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1、现代分析物性分析1第1页，本讲稿共20页5.1 磁性及其物理本质磁性及其物理本质 若在真空中造成一个磁场，然后在磁场中放入一种物质，无论放入什么物若在真空中造成一个磁场，然后在磁场中放入一种物质，无论放入什么物质，都会使物质的空间磁场发生变化。例如：质，都会使物质的空间磁场发生变化。例如：Fe使磁场强烈地增加使磁场强烈地增加铁磁性铁磁性 Cu则使磁场减弱则使磁场减弱抗磁性抗磁性 空气使磁场略有增加空气使磁场略有增加铁磁性铁磁性 物质在磁场中由于受磁场的作用表现出一定的磁性，这种现象称为磁化。物质在磁场中由于受磁场的作用表现出一定的磁性，这种现象称为磁化。把能磁化的物质称为磁介质，实际上包括空气
2、在内的所有物质都是磁介质。把能磁化的物质称为磁介质，实际上包括空气在内的所有物质都是磁介质。材料现代分析技术2第2页，本讲稿共20页一、磁性原理一、磁性原理1.电子轨道磁矩电子轨道磁矩产生：电子绕原子核作轨道运动，可看作是一个闭合电流，将产生一个产生：电子绕原子核作轨道运动，可看作是一个闭合电流，将产生一个磁矩。磁矩。大小：大小：材料现代分析技术3第3页，本讲稿共20页2.电子自旋磁矩电子自旋磁矩产生：电子的自旋运动产生：电子的自旋运动大小：大小：材料现代分析技术4第4页，本讲稿共20页3.原子的总磁矩原子的总磁矩 很小，为电子磁矩的很小，为电子磁矩的1/2000,通常不考虑。通常不考虑。对于
3、单原子：一个电子层排满，总磁矩为零；对于单原子：一个电子层排满，总磁矩为零；电子层未被排满，总磁矩不为零电子层未被排满，总磁矩不为零对于分子：因原子结合成分子时外层电子磁矩要变化，分子磁矩对于分子：因原子结合成分子时外层电子磁矩要变化，分子磁矩不是各单原子磁矩的总和。不是各单原子磁矩的总和。材料现代分析技术5第5页，本讲稿共20页二、磁性基本参数二、磁性基本参数1.磁矩：表示磁性的强弱磁矩：表示磁性的强弱2.磁场强度磁场强度3.磁化强度磁化强度4.磁感应强度磁感应强度5.磁化率磁化率材料现代分析技术6第6页，本讲稿共20页5.2 抗磁性与顺磁性抗磁性与顺磁性 所有物质、任何状态下、任何条件下都
4、显示或强所有物质、任何状态下、任何条件下都显示或强或弱的磁性。或弱的磁性。按物质磁性的不同特征，可分为抗磁性、顺磁性、按物质磁性的不同特征，可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性等五类。本节讨论抗磁铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性等五类。本节讨论抗磁性和顺磁性。性和顺磁性。材料现代分析技术7第7页，本讲稿共20页一、抗磁性一、抗磁性 1.定义：也称逆磁性或反磁性，被磁场所排斥的物质定义：也称逆磁性或反磁性，被磁场所排斥的物质具有抗磁性，其磁化率具有抗磁性，其磁化率小于零。小于零。惰性气体是典型的抗磁性物质，此外还有离子型惰性气体是典型的抗磁性物质，此外还有离子型晶体、大部分有机物、一些金属
5、（晶体、大部分有机物、一些金属（Cu、Ag、Pb）。）。材料现代分析技术8第8页，本讲稿共20页2.抗磁性产生原因抗磁性产生原因 抗磁性物质电子层已填满电子，其轨道磁矩和自旋磁抗磁性物质电子层已填满电子，其轨道磁矩和自旋磁矩互相抵消，在没有磁场作用下，原子磁矩等于矩互相抵消，在没有磁场作用下，原子磁矩等于零。零。在外磁场作用下，电子轨道回路产生一个附加感应电在外磁场作用下，电子轨道回路产生一个附加感应电流，这一附加感生电流的磁矩方向与外磁场方向相反。流，这一附加感生电流的磁矩方向与外磁场方向相反。抗磁性是由于电子在轨道运动中产生的，而任何物质抗磁性是由于电子在轨道运动中产生的，而任何物质都存在
6、电子的轨道运动，故任何物质在外加磁场作用下都都存在电子的轨道运动，故任何物质在外加磁场作用下都要产生抗磁性。只有抗磁性大于顺磁性的物质才成为抗磁要产生抗磁性。只有抗磁性大于顺磁性的物质才成为抗磁性物质。性物质。材料现代分析技术9第9页，本讲稿共20页二、顺磁性二、顺磁性 1.定义：磁化率定义：磁化率大于零的物质大于零的物质 2.产生原因：产生原因：顺磁性物质的单个原子是有磁矩的，由于热振动，原子磁顺磁性物质的单个原子是有磁矩的，由于热振动，原子磁矩混乱分布，此时物质的总磁矩为零。矩混乱分布，此时物质的总磁矩为零。在外磁场作用下，原子磁矩排向磁场方向，总磁矩在外磁场作用下，原子磁矩排向磁场方向，
7、总磁矩大于零。大于零。顺磁性物质：顺磁性物质：O、Pt、Pd、稀土、稀土、Fe、Co、Ni等等材料现代分析技术10第10页，本讲稿共20页三、物质的抗磁性与顺磁性三、物质的抗磁性与顺磁性 1.非金属除非金属除O、石墨外都是抗磁性的、石墨外都是抗磁性的 2.金属中金属中Cu、Ag、Au、Cd、Hg等是抗磁性的等是抗磁性的 3.所有的碱金属，除所有的碱金属，除B外都是顺磁性的外都是顺磁性的 4.三价金属也是顺磁性的，如三价金属也是顺磁性的，如Al、Se、La 5.稀土金属顺磁性较强，磁化率较大稀土金属顺磁性较强，磁化率较大 6.过渡族元素具有强烈的顺磁性，如过渡族元素具有强烈的顺磁性，如Ti、V、
8、Cr、Mn等等材料现代分析技术11第11页，本讲稿共20页四、影响抗磁性与顺磁性的因素四、影响抗磁性与顺磁性的因素 1.温度温度 温度本身影响不大，但当温度引起相变化时将使抗磁温度本身影响不大，但当温度引起相变化时将使抗磁磁化率发生变化。磁化率发生变化。2.塑性变形塑性变形 塑变使原子间距增大，密度减小，造成抗磁性减小塑变使原子间距增大，密度减小，造成抗磁性减小（如（如Cu、Zn）。在高度加工硬化下，）。在高度加工硬化下，Cu由抗磁性转变为由抗磁性转变为顺磁性。顺磁性。材料现代分析技术12第12页，本讲稿共20页 3.晶粒度晶粒度 细化晶粒可使铋、锑、硒、碲的抗磁性减小，高度细细化晶粒可使铋、
9、锑、硒、碲的抗磁性减小，高度细化时可由抗磁性转变为顺磁性化时可由抗磁性转变为顺磁性 综上所述，各种破坏晶体完整性的因素均使抗磁性综上所述，各种破坏晶体完整性的因素均使抗磁性下降。下降。4.相结构与组织相结构与组织 影响规律复杂影响规律复杂材料现代分析技术13第13页，本讲稿共20页5.3 铁磁性铁磁性一、磁化曲线与磁滞回线一、磁化曲线与磁滞回线 铁磁性：由于热运动的作用，顺磁性物质的原子磁矩铁磁性：由于热运动的作用，顺磁性物质的原子磁矩取向混乱（磁无序）。取向混乱（磁无序）。而铁磁性物质由于静电交互作用，在一定范围内而铁磁性物质由于静电交互作用，在一定范围内相邻原子磁矩平行取向（磁有序）。相邻
10、原子磁矩平行取向（磁有序）。磁化曲线和磁滞回线是表示铁磁性的最基本曲线。磁化曲线和磁滞回线是表示铁磁性的最基本曲线。材料现代分析技术14第14页，本讲稿共20页材料现代分析技术15第15页，本讲稿共20页二、铁磁性测量方法二、铁磁性测量方法1、冲击测量法、冲击测量法 将试样迅速投将试样迅速投入或抽出磁极间入或抽出磁极间隙，如果试样中隙，如果试样中有铁磁相，测量有铁磁相，测量线圈中的磁通量线圈中的磁通量将发生变化。将发生变化。试样的饱和磁化强度：试样的饱和磁化强度：材料现代分析技术1-待测试样 2-支架 3-电磁铁的极头 4-测量线圈 5-冲击检流仪 6-加热炉 7-铜管16第16页，本讲稿共2
11、0页2、热磁仪法、热磁仪法起始态，试样与磁场夹角起始态，试样与磁场夹角为为0 0；在磁场作用下，铁磁性试样在磁场作用下，铁磁性试样将产生一个力矩，使将产生一个力矩，使试样向磁场方向转动，试样向磁场方向转动，夹角为夹角为1 1；磁化强度磁化强度：材料现代分析技术1-灯尺 2-光源 3-弹簧 4-反射镜 5-支杆 6-磁极 7-试样17第17页，本讲稿共20页5.5 磁性分析应用磁性分析应用 磁性分析在研究金属中应用广泛。典型的应用如研磁性分析在研究金属中应用广泛。典型的应用如研究合金的成分、相和点阵结构、应力状态、组织转变等究合金的成分、相和点阵结构、应力状态、组织转变等方面。方面。材料现代分析
12、技术18第18页，本讲稿共20页一、测定钢中残余奥氏体含量一、测定钢中残余奥氏体含量各种钢经淬火后，在室温组织中或多或少存在残余奥氏体。残各种钢经淬火后，在室温组织中或多或少存在残余奥氏体。残奥数量的多少与钢的成分、淬火加热温度、保温时间、淬火奥数量的多少与钢的成分、淬火加热温度、保温时间、淬火冷却速度等有关。残奥的存在对材料的工艺性和力学性能有冷却速度等有关。残奥的存在对材料的工艺性和力学性能有极为重要的影响。极为重要的影响。思路：用冲击法测试样的饱和磁化强度，根据饱和磁化强度与马思路：用冲击法测试样的饱和磁化强度，根据饱和磁化强度与马氏体量成正比求出马氏体量，扣除之后即得奥氏体量。氏体量成正比求出马氏体量，扣除之后即得奥氏体量。材料现代分析技术19第19页，本讲稿共20页二、研究钢的回火二、研究钢的回火钢淬火后回火，将产生马氏体分解、钢淬火后回火，将产生马氏体分解、奥氏体分解、碳化物析出长大等奥氏体分解、碳化物析出长大等过程，均伴随着磁性的变化。由过程，均伴随着磁性的变化。由此可根据磁化强度变化分析回火此可根据磁化强度变化分析回火转变的进程。转变的进程。材料现代分析技术20第20页，本讲稿共20页