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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，每個電子都在作循軌和自旋運(yùn)動，物質(zhì)的磁性就是由于電子的這些運(yùn)動產(chǎn)生的。對于金屬來說，金屬是由點(diǎn)陣的離子和自由電子構(gòu)成。粘結(jié)劑比例過小時，喂料的粘度雖然提高，但是容易形成空隙，不容易注射，而且脫粘后制品容易裂紋或開裂。在磁場的作用下電子運(yùn)動會產(chǎn)生抗磁磁矩，與此同時，點(diǎn)陣的離子和自由電子會產(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

對于鐵磁性金屬來說，不大的外磁場便會使它強(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(qiáng)的外磁場，就可以產(chǎn)生一個很強(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，使得一個小區(qū)域內(nèi)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。這是因?yàn)槲沽闲阅艿暮脡牟粫诨鞜掃^程中體現(xiàn)出來，而是會在后續(xù)的注射成形工藝中間接影響注射效果和制品的最終性能。

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。

MIN金屬注射成型

MIM（metal Injection Molding），中文名稱為金屬注射成型，是一種將金屬粉末與其粘結(jié)劑的增塑混合料，注射到模型里的成形方法。

簡單來說，MIM就是把金屬粉末和粘結(jié)劑均勻混合在一起，經(jīng)過加工就能做成各種形狀的金屬器件了。

這是一種具有很高技術(shù)含量的技術(shù)，類似于現(xiàn)在熱門的3D打印。

從工藝流程來看，MIM要經(jīng)歷混料（專用喂料）、注射成形、脫脂、燒結(jié)、后處理等5個步驟。

混料，就是把金屬粉末和粘結(jié)劑，按9：1的比例均勻混合起來，大家可以想象我們用水和面時的感覺。

等到和出來的面夠勁道時，就可以甩面做面條了，注射成形的步驟也差不多。

混合物被加熱，注入模具，成形為毛坯。毛坯出來后，再將里面的粘結(jié)劑去除，這一過程就叫脫脂。

脫脂后再進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，使成品的強(qiáng)度上一個臺階，并擁有很好的力學(xué)性能。

燒結(jié)是MIM工藝中最核心的環(huán)節(jié)，只要這一步處理得好了，那么整個MIM流程基本就大功告成了。

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經(jīng)過MIM制作出來的成品，密度高、精度高、表面光潔度也非常好，不信你摸一摸智能手表的底殼，質(zhì)感那是杠杠滴。

不銹鋼喂料生產(chǎn)之混煉時的粘結(jié)劑與粉末的選擇及重要性

金屬喂料的生產(chǎn)是金屬注射成形行業(yè)不可或缺的組成部分，因?yàn)楣に嚰夹g(shù)要求注射原料必須為一定大小的均勻顆粒，而不能直接使用粉末。因此，喂料生產(chǎn)對整個行業(yè)來講非常必要。目前大部分金屬喂料都有專業(yè)的供應(yīng)商，有些比較有實(shí)力的大型工藝使用商也在喂料生產(chǎn)領(lǐng)域積極探索，試圖降低生產(chǎn)成本的同時生產(chǎn)出適合更多適合自身生產(chǎn)需要的喂料。達(dá)克羅的表面硬度不高、耐磨性不好，而且達(dá)克羅涂層的制品不適合與銅、鎂、鎳和不銹鋼的零部件接觸與連接，因?yàn)樗鼈儠a(chǎn)生接觸性腐蝕，影響制品表面質(zhì)量及防腐性能。說到喂料生產(chǎn)就不得不提混煉，混煉是喂料生產(chǎn)的第1步，它是使金屬粉末表面包覆一層粘結(jié)劑，使得金屬粉末和粘結(jié)劑組成均勻一致混合料的過程。業(yè)內(nèi)人士都知道混煉對喂料生產(chǎn)很重要，但卻并不是所有人都能系統(tǒng)知道哪些因素會影響到混煉效果，今天小編就和大家一起從粉末與粘結(jié)劑配比和加料順序的角度了解一下。

為什么要重視金屬粉末與粘結(jié)劑的配比呢?這是因?yàn)槲沽闲阅艿暮脡牟粫诨鞜掃^程中體現(xiàn)出來，而是會在后續(xù)的注射成形工藝中間接影響注射效果和制品的最終性能。在進(jìn)行混煉時就要考慮到注射成形的難易程度和脫粘后的變形情況。

首先要確定金屬粉末和粘結(jié)劑的搭配比例，當(dāng)粘結(jié)劑比例過大時，會減小喂料的粘度，使金屬粉末顆粒間的接觸減弱，造成后續(xù)脫除粘結(jié)劑時變形嚴(yán)重或坍塌;粘結(jié)劑比例過小時，喂料的粘度雖然提高，但是容易形成空隙，不容易注射，而且脫粘后制品容易裂紋或開裂。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。

對于不同的金屬粉末，其混煉時選擇的粘結(jié)劑種類也不同，配比自然也不同。一般要按照粘結(jié)劑和粉末密度算出其質(zhì)量比，按照這個比例來進(jìn)行配比。005%，隨著溫度升高，溶解度略有增加，在727度時達(dá)到峰值，也僅有0。有些人還試圖在喂料生產(chǎn)時加入表面活性劑，實(shí)驗(yàn)表明這會降低粘結(jié)劑對粉末的濕潤性，減少粘結(jié)劑的使用量，進(jìn)而提高金屬喂料中金屬粉末的裝載量。

對于混煉時粉末和粘結(jié)劑的加入順序也有比較嚴(yán)格的規(guī)定，加料的順序一般是先加入高熔點(diǎn)組元熔化，然后降溫，加入低熔點(diǎn)組元，然后分批加入金屬粉末。這樣能防止低熔點(diǎn)組元的氣化或分解，分批加入金屬粉可防止降溫太快而導(dǎo)致的扭矩急增，減少設(shè)備損失。

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)配比和加料對金屬喂料的生產(chǎn)至關(guān)重要。

MIM工藝中的固相燒結(jié)和液相燒結(jié)

在金屬注射成形工藝中，燒結(jié)是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它是將脫脂后的多孔坯件進(jìn)行致密化的過程。燒結(jié)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(shí)需要掌握好火候的就是這個環(huán)節(jié)。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。脫脂后的坯件在進(jìn)行燒結(jié)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(jié)，減少顆粒間的空隙，從而達(dá)到致密化的目的。在MIM工藝中，致密化后的坯件還是會具有人們事先設(shè)計(jì)好的與注射模具相符的形狀，只是經(jīng)過燒結(jié)變得具有了一定強(qiáng)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(jīng)有人從兩個方面總結(jié)MIM燒結(jié)的特點(diǎn)，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(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)移，使粉末不需要粘結(jié)劑的作用便可產(chǎn)生顆粒間的粘結(jié)來保持一定的形狀和性能。

燒結(jié)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(jié)緊密的塊狀的坯件。分解氨是液氨經(jīng)熱分解后獲得的由氫和氮組合的混合氣體，在粉末冶金中即可作為還原劑，也用來作為燒結(jié)氣氛，除了某些含有氮成分的制品因與該氣氛產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)不能采用這種氣氛燒結(jié)以外，大多數(shù)的金屬都可采用這種氣氛來燒結(jié)。由此可以看出溫度對于燒結(jié)的重要性，從理論上來講，溫度越高，燒結(jié)過程中產(chǎn)生的原子遷移運(yùn)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(jié)過程也就進(jìn)行得越快。

在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，人們會經(jīng)常提到兩個詞：固相燒結(jié)和液相燒結(jié)，其實(shí)這沒有什么費(fèi)解的，關(guān)于二者的區(qū)別，簡單一點(diǎn)說就是根據(jù)燒結(jié)溫度不同，固相燒結(jié)就是燒結(jié)溫度低于所有組成成分的熔點(diǎn)，而液相燒結(jié)則是燒結(jié)溫度低于主要組成成分的熔點(diǎn)。液壓系統(tǒng)由一臺液壓站來操縱兩只小油缸和兩個大油缸，來完成啟閉大蓋、翻動攪拌缸功能。同時這兩種燒結(jié)方法又有一個共同點(diǎn)：都是不施加外部壓力的情況下進(jìn)行的。

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