粉末冶金廠常用指南“本信息長期有效”

金屬的磁性怎么來的

為什么只有少數的金屬有磁性？

可以等價于問：為什么只有少數金屬是鐵磁性的，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說起：近代物理證明，構成物質的原子由原子核和電子所構成，每個電子都在作循軌和自旋運動，物質的磁性就是由于電子的這些運動產生的。壓機一般都幾噸到幾百噸壓力，直徑基本是在110MM以內都可以制作成粉末冶金。對于金屬來說，金屬是由點陣的離子和自由電子構成。在磁場的作用下電子運動會產生抗磁磁矩，與此同時，點陣的離子和自由電子會產生順磁磁矩。

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，它們的離子所產生的抗磁性大于自由電子的順磁性，因此是抗磁性物質。

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增加時逐步向共價結合過渡，而共價電子的磁矩互相抵消，因此表現出異常的抗磁性。

所有堿金屬都是順磁性物質，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生的順磁性占主導地位。

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，這是因為這些元素的原子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生強烈的順磁性。

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“自發磁化區”，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，所以在一個不太強的外磁場，就可以產生一個很強的磁化強度，即樓主認為的“有磁性”。

重新回到問題的起點，金屬的磁性是由其原子結構特性決定的，常溫下，只有少數的金屬可以形成自發磁化區----“磁疇”，所有只有少數金屬有磁性

至于鐵磁性金屬為什么會形成磁疇的原因，涉及量子力學理論：鐵磁性物質內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，使得一個小區域內的各個原子的磁矩按同一方向排列，最終形成自發磁化區域----磁疇。金屬粉末注射成型技術工藝與傳統工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優異，生產成本低等特點，其產品廣泛應用于電子信息工程、生物醫用器械、辦公設備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘表業、兵工及航空航天等工業領域。

鐵磁性金屬與非鐵磁性金屬的磁化機制有著很大差異，由于不能自發形成磁化區域，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。

金屬表面改性技術分類

表面改性技術的定義：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構、性能不同的一種技術。

技術優勢：材料經過表面改性處理后，既能發揮基體材料的力學性能，又能使材料表面獲得各種特殊性能；表面改性技術可以掩蓋基體材料的表面缺陷，延長材料和構件的使用壽命；節約稀有 貴 重金  屬材料，改善環境。

表面改性技術的分類：金屬表面形變強化、表面熱處理、金屬表面化學熱處理、離子束表面擴滲處理、高能束表面處理、離子注入表面改性。

金屬表面形變強化

表面形變強化技術中常用的有噴丸、滾壓、豪克能技術。噴丸使用高壓或壓縮空氣作動力，比較靈活但動力消耗大；黑色金屬表面經“發藍”處理后所形成的氧化膜，其外層主要是四氧化三鐵，內層為氧化亞鐵。滾壓大家都很清楚，結合金屬冷做硬化的原理提升工件的硬度和耐磨性；豪克能技術是一項先進的金屬形變強化技術，采用30KHZ以上的振動頻率的高頻振動以及一定數值的靜壓力，形成對工件的強化加工，具有晶粒細化至納米級、硬度耐磨性提升、同時工件表面Ra達0.2以下的顯著效果；

表面熱處理：僅對工件表面進行加熱、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。

金屬表面化學熱處理：利用元素的擴散性，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、化學性質發生變化的工藝技術，包括離子注入、離子束混合、離子濺射、離子刻蝕等技術。離子注入是將某種離子“打進”固體，改變固體近表面層的化學成分和固體結構。經過二十多年的發展，我國MIM從業人員不僅突破了技術封堵，并且研制開發大量的MIM產品，拓展了市場。離子注入技術用于半導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生互混。

利用激光掃描過程中材料自身的組織結構變化或引入其他材料實現工件表面性能的改善，該技術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度的同時，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)，持續一段時間后電子束停止轟擊.熱t很快向冷的荃體金屬擴散，使加熱表面自行淬火，其組織轉變為馬氏體，表面硬度顯著提離。

粉末冶金行業發展勢不可擋

粉末冶金屬于現代工業發展的朝陽產業，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，經過成形和燒結，制造金屬材料、復合以及各種類型制品的工藝技術。

　　我國粉末冶金行業起步較晚，但發展迅猛，特別是汽車行業、機械制造、金屬行業、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機械、電子家電及高科技產業等迅猛發展，為粉末冶金行業帶來了較大的發展機遇。

　　具體數據顯示，1948年我國硬質合金產量僅有2-3萬噸，但2000年后我國粉末冶金市場迅速崛起。軟金屬的粉末、不規則顆粒形狀或多孔性顆粒結構的粉末都具有較高的生坯強度。2009年我國粉末冶金行業產量為11.30萬噸，超過日本躍居亞洲首位。2014年粉末冶金行業銷量達19.18萬噸，2017年增長至20.08萬噸，增幅為4.7%。

　　從應用領域來看，現階段，我國粉末冶金產品主要應用于汽車、家電、電動工具、摩托車、農業機械及工程機械等工業。②鐵素體：碳溶于a-Fe中的間隙式固溶體稱為鐵素體，常用F表示。隨著我國汽車行業的快速發展，粉末冶金制品本土化需求不斷擴大，2016年，應用于汽車方面的粉末冶金零件共10.09萬噸，占比54.69%，同比上升6.55%。未來下游產業的發展將會繼續拉動上游產業的發展，整個行業的容量仍在不停擴大。

　　汽車領域應用較少，技術相對落后

　　在發達國家如美國、歐洲、日本，粉末冶金產品主要應用于汽車領域，汽車粉末冶金產品占粉末冶金總產品的比例高達80%以上，其產品包括VVT(可變氣門正時系統)、VCT(可變氣門凸輪軸正時系統)、各類泵組件、鏈輪、同步環、行星齒輪等，種類覆蓋十分齊全。并可通過PLC實時控制及記錄生產中的溫度、時間、粘度等相關數據。

　　而在我國，2017年，粉末冶金市場汽車應用占比僅為60%。我國粉末冶金汽車零件占比遠低于發達國家，占比提升潛力大。

　　單車用量方面，中國提升空間同樣相對可觀。運用該技術可直接生產多孔、半致密或全致密的材料和制品，因此應用十分廣泛。2017年，北美粉末冶金零件單車用量可達18.6Kg，日本為8.0Kg，歐洲為7.2Kg，而中國僅為4.5Kg。這種差距產生的主要原因是，我國國內很多粉末冶金產品達不到要求的尺寸公差與性能參數，因此，汽車主機廠只能選擇成本更高的鍛造零件與機加工零件。

　　國內企業成本優勢顯著，進口替代空間廣闊

　　與國外公司相比，國內企業在人力成本、土地成本、原料成本等方面均具有優勢，能夠為主機廠與一級供應商提供更低價的粉末冶金產品。同時，國內企業交貨周期短，售后服務快速、及時，能夠為國內主機廠提供更優質的服務。

　　從技術角度來看，2015年，發布《中國制造2025》的通知，其中重點提出要大力發展智能制造、增材制造、新材料、生物醫用等領域。我們認為在國家政策的大力扶持下，國內粉末冶金技術有望得到快速發展，替代市場逐步由低端轉向高技術。

　　另外，專利申請授權量的持續增長彰顯粉末冶金技術的不斷成熟。2016年，我國鑄造、粉末冶金專利申請授權量為8295項，同比增長11.62%，近五年(2012-2016年)復合增長率為16.02%。

　　綜合來看，國內粉末冶金產品進口替代空間十分廣闊