝕刻，指通過(guò)曝光制版、顯影后，將要蝕刻區(qū)域的保護(hù)膜去除，在蝕刻時(shí)接觸化學(xué)溶液，達(dá)到溶解腐蝕的作用，形成凹凸或者鏤空成型的效果。行業(yè)代表包括上海富馳高科技股份有限公司，是目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的龍頭企業(yè)，也培養(yǎng)了一大批MIM技術(shù)人才；以及常州精研科技股份有限公司，是國(guó)內(nèi)最先上市的MIM企業(yè)代表。

MIM技術(shù)是目前金屬零部件成型最科學(xué)的精凈成型技術(shù)，其特點(diǎn)在于成本低，性能優(yōu)異，可根據(jù)不同需求靈活調(diào)整各項(xiàng)性能指數(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。從某種程度上正在以驚人的速度取代CNC精加工等傳統(tǒng)成型技術(shù)，且該技術(shù)在突破核心技術(shù)攻堅(jiān)后，質(zhì)量穩(wěn)定，便于大批量生產(chǎn)，客戶滿意度高，企業(yè)回報(bào)率高。四、豪克能技術(shù)豪克能技術(shù)：利用沖擊能和激發(fā)能的復(fù)合能對(duì)金屬零件進(jìn)行加工，從而獲得鏡面零件。正因如此，一批中小型企業(yè)已經(jīng)崛起。主要集中在深圳、上海、江蘇、浙江等沿海城市，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)有兩百多家。

綜上，單從技術(shù)領(lǐng)域來(lái)看前景一片光明，還有很大的應(yīng)用空間有待開(kāi)發(fā)，從行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)角度，需要穩(wěn)定的行業(yè)技術(shù)人才，配套的優(yōu)質(zhì)資源，以及專業(yè)的企業(yè)管理人才，不斷技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化管理制度，才能立足于行業(yè)大潮中……

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。以及常州精研科技股份有限公司，是國(guó)內(nèi)最先上市的MIM企業(yè)代表。2014年粉末冶金行業(yè)銷量達(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%。但是從行業(yè)發(fā)展的總體情況來(lái)看，我國(guó)現(xiàn)階段的MIM前景喜人，但在某些方面與國(guó)外還存在一定差距。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))、各類泵組件、鏈輪、同步環(huán)、行星齒輪等，種類覆蓋十分齊全。與機(jī)加工工藝相比，粉末冶金齒輪的經(jīng)濟(jì)批量一般取決于零件的大小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、產(chǎn)品要求精度以及其它性能要求。

　　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。金屬注射成型產(chǎn)品燒結(jié)出來(lái)后，因?yàn)楦鞣N原因，表面的光潔度相對(duì)比較粗糙，并有輕微的毛刺，并可能有細(xì)小的不銹鋼粉粒黏著在產(chǎn)品表面。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

金屬粉末增塑擠壓成型與注射成形工藝比較

粉末冶金技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)有了不少的分支和不同的工藝，在這其中zui具有代表性的兩種工藝非增塑擠壓成型和注射成形莫屬了，雖然同屬于粉末冶金，但是它們又有很多不同，今天就讓小編帶大家一起來(lái)了解一下吧。

先來(lái)看看金屬粉末增塑擠壓成形工藝，這是一種在金屬粉末包套擠壓等工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，可以在較低的溫度下對(duì)具有優(yōu)良流動(dòng)性的銅、鎢、硬質(zhì)合金、高熔點(diǎn)金屬間化合物以及陶瓷材料進(jìn)行擠壓成形的新工藝。目前該工藝已經(jīng)有了專用的連續(xù)擠壓設(shè)備?；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。該工藝過(guò)程使用的物料是添加了一定量增速劑的具有優(yōu)良流動(dòng)性的金屬粉末。利用該工藝生產(chǎn)的坯件，在經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)之后就可以成為最終成品了。

再來(lái)看一下另外一種新型的金屬零部件成形工藝—金屬注射成形。它是將傳統(tǒng)的粉末冶金和現(xiàn)代塑料注塑技術(shù)相結(jié)合并依托于粘結(jié)劑配方研發(fā)和喂料生產(chǎn)技術(shù)的一種近凈成形工藝。工藝流程：技術(shù)特點(diǎn)：提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，得到光滑表面或鏡面光澤，同時(shí)也可消除光澤。它是一種發(fā)展歷史久遠(yuǎn)但發(fā)展速度緩慢的成形工藝，該工藝的基本流程就是將金屬粉末和粘結(jié)劑的混合物在一定的溫度和壓力條件xia注入特定的模腔中得到接近最終產(chǎn)品尺寸和形狀的坯件，再對(duì)坯件進(jìn)行脫粘、燒結(jié)得到具備一定機(jī)械性能的最終成品的過(guò)程。

通過(guò)以上的描述可以看出，粉末增塑擠壓成形與注射成形有很多相同的優(yōu)點(diǎn)，所以近幾年這兩種工藝都得到了迅猛發(fā)展，兩者共同的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)一下有四點(diǎn)：近凈成形，都可以一次成形最接近制品最終形狀的坯件;利用傳統(tǒng)的鑄造、機(jī)加工等防范難以生產(chǎn)的形狀的金屬制品，尤其是小型復(fù)雜零件和細(xì)長(zhǎng)零件的成形中占有很大優(yōu)勢(shì);可適用的材料范圍都相當(dāng)廣泛，一些用常規(guī)辦法不好制備成品的材料都可以采用此兩種方法;該兩種方法可以作為新材料及其產(chǎn)品的新的研發(fā)方法。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。

兩者一個(gè)顯著共同點(diǎn)是都要使用粘結(jié)劑。從粘結(jié)劑的選用及配方上來(lái)看，兩者采用的粘結(jié)劑都可以歸為三大體系，蠟基、jia基纖維素基和塑基，用量上也差不多，都在在8%～20%的質(zhì)量比范圍。從工藝上來(lái)看，都要在坯件成形以后進(jìn)行粘結(jié)劑的徹底脫除。

但是兩者也有很明顯的不同，在原料上，增塑擠壓成形使用的金屬粉末粒度變化區(qū)間比較大，從幾微米到幾百微米都可以使用;而金屬注射成形對(duì)金屬粉末的要求比較高，粉末的粒度一般在0.5-20微米之間，對(duì)粉末制備方法和粉末形狀有著更高的要求，因此成形后的制品更致密，燒結(jié)時(shí)收縮率小，尺寸精度更高。以上是粉末冶金齒輪一些缺點(diǎn)，不過(guò)凡事有利就有弊，相信隨著時(shí)代的快速發(fā)展，粉末冶金齒輪的不足點(diǎn)也會(huì)慢慢的得到改善。

如果要說(shuō)兩者的差異的話，成形設(shè)備和物料受力的的不同是其另外一個(gè)顯著的區(qū)別，增塑擠壓成形采用的是專用螺桿擠壓成形機(jī)，物料處于兩向壓縮和一向擠出拉伸的變形，其中的擠壓力一般不會(huì)超過(guò)300Mpa;而注射成形采用的注射成形機(jī)，在成形過(guò)程中物料受到的是三向壓應(yīng)力，其變形是三向力的壓縮變形。美國(guó)Injectamax公司和德國(guó)BASF公司將脫脂時(shí)間從數(shù)十小時(shí)縮短到幾個(gè)小時(shí)，而且保形性得到明顯改善，產(chǎn)品的尺寸精度從±0。

通過(guò)兩者共同點(diǎn)和不同點(diǎn)的比較，我們認(rèn)識(shí)到，兩者都是當(dāng)今粉末冶金技術(shù)新的發(fā)展方向，都可以在成形難加工材料的小尺寸復(fù)雜形狀制品方面發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，如果在精密度要求不是特別高的情況下可以采用增塑擠壓成形工藝以降低生產(chǎn)成本，而精密度要求高的制品的成形則只能通過(guò)對(duì)粉末粒度要求嚴(yán)格的金屬粉末注射成形來(lái)實(shí)現(xiàn)。金屬熱處理有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝，俗稱“四把火”。