不锈钢磁铁能吸住吗

很多人认为他们知道“磁铁能粘在什么上?”这个问题的答案或“磁铁会粘在不锈钢上吗?” 通常情况下,他们的反应是“金属”或“磁铁粘在所有金属上”。然而,这只是部分正确,因为磁铁会吸附在某些类型的金属上。例如,假设您面前有两个金属机柜,一个是铝制的,一个是钢制的。当您尝试将磁铁粘在橱柜上时,磁铁会从铝制橱柜上滑落并牢牢地粘在钢制橱柜上。

不锈钢磁铁能吸住吗

为什么磁铁对某些不锈钢不起作用?

不锈钢是铁基合金,主要以其通常优异的耐腐蚀性而闻名,这主要是由于钢的铬浓度。有几种不同类型的不锈钢。两种主要类型是奥氏体和铁素体,每一种都表现出不同的原子排列。由于这种差异,铁素体不锈钢通常具有磁性,而奥氏体不锈钢通常没有。铁素体不锈钢的磁性归功于两个因素:高浓度的铁和基本结构。

奥氏体不锈钢中的金属原子排列在面心立方 (fcc) 晶格上。fcc 晶体的晶胞由一个立方体组成,该立方体的八个角各有一个原子,六个面的中心各有一个原子。然而,在铁素体不锈钢中,金属原子位于体心 (bcc) 晶格上。bcc 晶体的晶胞是一个立方体,八个角的每个角都有一个原子,立方体的几何中心有一个原子。将不锈钢与镍、锰、碳和氮等元素合金化会增加合金在室温下具有 fcc 晶体结构的可能性。铬、钼和硅使合金更有可能在室温下呈现 bcc 晶体结构。

最受欢迎的不锈钢是 304 型,它含有大约 18% 的铬和 8% 的镍。在室温下,304不锈钢的热力学稳定晶体结构为bcc;尽管如此,合金的镍浓度以及少量锰(约 1%)、碳(小于 0.08%)和氮(约 0.06%)仍保持 fcc 结构,因此该合金是非磁性的。如果合金在室温下发生机械变形,即弯曲,它将部分转变为铁素体相,并且将部分具有磁性,或者更准确地称为铁磁性。

流行的铁素体不锈钢是含 13% 至 18% 铬的铁铬二元合金。这些合金在室温下是铁磁性的。像所有铁磁合金一样,当加热到足够高的温度时——它们的居里温度——铁素体不锈钢失去铁磁性并变成顺磁性——也就是说,它们不保留自己的磁场,而是继续被外部磁场吸引.

一块铁素体不锈钢通常是未磁化的。然而,当受到磁场作用时,它会被磁化,而当这个施加的磁场被移除时,钢在一定程度上保持磁化。这种行为是钢的微观结构的结果。具体而言,铁素体钢在其自然状态下由称为磁畴的小区域组成,这些区域被完全磁化,但通常每个磁畴的磁化方向不同。结果,所有磁畴的总和使工件的磁矩为零。外部磁场定向这些磁畴。根据钢和施加的场,定向是通过特定域的选择性生长或收缩以及域内磁化旋转的组合来实现的。

从根本上说,铁素体不锈钢具有铁磁性而奥氏体不锈钢不具有铁磁性的原因本质上是量子力学的。可以说铁磁金属由原子组成,这些原子具有不完整的电子内核和晶体结构,导致不完整的原子内核形成的能带中的高密度电子态。它还具有原子间距,允许在与不完整内核水平相关的能带中的电子之间进行交换效应。如果金属晶体中的原子间距太宽,交换效应太小,导致相邻原子的磁矩排列不齐,晶体就不会表现出铁磁性。高密度状态的要求源于泡利不相容原理。该原理禁止自旋相同的电子占据相同的能级。因此,如果电子态的密度相对较小,则电子将需要占据更高的能态,以便所有电子都具有相同的自旋。如果占据较高能级导致的能量增加超过电子交换能量导致的能量减少,则该结构将不是铁磁性的。