顺磁性

(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。
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。
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。
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。
当形成两相合金时，在两相区范围内，其磁化率随 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。
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
(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。
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。
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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。
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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
(a)无磁场 (b)弱磁场 (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。