第三章 磁性能.ppt

1、1,第三章 磁性能,3.1 磁性基本概念與表征參量 磁化：物質(zhì)在磁場中，由于受磁場作用而呈現(xiàn)一定磁性的現(xiàn)象； 磁介質(zhì)：能被磁化的物質(zhì)； 磁化后使外磁場減弱的物質(zhì)，抗磁質(zhì)：Cu、Ag、Au、Zn 磁化后使外磁場略有增強(qiáng)的物質(zhì)，順磁質(zhì)：Pt、Pd、奧氏體不銹鋼、堿金屬、Al 磁化后使外磁場急劇增強(qiáng)的物質(zhì)，鐵磁質(zhì)：Fe、Ni、Co、（Gd） 表征參量：H：磁場強(qiáng)度 M：磁化強(qiáng)度，單位體積內(nèi)的磁矩； M=mH m為磁化率（系數(shù)） B：磁感應(yīng)強(qiáng)度，通過磁場中某 點(diǎn)、垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)，反應(yīng)外加磁場H和磁介質(zhì)磁化后M的綜合作用效應(yīng)； B=0（H+M）=0（1+m）H=0rH=H 0：真空磁導(dǎo)

2、率 r：相對磁導(dǎo)率 ：絕對（真實(shí)）磁導(dǎo)率,2,磁介質(zhì)的分類與特征： 1抗磁體： 磁化率m0，約為10-610-3。它在磁場中受微弱吸力。根據(jù)m與溫度的關(guān)系，可分為：正常順磁體，其m隨溫度變化符合m1/T關(guān)系。金屬鉑、鈀、奧氏體不銹鋼、稀土金屬等；m與溫度無關(guān)的順磁體，例如鋰、鈉、鉀、銣等金屬（反常順磁體）。,3,3、鐵磁體：在較弱的磁場作用下，就能產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度。m是很大的正數(shù)，且與外磁場呈非線性關(guān)系變化。具體金屬有鐵、鈷、鎳等。鐵磁體在溫度高于某臨界溫度后變成順磁體。此臨界溫度稱為居里溫度或居里點(diǎn)，常用Tc表示。 4亞鐵磁體：與鐵磁體類似，但m值沒有鐵磁體那樣大：如磁鐵礦(Fe3O4)、

3、鐵氧體等屬于亞鐵磁體。 5反鐵磁體：m是小的正數(shù)，在溫度低于某溫度時(shí)，它的磁化率同磁場的取向有關(guān)；高于這個(gè)溫度（TN：尼爾點(diǎn)），其行為象順磁體。具體材料有-Mn、鉻，還有如氧化鎳、氧化錳等。,4,5,磁介質(zhì)的磁化過程實(shí)質(zhì)上是內(nèi)部原子磁矩的取向過程，原子磁矩包括電子軌道磁矩、電子自旋磁矩、原子核磁矩； 電子的循軌運(yùn)動（公轉(zhuǎn)）可以看成是一個(gè)閉合的環(huán)形電流，由此產(chǎn)生的磁矩稱為軌道磁矩，垂直于電子運(yùn)動的軌道平面；在外加磁場上的分量為： mez=mlB （ml=0、+1、+2、+l） 電子繞自身的軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個(gè)自旋磁矩，其方向平行于自旋軸；在外加磁場上的分量為： msz=+B 原子核磁矩約為電子磁矩的

4、1/2000，可忽略； 電子軌道磁矩與電子自旋磁矩之和構(gòu)成原子的固有磁矩：原子本征磁矩 如原子中所有電子殼層都是填滿的，由于形成一個(gè)球形對稱的集體，則電子軌道磁矩和自旋磁矩各自相抵消，此時(shí)原子本征磁矩m0,6,抗磁性及產(chǎn)生原因：金屬被磁化后，磁化矢量與外加磁場的方向相反，原因在于電子的循軌運(yùn)動受外加磁場作用產(chǎn)生的抗磁矩（與外加磁場方向相反），故抗磁不是自由電子的軌道磁矩和自旋磁矩本身所產(chǎn)生，而是在外加磁場作用下電子的繞核運(yùn)動所產(chǎn)生的附加磁矩所產(chǎn)生的,任何金屬在磁場作用下都要產(chǎn)生抗磁性； 抗磁金屬的磁化率很小，約為10-510-6數(shù)量級，并且與磁場強(qiáng)弱和溫度無關(guān)。,7,順磁性及產(chǎn)生原因：主要來源

5、于原子(離子)的固有磁矩，在沒有外加磁場時(shí)，原子的固有磁矩呈無序狀態(tài)分布，在宏觀上并不呈現(xiàn)出磁性；若施加一定的外磁場時(shí)，由于磁矩與磁場相互作用，磁矩具有較高的靜磁能。所謂靜磁能是指原子磁矩與外加磁場的相互作用能用EH表示，其大小等于： 為了降低靜磁能，磁矩改變與磁場之間的夾角(變?。?，于是便產(chǎn)生了磁化；隨著磁場的增強(qiáng)，磁矩的矢量和在磁場方向上的投影不斷地增大，磁化不斷地增強(qiáng)。在常溫下，要使原子磁矩轉(zhuǎn)向磁場方向，除了要克服磁矩間相互作用所產(chǎn)生的無序傾向之外，還必須克服由原子熱運(yùn)動所造成的嚴(yán)重干擾，故順磁磁化困難。,8,自由電子在磁場的作用下同時(shí)產(chǎn)生抗磁矩和順磁矩，不過它所產(chǎn)生的抗磁矩遠(yuǎn)小于順磁矩

6、，故自由電子的主要貢獻(xiàn)是順磁性； 產(chǎn)生順磁性的（必要）條件： A：具有奇數(shù)個(gè)電子的原子或點(diǎn)陣缺陷； B：內(nèi)殼層未被填滿的原子或離子：過渡族元素、稀土金屬,9,根據(jù)金屬離子核外電子層結(jié)構(gòu)不同，分為以下兩類： 1）電子殼層已全部被填滿，即固有磁矩為零。在外加磁場的作用下由核外電子的循軌運(yùn)動產(chǎn)生抗磁矩，抗磁矩的強(qiáng)弱取決于核外電子的數(shù)量。如果離子部分總的抗磁矩大于自由電子的順磁矩，則金屬為抗磁金屬，如銅、金和銀等。銻、鉍和鉛等金屬也屬于這種情況，所不同的是它們的自由電子向共價(jià)鍵過渡，因而呈現(xiàn)出異常大的抗磁性。非金屬中除了氧和石墨外，都屬于抗磁體并且它們的磁化率與惰性氣體相近。以Si、S、P以及許多有機(jī)

7、化合物為例，它們基本上以共價(jià)鍵結(jié)合，由于共價(jià)電子對的磁矩相互抵消，因而這些物質(zhì)均成為抗磁體。 堿金屬和堿土金屬（除Be外），它們的離子也是填滿的電子結(jié)構(gòu)，但它們的自由電子所產(chǎn)生的順磁性大于離子部分的抗磁性，呈現(xiàn)順磁性，如鋁、鎂、鋰、鈉和鉀等。,10,2）離子有未被填滿的電子層，即離子具有較強(qiáng)的固有磁矩。在外磁場的作用下，這些固有磁矩所產(chǎn)生的順磁矩遠(yuǎn)大于核外電子循軌運(yùn)動所產(chǎn)生的抗磁矩。具有這種離子的金屬都有較強(qiáng)的順磁性，它們屬于強(qiáng)順磁性金屬。如3d金屬中釩等；4d金屬中的鈮、鋯、鉬5d金屬中的鉿、鉭、鎢和鉑等 從元素周期表來看：每一周期前面的元素都是順磁的，后面一些元素多為抗磁的；過渡族元素除F

8、e、Ni、Co（Gd）外，幾乎都具有較強(qiáng)的順磁性。,11,3.2 抗磁、順磁的影響因素,1、溫度 隨溫度升高，原子熱運(yùn)動加劇，原子磁矩?zé)o序度增加，磁矩趨向一致困難，使順磁磁化過程困難，降低順磁磁化率；（鋰、鈉、鉀、銣等金屬，順磁性由價(jià)電子產(chǎn)生，m與溫度無關(guān)：異常） 對一般順磁質(zhì)，其磁化率隨溫度的變化服從居里定律： m=C/T 強(qiáng)順磁金屬，如鐵磁性金屬成順磁態(tài)，則磁化率隨溫度變化遵循居里外斯定律： m=C/（T-） 反鐵磁性物質(zhì)各有一個(gè)特定的溫度TN（尼爾點(diǎn)）： 當(dāng)TTN時(shí)： 隨溫度升高，磁化率下降；當(dāng)TTN時(shí)： 隨溫度升高，磁化率升高,12,原子或離子的抗磁磁化率與溫度無關(guān)，或者隨溫度變化發(fā)生

9、微弱的改變。但當(dāng)金屬熔化、凝固以及發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，抗磁磁化率將發(fā)生突變。,13,2、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：由于晶格類型及原子間距發(fā)生變化，從而影響電子運(yùn)動狀態(tài)，導(dǎo)致磁導(dǎo)率的變化； 白錫（正方結(jié)構(gòu)）是很弱的順磁體，不但在熔化時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勾朋w，而且在低溫發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，成為灰錫（金剛石結(jié)構(gòu)）的同時(shí)也成為抗磁體。這是因?yàn)樵娱g距變化引起自由電子減少和結(jié)合電子增多，從而導(dǎo)致金屬性的損失，順磁性下降、抗磁性增加。,14,-Fe在A2點(diǎn)(居里點(diǎn)：768)以上變?yōu)轫槾艩顟B(tài)，在910和1410發(fā)生-和-轉(zhuǎn)變時(shí)順磁磁化率發(fā)生突變：-Fe的磁化率比順磁的-Fe和-Fe的都低，且-Fe的磁化率幾乎與溫度無關(guān)，而-Fe和

10、-Fe的磁化率在溫度升高時(shí)急劇下降，且-Fe和的磁化率曲線處于-Fe的延長線上（點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的相同性）。,15,3、加工硬化：范性形變使銅和鋅的抗磁性減小，經(jīng)高度加工硬化后的銅變?yōu)轫槾朋w，但退火可以返回其抗磁性質(zhì)。一般認(rèn)為這是因?yàn)榧庸び不瘯r(shí)原子間距增大、密度減小所引起抗磁性減弱。 4、晶粒細(xì)化可以使Bi，Sb，Sc，Te的抗磁性降低，而Se和Te在高度細(xì)化時(shí)甚至成為順磁體。 顯然，無論是加工硬化還是晶粒細(xì)化都引起點(diǎn)陣畸變從而影響磁化率，它們影響的趨勢和熔化一樣使抗磁性降低。,16,5、合金化的影響：合金化對抗磁或順磁磁化率的影響比較復(fù)雜 當(dāng)Cu，Ag，Al，Au等低磁化率金屬形成固溶體時(shí)。其磁化率

11、以平滑的曲線隨成分變化，但不成直線，表明形成固溶體時(shí)結(jié)合鍵發(fā)生了變化。 如果將強(qiáng)順磁的過渡族金屬(如Pd)溶入抗磁金屬Cu，Ag，Au中，固溶體磁性發(fā)生復(fù)雜變化：在30Pd以下使合金固溶體)抗磁性增強(qiáng)，只有在Pd的濃度更高時(shí)，磁化率才變?yōu)檎挡⒓眲∩仙絇d所固有的高順磁值。外推開始曲線到100Pd表明，進(jìn)入固溶體的Pd在30以下是抗磁性的；這是由于d電子殼層被自由電子所填滿，離子的固有磁矩降低至零，抗磁性增大；超過30%后，由于Pd的順磁性離子增多，抗磁性減弱。Pd的同族元素Ni和Pt溶入Cu中也使自己的磁化率減小，但保持微弱的順磁性。Cr和Mn與Pd有顯著的不同，它們?nèi)苋隒u中使固溶體的磁

12、化率急劇地增高，以致于它們在固溶體中的順磁性大于其本身處于純金屬狀態(tài)的順磁性，Mn的固溶體的順磁磁化率甚至大于純錳。,17,在低價(jià)的抗磁金屬中加入鐵磁金屬(Fe，Co，Ni)時(shí)，合金的磁化率急劇增高，甚至低濃度的固溶體就能轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾朋w，這種順磁體的磁化率將隨溫度升高而降低。,18,合金固溶體有序化時(shí)：由于溶質(zhì)、溶劑原子間呈現(xiàn)有規(guī)則的交替排列，使原子間的結(jié)合力隨之改變，導(dǎo)致原子間距發(fā)生變化，從而磁性發(fā)生變化（CuAu抗磁性減弱，Cu3Au、Cu3Pd、Cu3Pt抗磁性增強(qiáng)),合金形成中間相和化合物相：由于生成了共價(jià)鍵和化學(xué)鍵，從而影響自由電子的順磁性，使其出現(xiàn)抗磁特征（出現(xiàn)極值）；,19,3.3

13、 抗磁、順磁測量與應(yīng)用,一、測量方法：磁秤法（磁天平法，P371） 試樣2放置在磁極的間隙中，由于磁場是不均勻的，當(dāng)試樣被磁化之后將沿著x方向受到一個(gè)作用力F，如為順磁，則F向下，抗磁則向上。F的大小取決于磁性的強(qiáng)弱：,試樣置于天平的一端，而另一端則懸掛著一個(gè)鐵芯，鐵芯置于線圈中。測量時(shí)，調(diào)整線圈通過的電流使其產(chǎn)生對鐵芯的吸力與F相等，即達(dá)到平衡狀態(tài)。通過電流值的大小確定出F，便可求得磁化率。,20,二、應(yīng)用 測定AlCu的固溶度曲線 由于銅是抗磁性金屬，它所產(chǎn)生的抗磁矩部分地抵消了鋁所產(chǎn)生的順磁矩。形成CuAl2時(shí)，每一個(gè)銅原子影響兩個(gè)鋁原子，因此隨著CuAl2相數(shù)量的增多合金的磁化率曲線降

14、低得比較緩慢。不同成分的合金經(jīng)不同溫度淬火后，凡是與bm平行的線段，均對應(yīng)于兩相混合物組織。,21,3.4 鐵磁性,鐵磁質(zhì)具有很高的磁導(dǎo)率、磁滯現(xiàn)象和特定的居里溫度，同時(shí)還具有磁晶各向異性和磁致伸縮效應(yīng)、形狀各向異性 一、磁化曲線與磁滯回線,a：起始磁導(dǎo)率 m：最大磁導(dǎo)率 Hc：矯頑力 Mr、Br：剩磁 磁能積： 磁滯損耗Q：磁滯回線所包圍的面積表征磁化一周時(shí)所消耗的功,22,二、磁晶各向異性及各向異性能 磁晶各向異性：沿鐵磁晶體（單晶體）的各個(gè)晶向磁化的難易程度不同； 磁晶各向異性能：由于磁晶各向異性所引起的附加自由能F（等于磁化功）；對稱性越差、各向異性常數(shù)較大。,23,三、形狀各向異性與

15、退磁能 鐵磁體的磁化強(qiáng)度與鐵磁體的幾何形狀有關(guān)，棒狀試樣磁化強(qiáng)度低于環(huán)狀試樣磁化強(qiáng)度； 原因：棒狀試樣磁化后在其兩端產(chǎn)生了磁極，該磁極除了在棒狀試樣的周圍產(chǎn)生了磁場，在試樣內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)由N-S的磁場Hd，與試樣磁化強(qiáng)度的方向相反，減弱了外磁場對試樣的磁化作用，退磁場； Hd=（-NM） N：退磁因子，與鐵磁體的形狀、尺寸有關(guān)；圓棒越粗短、退磁因子越大，退磁作用越強(qiáng)，樣品越難磁化； 退磁場與鐵磁體的相互作用能成為退磁能：Ed=1/2NM2,24,25,四、磁致伸縮與磁彈性能 鐵磁體在磁場中磁化，其形狀和尺寸都會發(fā)生變化(伸長或縮短），這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮 ； 0時(shí)，表示沿磁場方向的尺寸伸長，稱為

16、正磁致伸縮；Fe 0時(shí)，表示沿磁場方向的尺寸縮短，稱為負(fù)磁致伸縮;Ni/Co。 磁致伸縮效應(yīng)是由于原子磁矩有序排列時(shí)，電子間的相互作用導(dǎo)致原子間距的自發(fā)調(diào)整而引起； 隨著外磁場的增強(qiáng)，鐵磁體的磁化強(qiáng)度增強(qiáng)，這時(shí) 隨之增大，當(dāng)H=Hs時(shí)，磁化強(qiáng)度達(dá)到飽和，M=Ms（飽和磁化強(qiáng)度） =s （飽和磁致伸縮系數(shù)） 磁彈性能：材料磁化過程中由于磁致伸縮受到約束，材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，因而存在彈性能,26,27,3.5 自發(fā)磁化與技術(shù)磁化理論,一、自發(fā)磁化及鐵磁性判據(jù) 自發(fā)磁化：在未加外磁場時(shí)，鐵磁金屬內(nèi)部的自旋磁矩已經(jīng)自發(fā)地排向了同一方向； 1、磁疇：指在未加磁場時(shí)鐵磁金屬內(nèi)部自發(fā)磁化到磁飽和態(tài)的微小區(qū)域；

17、（體積：10-15m3；寬度：10-510-6m） 疇壁：相鄰磁疇間的界面，寬約10-7m 形成磁疇時(shí)引起磁疇尺寸的伸長或縮短的現(xiàn)象，自發(fā)磁致伸縮；,28,29,30,磁疇的形成與磁疇結(jié)構(gòu)：滿足熱力學(xué)條件（能量最小化） 磁疇結(jié)構(gòu)包括：磁疇形狀、尺寸、疇壁類型與壁厚 疇壁能量：交換能、磁晶各向異性能、磁彈性能 形成磁疇是為了減小退磁能和磁致伸縮能，疇壁的形成是為了減小交換能，但增大了磁晶各向異性能，當(dāng)磁疇變小使磁致伸縮能減小量與疇壁形成所增加的能量相等時(shí)，達(dá)到平衡態(tài)，即形成最小的穩(wěn)定閉合疇。,31,2、磁疇形成條件與機(jī)理 A：鐵磁質(zhì)自發(fā)磁化的根本原因在于原子磁矩，即要求原子固有磁矩不為零，即要求

18、原子中必須有未填滿電子的內(nèi)層（具有較強(qiáng)的自旋磁矩）； B：自旋磁矩自發(fā)地排列在一個(gè)方向：點(diǎn)陣常數(shù)a與未填滿的內(nèi)殼層半徑r之比值3，但不能太大,32,上圖表示由兩個(gè)原子核a，b和兩個(gè)電子1，2組成的氫分子模型，當(dāng)兩個(gè)原子距離很遠(yuǎn)時(shí)，因?yàn)闊o相互作用，電子的自旋取向互不干擾的；當(dāng)兩原子接近而組成氫分子后，在核與核、電子與電子以及核與電子之間便產(chǎn)牛了新的靜電相互作用，使分子在靜電交互作用隨電子自旋方向不同產(chǎn)生不同能態(tài)：,自旋平行時(shí)系統(tǒng)的能量E1和自旋反平行時(shí)系統(tǒng)的能量E2，究竟哪一個(gè)低，即哪一個(gè)處于穩(wěn)定態(tài)的關(guān)鍵在于交換積分A的符號。 如果A0，電子自旋平行排列為穩(wěn)定態(tài)（鐵磁態(tài)）； 如果A0，則電子自旋

19、反平行排列為穩(wěn)定態(tài)（反鐵磁態(tài)）。,r12:兩個(gè)電子間距離 ra1、rb2:：電子與原子核的距離,33,對于內(nèi)層電子未排滿的原子在相互接近時(shí)，其3d層與4S層電子可相互交換位置，即發(fā)生交互作用，產(chǎn)生交互作用力，從而使近鄰原子的自旋磁矩產(chǎn)生有序排列：要使A0，點(diǎn)陣常數(shù)a與未填滿的內(nèi)殼層半徑r之比值3； 稀土金屬滿足a/r3，但原子間距太大，電子云重疊很少或不重疊，對電子自旋取向較小，常溫下為順磁。,Gd,34,二、技術(shù)磁化：鐵磁金屬在外加磁場作用下產(chǎn)生的磁化（疇壁的遷移與磁疇的旋轉(zhuǎn)）,1、起始磁化階段：對應(yīng)磁化曲線上的OA，磁化強(qiáng)度M隨外加磁場的增大緩慢增大，宏觀上表現(xiàn)為較弱的磁化強(qiáng)度，這是由于在

20、較弱的外磁場作用下，疇壁僅作較小的位移造成：銳角磁疇擴(kuò)大，鈍角磁疇減小，從而使磁體沿外場方向表現(xiàn)出磁性；疇壁的位移不大，故磁體磁化強(qiáng)度不大，且這種壁移為彈性壁移，若將外磁場減小到0，疇壁又會退回到起始位置而使磁化強(qiáng)度降為0，稱為可逆壁移,35,2、急劇磁化階段：磁化強(qiáng)度隨外磁場的增加急劇上升，主要是在外磁場的驅(qū)動下，磁疇發(fā)生了不可逆壁移及磁矩不可逆轉(zhuǎn)向；由于此時(shí)磁場驅(qū)動力足夠大，使壁移得以克服內(nèi)應(yīng)力和雜質(zhì)等阻力迅速位移，并導(dǎo)致所有鈍角磁疇瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)殇J角疇，從而使磁化強(qiáng)度劇增；由于疇壁克服較大的阻力得以遷移，即使去除外磁場，疇壁也不再退回原位，為不可逆壁移； 3、緩慢磁化并趨于磁飽和階段：磁化強(qiáng)

21、度隨外加磁場的增加而緩慢增加并趨于磁飽和，對應(yīng)的為銳角磁疇進(jìn)一步轉(zhuǎn)向外磁場方向的過程。由于磁疇轉(zhuǎn)動必須克服磁各向異性能，故磁矩轉(zhuǎn)動困難，導(dǎo)致磁化強(qiáng)度緩慢上升； 造成疇壁可逆與不可逆壁移的臨界磁場即為矯頑力。,36,37,三、磁疇壁移動的阻力及其理論模型 從技術(shù)磁化來看，疇壁移動存在阻力，因此需要外磁場做功；阻力來至于兩個(gè)方面：一是由磁體磁化所產(chǎn)生退磁場能；二是由晶體內(nèi)部的缺陷、應(yīng)力、夾雜以及組織所造成的不均勻性。后者是產(chǎn)生不可逆磁化的原因； 1、內(nèi)應(yīng)力理論：實(shí)際晶體中的晶體缺陷如空位、位錯(cuò)、間隙原子及溶質(zhì)原子等均會產(chǎn)生組織應(yīng)力；同時(shí)鐵磁體磁化過程中本生產(chǎn)生的磁致伸縮效應(yīng)，也會造成內(nèi)應(yīng)力，從而使

22、疇壁在不同位置處的表面能密度不同，應(yīng)力變化越大，矯頑力越高： ：磁疇壁厚；l：應(yīng)力分布波長；i：應(yīng)力梯度,38,2、雜質(zhì)理論 雜質(zhì)是指比基體相磁性低得多的相如弱鐵磁相、非鐵磁相和氣孔等，由于雜質(zhì)的存在使疇壁穿孔，并且雜質(zhì)越多，疇壁面積越小，所以疇壁處于雜質(zhì)穿孔多的位置時(shí)，疇壁總的自由能最低，在疇壁移動過程中由于疇壁能量的增加使其遷移過程為非自發(fā)態(tài)，因而產(chǎn)生阻力，雜質(zhì)越多、顆粒越細(xì)小，矯頑力越大； d：雜質(zhì)直徑；：雜質(zhì)體積百分?jǐn)?shù)，K1：磁晶各向異性常數(shù),39,3.6 影響金屬鐵磁性的因素,總體趨勢：凡是與自發(fā)磁化過程有關(guān)的參量如：飽和磁化強(qiáng)度（Ms）、飽和磁致伸縮系數(shù)s、磁晶各向異性常數(shù)K1、居

23、里溫度Tc均屬于組織不敏感參量，主要取決于金屬與合金的成分、原子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、組成相的性質(zhì)與相對含量，與材料的組織形態(tài)幾乎無關(guān)； 凡是與技術(shù)磁化過程有關(guān)的參量如磁導(dǎo)率、矯頑力Hc、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br為組織敏感參量，除受上述因素影響外，還受晶粒大小、第二相形狀、大小、分布以及晶體缺陷的影響。,40,一、溫度 溫度低于居里點(diǎn)時(shí)，由于溫度升高使原子的熱運(yùn)動加劇，原子磁矩?zé)o序傾向增大，導(dǎo)致Ms下降。接近居里點(diǎn)時(shí)，原子磁矩?zé)o序傾向急劇增大，因此Ms急劇降低，在居里點(diǎn)處下降為零，即鐵磁性消失，呈現(xiàn)順磁性，這是由于溫度升高，原子無規(guī)則的熱運(yùn)動加劇，逐漸削弱了自旋磁矩同向排列直至喪失自旋有序的結(jié)果。,41,

24、42,Bmax隨溫度的升高而下降，與Ms和溫度的關(guān)系基本相似。溫度對Br的影響比較復(fù)雜，-200-20區(qū)間，Br隨溫度升高而增大，但溫度繼續(xù)升高，則Br降低（與Ms線類似）； 的變化也比較復(fù)雜， 在強(qiáng)磁場中，由于溫度升高會導(dǎo)致B值降低，故隨之降低。但在較弱的磁場中，溫度升高可引起應(yīng)力松弛，有利于磁化，由此可以減小磁化過程的阻力，因此值不但沒有下降，反而隨溫度升高而增大，當(dāng)溫度接近居里點(diǎn)時(shí)，急劇下降； Hc隨著溫度的升高而下降，這是由于溫度升高會引起K和s降低以及應(yīng)力松弛所造成的(降低了壁移阻力)。,43,44,二、應(yīng)力 當(dāng)應(yīng)力的方向與金屬的磁致伸縮系數(shù)為同號時(shí)，應(yīng)力促進(jìn)磁化、反號則對磁化起阻礙

25、作用：即壓應(yīng)力有利于Ni、Co（負(fù)磁致伸縮材料）的磁化、拉應(yīng)力有利于Fe（正磁致伸縮材料）的磁化,45,46,三、形變、晶粒及雜質(zhì)的影響 形變使磁導(dǎo)率顯著降低，形變量越大，值下降顯著、Hc越高，原因在于形變引起的點(diǎn)陣畸變和內(nèi)應(yīng)力的增高使壁移阻力增大，同時(shí)內(nèi)應(yīng)力也不利于磁矩的轉(zhuǎn)動，因而磁化和退磁過程困難(再結(jié)晶退火相反）。 Br在壓縮量為58%以下時(shí)，隨壓縮量的增大急劇降低，當(dāng)壓縮量8%，Br隨加工硬化程度的增大而逐漸增高； 晶粒細(xì)化、晶界增多，磁化阻力增大，難以磁化(磁導(dǎo)率越低、矯頑力越大、磁致?lián)p耗越大）； 夾雜物固溶于鐵磁質(zhì)中會造成點(diǎn)陣扭曲，呈夾雜物存在時(shí)則使疇壁穿孔，增大疇壁移動阻力， 值

26、下降、Hc上升（間隙固溶影響置換固溶）,47,48,四、合金成分和組織的影響 （一）、形成固溶體 1、抗磁或順磁金屬（Cu、Zn、Al、Si、Sb）溶入鐵磁金屬中形成固溶體，由于溶質(zhì)原子的外層電子進(jìn)入了鐵磁金屬的d層電子，導(dǎo)致波爾磁子數(shù)減小，鐵磁金屬的飽和磁化強(qiáng)度隨溶質(zhì)濃度增加而降低；溶質(zhì)原子的原子價(jià)越高，溶質(zhì)元素給出的電子越多，磁性能下降越劇烈 2、過渡族金屬（Mn、Ir、Pt）與鐵磁金屬組成固溶體時(shí)，改變了點(diǎn)陣常數(shù)，增強(qiáng)交互作用，對自發(fā)磁化有促進(jìn)作用，當(dāng)溶質(zhì)濃度不高時(shí)，Ms增加，濃度較高時(shí)，由于溶質(zhì)原子的稀釋作用，Ms下降；,49,50,3、兩種鐵磁金屬組成固溶體時(shí)，Ms變化較為復(fù)雜； 4

27、、固溶體合金發(fā)生有序化時(shí)，Ms上升（如Ni-Mn合金形成有序度很高的Ni3Mn時(shí)，Ms達(dá)最高值（曲線2無序、曲線1為450有序化處理后）。,51,52,（二）、形成化合物 鐵磁金屬與順磁或抗磁金屬所組成的化合物和中間相（如FeZn7、Fe3Au、FeSb2等），改變了鐵磁金屬中3d層的電子交互作用，呈順磁性； 鐵磁金屬與非金屬所組成的化合物如Fe3O4、FeSi2、FeS等，由于兩相鄰原子的自旋磁矩呈反向平行排列，又沒有完全抵消，因而呈亞鐵磁性；常見的Fe3C、Fe4N屬于弱鐵磁相； （三）形成多相合金（如各相均為鐵磁相、滿足線性相加法則） Ms=Ms1V1%+Ms2V2%+,53,54,（四

28、）、鋼中組織（F、P、A、B、M、Fe3C） 其中：F、P、B、M均為強(qiáng)鐵磁相； Fe3C為弱鐵磁相； A、合金碳化物為順磁相。 隨碳含量的增加，退火、淬火態(tài)下的Ms下降，原因在于退火時(shí)弱鐵磁相Fe3C增大、淬火時(shí)順磁相殘余奧氏體量增大；矯頑力隨碳含量的增加而增加，且淬火態(tài)高于退火態(tài)，這是由于淬火形成馬氏體（共格切變）時(shí)具有很高的內(nèi)應(yīng)力。 Hc 細(xì)片狀P粗片狀P粒狀P,55,56,3.7 鐵磁性的測量（直流）,一、定量分析的磁場 實(shí)驗(yàn)證明：外加磁場的強(qiáng)度能使試樣磁化到飽和狀態(tài)時(shí)，則磁化強(qiáng)度與鐵磁相的數(shù)量成正比（滿足線性相加原則）。如不能使試樣磁化達(dá)到飽和狀態(tài)，則鐵磁相的數(shù)量與磁化強(qiáng)度之間偏離直

29、線關(guān)系而與組織因素有關(guān)，且磁場越小、偏差越大，不能完成定量分析； 要求：做定量分析的磁場強(qiáng)度應(yīng)高于48104A/m，最低不低于28104A/m,57,58,二、測量方法 1、沖擊測量法（主要用于測量Ms、磁化曲線、磁滯回線）,根據(jù)法拉第定律：電磁感應(yīng) 測試過程中由線圈N通以電流產(chǎn)生H，試樣在H作用下產(chǎn)生磁感應(yīng)B，隨電流變化、H發(fā)生變化，從而導(dǎo)致B變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（由檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)來確定大?。?59,2、熱磁儀法：通過測定試樣在均勻磁場中所受磁力矩大小來求得其磁化強(qiáng)度 精度較小，但能連續(xù)測量和自動記錄，測量速度也較快，可跟蹤測量轉(zhuǎn)變速度較快的過程，適合于測量過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的動力學(xué),60,3、感

30、應(yīng)式熱磁儀法：主要用于測定過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的開始和終了時(shí)間、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，但由于磁場強(qiáng)度不高、不能使試樣達(dá)到此飽和，故不能用于定量分析；（奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變生成鐵磁相，使差動電壓隨反應(yīng)的進(jìn)行逐步增大）,61,4、拋脫法：用于測定矯頑力 首先將試樣置于螺旋管和測量線圈中，螺旋管通以電流，使試樣磁化飽和，然后去除，試樣保留一定剩磁，然后反向通以電流，使試樣退磁，將經(jīng)過退磁的試樣迅速抽出線圈，如剩磁不為零，則測試線圈中有磁通變化，產(chǎn)生感生電動勢，檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)，如剩磁為零，則無偏轉(zhuǎn)，此時(shí)外加磁場為矯頑力。,62,3.8 鐵磁分析的應(yīng)用,一、測定淬火鋼中殘余奧氏體含量：沖擊測量法 含碳量比較高的鋼經(jīng)

31、過淬火之后，在室溫下的組織中都或多或少存在著一部分殘余奧氏體，從而影響鋼的工藝性能和機(jī)械性能。 例如：對工具鋼來說，殘余奧氏體存在可以減小淬火過程中的變形；超高強(qiáng)度鋼中，保留一定量的殘余奧氏體能顯著改善斷裂韌性；近年來研究認(rèn)為，GCrl5軸承鋼中的殘余奧氏體有利于提高接觸疲勞強(qiáng)度和壽命。,63,1、碳鋼和低合金鋼：淬火M+殘余A 在強(qiáng)磁場下，根據(jù)線性相加的原則： (Ms)試樣=(Ms)MVM%+(Ms)AVA% M體為強(qiáng)鐵磁相，A體為順磁相，則(Ms)A0 則VM%= (Ms)試樣/ (Ms)M100% VA%=1- VM%= (Ms)M- (Ms)試樣/ (Ms)M 100% 對于標(biāo)準(zhǔn)樣的要

32、求如下： 一是成分、形狀、尺寸要和待測試樣完全相同，二是要具有100的馬氏體組織。,64,2、高碳高合金鋼：淬火M+殘余A+合金碳化物 M體為強(qiáng)鐵磁相，A體、合金碳化物為順磁相，仍滿足：VM%= (Ms)試樣/ (Ms)M100% 但此時(shí)：VM%+VA%+Vcm%=100% 故VA%= (Ms)M- (Ms)試樣/ (Ms)M 100%- Vcm% 其中Vcm%可用電解萃取法或定量金相的方法確定。 理想標(biāo)樣的的熱處理工藝： A：淬火后進(jìn)行冷處理(液氮或液氦)：深冷處理 B：選用“回火標(biāo)樣”：試樣淬火后進(jìn)行某溫度的適當(dāng)時(shí)間的回火，使殘余奧氏體盡量分解為回火馬氏體。 C：對低碳鋼和低合金鋼，也可選用“鐵素體標(biāo)樣” D：采用退火試樣作標(biāo)樣,65,二、研究淬火鋼的回火：熱磁儀法 在回火過程中殘余奧氏體分解的產(chǎn)