顺磁性
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顺磁性材料 • 在具有未成对电子的原子、分子或离子中,由于存在未成
对电子的轨道运动和自旋运动而具有磁矩,这种性质称为 顺磁性,具有顺磁性的物质称为顺磁体。
•
顺磁体的主要特征是:不论外加磁场是否存在,原子内部 存在永久磁矩。 顺磁体宏观无磁性,在外磁场作用下,磁矩可以规则取向, 物质显示极弱的磁性。顺磁体的磁化强度为正,且M严格 与外磁场H成正比。 顺磁体的磁化率小,一般为10-5。含有奇数个电子的原子 或电子未填满壳层的原子或离子,如过渡族元素、稀土元 素及铝铂等金属,都属于顺磁性物质。
Thank you !
当形成两相合金时,在两相区范围内,其磁化பைடு நூலகம்随 成分的变化呈直线关系。
磁化率随合金成分变化规律
顺磁分析的应用 合金的磁化率取决于其成分、组织和结构状态。从磁化率变 化的特点可以分析合金组织的变化,以及这些变化与温度和 成分之间的关系。这种分析在测定铝合金的固溶度曲线和研究铝合金
的时效等问题中应用取得了良好的结果。
<13.2℃
白锡
灰锡
• 加工硬化对金属的抗磁性影响也很明 显。加工硬化使金属的原子间距增大 而密度减小,从而使铜和锌的抗磁性 变弱。当高度加工硬化时,铜可以由 抗磁金属变为顺磁。退火与加工硬化 的作用相反,能使铜的抗磁性重新得 到恢复。
4.合金成分与组织的影响 合金由不同元素和形式组成时对磁性会有很大的影响, 形成固溶体合金时磁化率因原子之间结合的改变而有较明显 的变化。通常,由弱磁化率的Cu,Ag,Al,Mg两种金属组成固 溶体时,其磁化率和成分按接近于直线的平滑曲线变化。 若强顺磁性过渡族金属溶于Cu、Ag或Au中,合金磁化率 的变化比较复杂。如Cu-Pd和Ag-Pd两种合金,当含ωpd低于30 %时,由于钯的d层被传导电子填满,离子的固有磁矩变为零。 因此随着钯含量的增多,导致合金的抗磁磁化率减小。
•
•
顺磁性
顺磁性物质主要源于原子内部存在永久(固有)磁矩。 在没有外加磁场时,原子的固有磁矩呈无序状态,宏观上 无磁性;当施加一定的弱外加磁场,由于磁矩与磁场的相 互作用,磁矩具有较高的静磁能,产生磁化;随着磁场增 强磁化不断增强,使原子磁矩与外加磁场方向一致。
(a)
(b)
(c)
顺磁磁化过程示意图
O3的结构
• 碱金属 碱金属的电子层由惰性气体电子层加上一个s电子组成。 按照洪特定则它们在基态下有磁矩,这个磁矩提供很强的 磁化率,因此碱金属是顺磁性的。
• 碱土金属(Be除外) 碱土金属有两个s电子,因此其电子层饱和,但是它们属 于金属,因此拥有自由电子。除铍外其自由电子导致的顺 磁性强于抗磁性,因此它们均是弱顺磁性物质。
2.温度的影响
温度对顺磁性的影响很大 一部分物质x=C/T, 另一部分物质x=C′/(T+△) 可以说,顺磁物质的磁化是磁场克服原子和分子热 运动的干扰,使原子磁矩排向磁场方向的结果
(a)
(b)
3.相变及组织转变的影响 当材料发生同素异构转变时,晶格类型及原子间距 发生变化,会影响电子运动状态而导致磁化率的变化。 当材料发生其他相变时,也会影响磁化率,影响的规律 比较复杂。 具有正方点阵结构的白锡转变为具有金刚石结构的灰 锡,即由顺磁转变为抗磁。转变后锡在很大程度上已经失 去金属固有的特性,这与转变后原子间距增大,结合电子 增加而自由电子的数量变少有关。
(2)研究铝合金的分解 对于顺磁性合金,可以通过磁化曲线 的改变研究其分解的情况。 由于淬火状态铜和铝形成了过饱和固溶 体,铜的抗磁作用对铝的顺磁影响较大 ,使合金的顺磁磁化率显著降低。退火 状态的合金中,有94%的铜以CuAl2相的 形式存在,组织不变,因此铜对铝的顺 磁性影响较小 ,只是受到温度的影响。 当温度达到500℃,淬火与退火试样的曲线重合, Al-Cu合金淬火与退火状态 表明过饱和固溶体分解完成,得到稳定的平衡 磁化率与温度的关系 组织。 这个方法适于用来研究铝合金时效不同阶段的情况,对于研究 奥氏体钢与铸铁也较多,可以测出奥氏体钢中的微量铁素体。 测定磁化率还可以用于研究材料有序无序转变、同素异构转变 与确定再结晶温度等。
Cu-Pd、Ag-Pd固溶体合金的磁化率
合金形成中间相(金属化合物)时,其磁化率将发生突变。 中间相结构中由于自由电子数减少,几乎无固有原子磁矩, 所以中间相的抗磁性很高。
形成中间相时,由于生成了化学键和共价键, 从而影响了自由电子的顺磁性,于是简单金 属正离子的抗磁性便充分地显示出来,使合 金的抗磁性增强,并在磁化率和成分的关系 曲线上出现极值。例如,Cu-Zn合金中出现 电子化合物г相Cu3Zn5时,合金的抗磁磁化 率达到最大值。从图中曲线可以看到,由于 液态合金仍保留着部分化学键的作用,所以 对应于 г相成分的合金液态时的抗磁磁化率 也比较大。 Cu-Zn合金的磁化率
(a)无磁场 (b)弱磁场 (c)强磁场
影响材料顺磁性的因素
1.原子结构的影响 • 氧与臭氧分子是具有顺磁性的单质分子,O2分子中存在两 个三电子派键,导致了其顺磁性。 • 常见的非金属顺磁物质有氧气、臭氧、一氧化氮、含掺杂 原子的半导体{掺磷(P)或砷(As)的硅(Si)}、由辐照产生位 错和缺陷的物质等。
Ra
7S2
• 稀土金属 稀土金属是制造磁铁时最重要的合金物质,原因是稀土金 属不饱和的电子层不是最外部的电子层,而是内部的电子 层(f层),因此它们对于原子的化学性能没有影响。几 乎所有的稀土金属是顺磁性的,但是其磁化率不同。通过 它们合金可以成为非常强的磁铁。 • 金属Cu、Ag、Au、Cd、Hg 这类金属的离子所产生的抗磁性大于自由电子的顺磁性, 表现为抗磁性。 • Ti、V、Cr、Mn的过渡元素 Ti 3d24s2 ; V 3d34s2; Cr 3d54s1; Mn 3d54s2 3d层未被填满,自旋磁矩未被抵消,因而产生强烈的顺磁 性。
(1)确定合金相图中的最大溶解度曲线 原理:单相固溶体的顺磁性与 两相混合组织的顺磁性不同, 且混合物的顺磁性与合金成分 之间呈直线关系的规律。
Al-Cu合金的磁化系数与 直线b是退火试样测得的结果,它所对应的组织是 成分和淬火温度的关系 以铝为基的固溶体和CuAl2相的混合物,随着铜含 量的增多,CuAl2相的数量随之增多。曲线bf所对应的组织是铜与铝所组成的单 相固溶体。据计算,在合金固溶体中一个铜原子可影响14~15个铝原子的顺磁 性。因此,与两相混合物相比,它的磁化率随着含铜量的增加,迅速地降低。
对电子的轨道运动和自旋运动而具有磁矩,这种性质称为 顺磁性,具有顺磁性的物质称为顺磁体。
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顺磁体的主要特征是:不论外加磁场是否存在,原子内部 存在永久磁矩。 顺磁体宏观无磁性,在外磁场作用下,磁矩可以规则取向, 物质显示极弱的磁性。顺磁体的磁化强度为正,且M严格 与外磁场H成正比。 顺磁体的磁化率小,一般为10-5。含有奇数个电子的原子 或电子未填满壳层的原子或离子,如过渡族元素、稀土元 素及铝铂等金属,都属于顺磁性物质。
Thank you !
当形成两相合金时,在两相区范围内,其磁化பைடு நூலகம்随 成分的变化呈直线关系。
磁化率随合金成分变化规律
顺磁分析的应用 合金的磁化率取决于其成分、组织和结构状态。从磁化率变 化的特点可以分析合金组织的变化,以及这些变化与温度和 成分之间的关系。这种分析在测定铝合金的固溶度曲线和研究铝合金
的时效等问题中应用取得了良好的结果。
<13.2℃
白锡
灰锡
• 加工硬化对金属的抗磁性影响也很明 显。加工硬化使金属的原子间距增大 而密度减小,从而使铜和锌的抗磁性 变弱。当高度加工硬化时,铜可以由 抗磁金属变为顺磁。退火与加工硬化 的作用相反,能使铜的抗磁性重新得 到恢复。
4.合金成分与组织的影响 合金由不同元素和形式组成时对磁性会有很大的影响, 形成固溶体合金时磁化率因原子之间结合的改变而有较明显 的变化。通常,由弱磁化率的Cu,Ag,Al,Mg两种金属组成固 溶体时,其磁化率和成分按接近于直线的平滑曲线变化。 若强顺磁性过渡族金属溶于Cu、Ag或Au中,合金磁化率 的变化比较复杂。如Cu-Pd和Ag-Pd两种合金,当含ωpd低于30 %时,由于钯的d层被传导电子填满,离子的固有磁矩变为零。 因此随着钯含量的增多,导致合金的抗磁磁化率减小。
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顺磁性
顺磁性物质主要源于原子内部存在永久(固有)磁矩。 在没有外加磁场时,原子的固有磁矩呈无序状态,宏观上 无磁性;当施加一定的弱外加磁场,由于磁矩与磁场的相 互作用,磁矩具有较高的静磁能,产生磁化;随着磁场增 强磁化不断增强,使原子磁矩与外加磁场方向一致。
(a)
(b)
(c)
顺磁磁化过程示意图
O3的结构
• 碱金属 碱金属的电子层由惰性气体电子层加上一个s电子组成。 按照洪特定则它们在基态下有磁矩,这个磁矩提供很强的 磁化率,因此碱金属是顺磁性的。
• 碱土金属(Be除外) 碱土金属有两个s电子,因此其电子层饱和,但是它们属 于金属,因此拥有自由电子。除铍外其自由电子导致的顺 磁性强于抗磁性,因此它们均是弱顺磁性物质。
2.温度的影响
温度对顺磁性的影响很大 一部分物质x=C/T, 另一部分物质x=C′/(T+△) 可以说,顺磁物质的磁化是磁场克服原子和分子热 运动的干扰,使原子磁矩排向磁场方向的结果
(a)
(b)
3.相变及组织转变的影响 当材料发生同素异构转变时,晶格类型及原子间距 发生变化,会影响电子运动状态而导致磁化率的变化。 当材料发生其他相变时,也会影响磁化率,影响的规律 比较复杂。 具有正方点阵结构的白锡转变为具有金刚石结构的灰 锡,即由顺磁转变为抗磁。转变后锡在很大程度上已经失 去金属固有的特性,这与转变后原子间距增大,结合电子 增加而自由电子的数量变少有关。
(2)研究铝合金的分解 对于顺磁性合金,可以通过磁化曲线 的改变研究其分解的情况。 由于淬火状态铜和铝形成了过饱和固溶 体,铜的抗磁作用对铝的顺磁影响较大 ,使合金的顺磁磁化率显著降低。退火 状态的合金中,有94%的铜以CuAl2相的 形式存在,组织不变,因此铜对铝的顺 磁性影响较小 ,只是受到温度的影响。 当温度达到500℃,淬火与退火试样的曲线重合, Al-Cu合金淬火与退火状态 表明过饱和固溶体分解完成,得到稳定的平衡 磁化率与温度的关系 组织。 这个方法适于用来研究铝合金时效不同阶段的情况,对于研究 奥氏体钢与铸铁也较多,可以测出奥氏体钢中的微量铁素体。 测定磁化率还可以用于研究材料有序无序转变、同素异构转变 与确定再结晶温度等。
Cu-Pd、Ag-Pd固溶体合金的磁化率
合金形成中间相(金属化合物)时,其磁化率将发生突变。 中间相结构中由于自由电子数减少,几乎无固有原子磁矩, 所以中间相的抗磁性很高。
形成中间相时,由于生成了化学键和共价键, 从而影响了自由电子的顺磁性,于是简单金 属正离子的抗磁性便充分地显示出来,使合 金的抗磁性增强,并在磁化率和成分的关系 曲线上出现极值。例如,Cu-Zn合金中出现 电子化合物г相Cu3Zn5时,合金的抗磁磁化 率达到最大值。从图中曲线可以看到,由于 液态合金仍保留着部分化学键的作用,所以 对应于 г相成分的合金液态时的抗磁磁化率 也比较大。 Cu-Zn合金的磁化率
(a)无磁场 (b)弱磁场 (c)强磁场
影响材料顺磁性的因素
1.原子结构的影响 • 氧与臭氧分子是具有顺磁性的单质分子,O2分子中存在两 个三电子派键,导致了其顺磁性。 • 常见的非金属顺磁物质有氧气、臭氧、一氧化氮、含掺杂 原子的半导体{掺磷(P)或砷(As)的硅(Si)}、由辐照产生位 错和缺陷的物质等。
Ra
7S2
• 稀土金属 稀土金属是制造磁铁时最重要的合金物质,原因是稀土金 属不饱和的电子层不是最外部的电子层,而是内部的电子 层(f层),因此它们对于原子的化学性能没有影响。几 乎所有的稀土金属是顺磁性的,但是其磁化率不同。通过 它们合金可以成为非常强的磁铁。 • 金属Cu、Ag、Au、Cd、Hg 这类金属的离子所产生的抗磁性大于自由电子的顺磁性, 表现为抗磁性。 • Ti、V、Cr、Mn的过渡元素 Ti 3d24s2 ; V 3d34s2; Cr 3d54s1; Mn 3d54s2 3d层未被填满,自旋磁矩未被抵消,因而产生强烈的顺磁 性。
(1)确定合金相图中的最大溶解度曲线 原理:单相固溶体的顺磁性与 两相混合组织的顺磁性不同, 且混合物的顺磁性与合金成分 之间呈直线关系的规律。
Al-Cu合金的磁化系数与 直线b是退火试样测得的结果,它所对应的组织是 成分和淬火温度的关系 以铝为基的固溶体和CuAl2相的混合物,随着铜含 量的增多,CuAl2相的数量随之增多。曲线bf所对应的组织是铜与铝所组成的单 相固溶体。据计算,在合金固溶体中一个铜原子可影响14~15个铝原子的顺磁 性。因此,与两相混合物相比,它的磁化率随着含铜量的增加,迅速地降低。