材料的磁学性能

第九章材料的磁学性能

磁性材料具有能量转换、存储等功能，被广泛应用于计算机、通讯自动化、电机、仪器仪表、航空航天、农业、生物以及医疗等技术领域，是重要的功能材料。磁性不仅是磁性材料的一种使用性能，而且是许多材料的重要物理参数。了解材料的磁性，不仅对于应用和发展磁性材料是必需的，而且对于研究材料结构、相变也是重要的，因此磁性分析方法已经成为研究材料特别是金属材料的重要手段之一。

本章主要介绍材料磁性的本质、抗磁性、顺磁性及铁磁性的特点及其影响因素和磁性参数的测量与应用作。引言材料性能第九章材料的磁学性能

第一节

材料的基本磁学参量一、磁性1.磁极及其相互作用力磁体有两个磁极。两个距离为r，磁极强度分别为m1和m2的磁极间的相互作用力F为F=k（m1m2/r2）r0式中r0为r的矢量单位（有N极指向S极）；k为系数，k=1/（4πμ0），μ0=4π×10－7（H/m），为真空磁导率；m1和m2的单位为Wb。材料性能第九章材料的磁学性能

§9.1材料的基本磁学参量2.磁矩(1)原子中电子的磁矩电子循轨运动，产生轨道磁矩μl，为矢量，与电子运动的轨道平面垂直，大小为μl＝[li

(li

+1)]1/2μB(Am2)

式中:l为轨道角量子数，可取０，１，２，３……（n－１），分别代表s，p，d，f层的电子态，μB为玻尔磁子，是磁矩的最小单元，它等于μB＝eh

/(4πm)(Am2)

式中e和m分别为电子的电荷和质量，h为普朗克常数。电子自转产生自旋磁矩μS，方向平行于自旋轴，大小为

μS=2[si(si+1)]1/2μB式中:s为自旋量子数,其值为1/2.§9.1材料的基本磁学参量材料性能第九章材料的磁学性能

(2)原子、分子的磁矩

原子（分子）磁矩是电子轨道磁矩和自旋磁矩的总和。3d过渡族金属和4f稀土金属及合金的原子磁矩为

μJ=gJ

μB[J（J+1）]1/2式中：gJ=1+[J(J+1)+S(S+1)－L(L+1)]/[2J(J+1)]，gJ

为朗的（lande）因子；

J为原子总角量子数，可用洪德法则计算；S为原子总自旋量子数；L为原子总轨道量子数。

原子磁矩在磁场中的投影值是量子化的，它仅能取μJ·H=gJ

mJμB式中：mJ

为原子总角动量方向量子数或原子总磁量子数,它可取0、±1、±2、±3…±J，共2

J+1个数值。§9.1材料的基本磁学性能材料性能第九章材料的磁学性能★洪德（Hund）法则

对那些次层电子（s、p、D、f…等）未被填满电子的原子或离子，在基态下，其总角量子数J，总轨道量子数L和总自旋量子数S存在如下关系：

(1)在未填满电子的那些次电子层内，在泡利原理允许的条件下总自旋量子数S和总轨道量子数L均取最大值；

(2)次电子层填满不到一半时，原子总角量子数J=L－S；次电子层填满一半或一半以上，原子总角量子数J=L+S

。

根据洪德法则可计算基态原子或离子的磁矩。但是，洪德法则不能计算块体金属中原子或离子的磁矩。§9.1材料的基本磁学性能材料性能第九章材料的磁学性能★块体金属中的原子磁矩

对于3d金属，在大块金属中，4s电子已公有化，3d层电子成为最外层电子。晶体中原子3d电子轨道磁矩被晶场固定，不随外磁场转动，它对原子磁矩无贡献。这种现象称为轨道“冻结”。3d金属原子磁矩主要由电子的自旋磁矩来贡献。

4f金属则不同，它们的孤立离子磁矩与晶体中的离子磁矩几乎完全一致。因为在稀土金属晶体中4f电子壳层被外层的5s和5p电子壳层所屏蔽，晶场对4f电子轨道磁矩的作用甚弱或者没有作用。所以4f金属的电子轨道磁矩和自旋磁矩对原子都有贡献。§9.1材料的基本磁学性能材料性能第九章材料的磁学性能◆运动电子有磁矩，一般是轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和。◆原子核磁矩是电子磁矩的1/1836.5。◆原子中一个次电子层被排满时，这个电子层的磁矩总和为零，它对原子磁矩没有贡献。◆当原子中的电子层均被排满，则原子没有磁矩。◆只有原子中存在着未被排满的电子层时，原子才具有磁矩。这种磁矩称为原子的固有磁矩。◆当原子结合成分子或形成晶体时，它们的外层电子磁矩要发生变化，所以分子磁矩并不是单个原子磁矩的总和。结论§9.1材料的基本磁学性能材料性能第九章材料的磁学性能二、磁化1.磁场与磁场强度

磁场可由永久磁铁产生，也可由电流产生。

一个每米有N匝线圈，通以电流电流强度为i(A)的无限长螺线管中央的磁场强度为H=Ni磁场强度H的单位为安·匝/米，也可简写成安/（A/m）。

永久磁铁的磁极极强为m1时，在距离r远处产生的磁场可用单位极强（m2=1）在该处受到的作用力来定义H=F/m2=k（m1/r2）r0若m1为正极（N极），F

的方向与H的方向相同；若m1为负极（S极），F

的方向与H的方向相反。材料性能第九章材料的磁学性能§9.1材料的基本磁学性能2.磁化及磁化强度物质在磁场中原子磁矩产生有序排列，呈现出磁性的现象称为磁化。凡是能被磁场磁化的物质称为磁质或磁介质。物体磁化的程度可用所有原子固有磁矩μi矢量总和∑μi来表示。单位体积磁化后的磁矩称为磁化强度MM=∑μi/v式中：磁化强度M的单位为安/米（A/m）；v为物体体积。

磁化强度与外加磁场强度和物质本身的磁化特性有关，即M=χH

χ为磁化率（磁化系数），无量纲，它表征物质本身的磁化特性。

有时用物质单位质量的磁矩表示磁化强度，称为质量磁化强度σσ=M/d式中：d

物质的密度（kg/m2）；σ的单位为A·m2/kg。§9.1材料的基本磁学性能材料性能第九章材料的磁学性能3.磁感应强度

任何物质被磁化时，由于内部原子磁矩的有序排列，除了外磁场外还要产生一个附加磁场。在物质内部，外磁场H和附加磁场H’

的和乘以μ0

称为磁感应强度B，单位为韦伯/米2（Wb/m2）。亦即，通过物质内部磁场中某点，垂直于磁场方向单位面积的磁力线数。它与磁场强度H

的关系是B=μ0(H+H’)或B=μ0(H+M)B=μ0(1+χ)H=μ0μrH=μH式中μr为相对磁导率；μ为磁导率或导磁系数，它反应了磁感应强度B

随外磁场H变化的比率（或速率）。

§9.1材料的基本磁学性能材料性能第九章材料的磁学性能

真空磁导率μ0

与物质磁化强度M的乘积称为磁极化强度JJ=μ0

MJ有时也称为内禀磁感应强度，其单位与磁感应强度相同。4.磁化曲线

磁化强度M和磁感应强B度随外磁场H变化的曲线称为磁化曲线.有三种类型。

§9.1材料的基本磁学性能材料性能第九章材料的磁学性能HM根据磁化曲线，可以把物质分为三类：使磁场减弱的物质称为抗磁性物质；使磁场略有增强的为顺磁性物质；使磁场强烈增加的为铁磁性物质。

MH第二节

材料的抗磁性与顺磁性

一、材料抗磁性与顺磁性的物理本质材料性能第九章材料的磁学性能§9.2材料的抗磁性与顺磁性

顺磁0M抗磁H1.抗磁性材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反的称为抗磁性，χ<0。

材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩。

电子循轨运动所产生的轨道磁矩为

ml=0.5eωr2。式中：e为电子电荷；ω为电子循轨运动的角速度；r为轨道半径。电子循轨运动的受力状态如图。材料性能第九章材料的磁学性能§9.2材料的抗磁性与顺磁性

电子循轨运动时要受到一个向心力FC，当电子受到垂直于轨道平面的磁场作用时，产生一个附加力ΔFc，ΔFc称为洛伦兹力，它等于μ0eH

。当电子顺时针运动时，ΔFc

与Fc的方向相同,使向心力增大。由ΔFc=mrω可知，向心力的增大必将导致ω增大Δω，m

必将相应增大Δm

，相反方向运动的电子同样也会增加Δm。附加磁矩Δm都与外加磁场的方向相反，故称为抗磁矩。一个电子的抗磁矩为：材料性能第九章材料的磁学性能§9.2材料的抗磁性与顺磁性

式中负号表示Δm与H的方向相反。

一个原子的抗磁矩为：

式中ri为电子运动的轨道半径在垂直于磁场方向平面上的投影。任何材料在磁场作用下都要产生抗磁性。2.顺磁性

材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相同的称为顺磁性，χ>0。材料的顺磁性主要来源于原子（离子）的固有磁矩。若施加一定的外加磁场时，由于磁矩与磁场相互作用，磁矩具有较高的静磁能为了降低静磁能，磁矩必将改变与磁场之间的夹角，于是便产生了磁化。

HH材料性能第九章材料的磁学性能§9.2材料的抗磁性与顺磁性无磁场弱磁场强磁场二、影响材料抗磁性与顺磁性的因素

1.原子结构的影响

磁场作用下电子的循轨运动要产生抗磁矩，而离子的固有磁矩则产生顺磁矩。自由电子所产生的抗磁矩远小于顺磁矩，故自由电子的主要贡献是顺磁性。材料属于哪种磁性，取决于哪种因素占主导地位。

惰性气体，它们的原子磁矩为零，在外磁场作用下只能产生抗磁磁矩，是典型的抗磁性物质。

非金属材料，当它们形成分子时，由于共价键的作用，使外层电子被填满，它们的分子就不具有固有磁矩。绝大多数非金属都是抗磁性物质，只有氧和石墨是顺磁性物质。材料性能第九章材料的磁学性能§9.2材料的抗磁性与顺磁性金属是由点阵的离子和自由电子所构成的，电子运动产生抗磁磁矩，离子和自由电子产生顺磁磁矩。自由电子所引起的顺磁性是比较小的，当内层电子未被填满，自旋磁矩未被抵消时，才可能产生较强的顺磁性。

Cu、Ag、Au、Cd、Hg等，它们的离子所产生的抗磁性大于自由电子的顺磁性，因此是抗磁性的。

碱金属都是顺磁性的。碱土金属（除Be外）也都是顺磁性的。稀土金属4f层和5d层没有填满，顺磁性较强，磁化率较大。

Ti、V、Cr、Mn等过渡元素3d层未被填满，呈强烈的顺磁性或铁磁性。

材料性能第九章材料的磁学性能§9.2材料的抗磁性与顺磁性2.温度的影响

温度对抗磁性一般没有什么影响，但当金属熔化、凝固、同素异构转变以及形成化合物时，使抗磁磁化率发生变化。温度对顺磁性影响很大，顺磁物质原子的磁化率与温度的关系，一般通过居里定律来表示χ

＝c/T式中c

是居里常数，它等于nμB2/3k，这里n是单位体积里的原子数，k是玻耳兹曼常数；T是绝对温度，μB是原子磁矩。更适用的是居里—外斯定律χ＝C’/(T+Δ)

式中C’是常数，Δ对某一种物质也是常数，其值可大于0和小于0。铁磁性物质在居里点以上是顺磁性的，其磁化率大致服从居里—外斯定律，这时的Δ为-θ，θ表示居里温度。

材料性能第九章材料的磁学性能§9.2材料的抗磁性与顺磁性3.相变及组织转变的影响

材料发生同素异构转变，由于晶格类型及原子间距发生了变化，会影响电子运动状态而导致磁化率的变化。例如，正方晶格的白锡转变为金刚石结构的灰锡时，磁化率明显变化。但影响的规律比较复杂。

加工硬化使金属的原子间距增大而密度减小，从而使材料的抗磁性减弱。例如，当高度加工硬化时，铜可以由抗磁变为顺磁。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。材料性能第九章材料的磁学性能§9.2材料的抗磁性与顺磁性4.合金成分与组织的影响

固溶体合金的磁化率因原子之间结合的改变而有较明显的变化。由弱磁化率的两种金属组成固溶体时，其磁化率和成份按接近于直线的平滑曲线变化，如Al-Cu合金的α固溶体等。由抗磁金属为溶剂，强顺磁金属（或铁磁金属）为溶质形成固溶体时，情况则比较复杂。当固溶体合金有序化时，由于溶剂、溶质原子呈现有规则的交替排列，使原子之间结合力随之改变，因而导致合金磁化率发生明显变化。

中间相（金属化合物），其磁化率将发生突变。如，当Cu-Zn合金形成中间相Cu3Zn5（电子化合物γ-相）时，具有很高的抗磁磁化率，这是由于γ-相的相结构中自由电子数减少了，几乎无固有原子磁矩，所以是抗磁性的。

两相合金，在两相区范围内，其磁化率随成分的变化呈直线关系。

§9.2材料的抗磁性与顺磁性材料性能第九章材料的磁学性能三、抗磁与顺磁磁化率的测量及应用

1.用磁称法测量磁化率由于抗磁与顺磁磁化率都很小，所以要用较灵敏测量方法，通常采用磁称法进行测量。材料性能第九章材料的磁学性能§9.2材料的抗磁性与顺磁性2.抗磁与顺磁分析的应用

磁性分析在材料科学中有着广泛的应用，特别是对于金属材料，合金的磁化率取决于其成分、组织和结构状态。可以通过磁化率的变化来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。这对于研究有色金属及合金显得更为重要。

材料性能第九章材料的磁学性能§9.2材料的抗磁性与顺磁性图9-7Al-Cu合金的磁化系数与成份和淬火温度的关系Al-Cu合金的磁化系数与成份和淬火温度的关系第三节

材料的铁磁性一、铁磁材料的原子组态和原子磁矩铁磁性材料在外加磁场的作用下，可以产生很强的磁化，其磁化矢量与外加磁场的方向一致,但它与顺磁金属的磁化特性有显著的不同，这是由铁磁材料的原子组态所决定的。

铁磁性来源于原子未被抵消的自旋磁矩和自发磁化。

过渡族金属的3d层都未被电子填满，因此这些金属原子都有剩余的自旋磁矩。

FeCoNi原子外层电子分布

3d24s23d74s23d84s2d层电子填充规律

↑↓↑↑↑↑↑↓↑↓↑↑↑↑↓↑↓↑↓↑↑未抵消自旋数

432材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性二、自发磁化在没有外磁场的情况下，材料发生的磁化称为自发磁化。金属内部的自发磁化是由于电子间的相互作用产生的。当两个原子相接近时，它们的3d层和4s层的电子可以相互交换位置，迫使相邻原子自旋磁矩产生有序排列。因交换作用所产生的附加能量称为交换能，用Eex表示Eex＝-2AS1·S2=-2AS2cosφ

式中A为交换能积分常数；S1与S2分别是两个电子的自旋动量矩矢量；φ是两个自旋动量矩夹角，S是S1与S2的模，因S1与S2是同类电子，所以它们的模相等。

电子能否相互交换位置，取决于A值。材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性

★自发磁化的条件

A＞0，当φ＝0、cosφ＝1时Eex为最低值，即只有当自旋磁矩同向排列时才具备能量最低的条件。

A＜0，则φ=π、cosφ＝-1时，Eex才等于最低的负值，即自旋磁矩反向排列时能量最低。材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性交换能常数A与a/r之间的关系A为原子间距，r为未填满壳层的原子半径。a/r>3时，A>0。a/r<3时，A<0。三、磁各向异性与磁致伸缩1.磁晶各向异性

当铁磁物质磁化时，沿不同方向磁化所产生的磁化强度不同，即沿不同方向磁化所消耗的磁化功不同。这说明磁化矢量（MS）在不同晶向上有不同的能量，MS沿易磁化方向时能量最低，沿难磁化方向时能量最高。磁化强度沿不同晶轴方向的不同称为磁晶的各向异性能。材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性2.磁致伸缩效应

铁磁物质磁化时，沿磁化方向发生长度的伸长或缩短的现象称为磁致伸缩效应。可用磁致伸缩系数λ表示：λ＝Δl/l式中l

为铁磁体的原始长度，Δl

为伸长量。

λ＞0,称为正磁致伸缩，如铁；λ＜0，称为负磁致伸缩，如镍。

当磁化强度达到饱和值MS时，λ＝λS，λS称为饱和磁致伸缩系数。对于一定的材料，λS是一个常数。对λS＞0的材料进行磁化时，若沿磁场方向加以拉应力，则有利于磁化，而加压应力则阻碍其磁化。对λS＜0的材料，则情况相反。

λ也具有各向异性。

材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性四、磁畴及其结构

在铁磁性物质中，存在着许多微小自发磁化区域，称为“磁畴”。磁畴的尺寸大小和其形状结构受着多种能量因素制约，如退磁能和磁致伸缩能。

退磁能是指由于铁磁体产生的外磁场与内磁场的方向相反，限制自旋磁矩的同向排列，使铁磁体的磁性减弱，而增加的磁化能。晶体分为两个反向磁化区（磁畴），则可使退磁能大大降低，当形成封闭磁畴时可使退磁能降为零。材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性★磁畴壁结构

相邻磁畴的交界处原子自旋磁矩的排列不可能直接呈反向平行式，可能的情况是在两相反磁畴之间形成一个过渡层，通常称为磁畴壁。畴壁内自旋磁矩的方向从一个磁畴逐渐过渡到另一个磁畴畴壁的自旋磁矩却偏离了晶体的易磁化方向，由此导致各向异性能增高。畴壁的自旋磁矩却偏离了晶体的易磁化方向，由此导致各向异性能增高。材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性★实际的磁畴壁

畴壁的自旋磁矩偏离了晶体的易磁化方向，由此导致各向异性能增高。此外还由于磁致伸缩的变化使弹性能升高，所以形成畴壁需要一定的能量。畴壁的总能量与磁畴壁的面积有关，畴壁面积越大，能量越高。而磁畴越小，磁畴壁面积就越大。当磁畴变小使磁致伸缩能减小的数量和畴壁形成所需要的能量相等时，即达到了能量最小的稳定闭合磁畴组态。在没有外磁场时，通常磁畴呈细小扁平的薄片状或细长的棱柱状，大小约为10-6mm3，磁化矢量指向易磁化方向。在多晶体中，一个晶粒内可有数个磁畴。在磁场的作用下磁畴的大小和方向都可能发生变化。§9.3材料的铁磁性材料性能第九章材料的磁学性能五、磁化曲线与磁滞回线曲线可分为三个部分：1.在微弱的外磁场中，磁感应强度B和磁化强度M均随外磁场强度H的增大缓慢上升,磁化可逆;2.外磁场强度H增大，B和M急剧增高，μ快速增长，并出现极大值μm，此阶段的磁化是不可逆的，即去掉磁场仍保持部分磁化3.H再进一步增大，B和M增大的趋势逐渐变缓，磁导率趋向于μ0。0123材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性当磁场强度达到HS时，M便达到饱和值，即H再继续增大时，M不再变化。M饱和值称为饱和磁化强度MS

，相对应的B称为饱和磁感应强度BS。

磁滞回线

磁化达到饱和后，再逐渐减小H的强度，M将随之减小。当H=0时，磁感应强度并不等于零，而是保留一定大小的数值，这就是铁磁金属的剩磁现象。要使M值继续减小，必须加反向磁场-H，当H等于一定值HC时，M值才等于零。HC为去掉剩磁的临界外磁场，称为矫顽力。磁感应强度的变化总是落后于磁场强度的变化，这种现象称为磁滞应，它是铁磁材料的重要特性之一。由于磁滞效应的存在，磁化一周得到一个闭合回线，称为磁滞回线，回线所包围的面积相当于磁化一周所产生的能量损耗，称为磁滞损耗。

HHm-Hc§9.3材料的铁磁性材料性能第九章材料的磁学性能

磁滞回线中，第二象限部分也称为退磁曲线，从中可求出最大磁能积(BH)m=Bd·Hd

、隆起度（凸出系数）γ=(BH)m/Br·Hc

回复系数tgα=ΔB/ΔH等，这些都是永磁材料的重要参数。D材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性根据材料磁滞回线的形状，可将磁性材料分为软磁材料和硬磁材料。软磁材料的磁滞回线瘦小，具有高µm与低HC等特性。通常用作电磁铁、变压器铁心、磁记忆存储材料等。硬磁材料的磁滞回线肥大，具有高HC

、Br、(BH)m等特性。材料被外磁场磁化后，去掉外磁场仍能保持较强的剩磁，又称永磁材料。六、铁磁材料的技术磁化

铁磁材料在外加磁场的作用下所产生的磁化称为技术磁化。

1.技术磁化过程

cef材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性磁化曲线分为三个阶段，对应着三种不同的磁化过程：

0-a

磁畴壁移动。与磁场成锐角的磁畴扩大，而与磁场成钝角的磁畴缩小，表现出微弱的磁化。

a-c

磁畴壁的跃迁。进入不可逆转磁化阶段。

c-e

磁畴的可逆转动。磁畴转动很困难，磁化强度上升缓慢。2.磁畴壁移动的阻力

磁畴壁移动存在着阻力，因此需要由外磁场做功。阻力来自两个方面：一是由磁体磁化所产生的退磁场能、二是由晶体内部的缺陷，应力、以及组织所造成的不均匀性。γabxxab材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性(1)应力理论晶体中有内应力，畴壁应处于低应力的区域。畴壁的位移就会导致比表面能的升高，畴壁移动需克服阻力。畴壁移动后处于新的较低的能谷位置，要使畴壁退回到x0位置，必须施加反向的外磁场，以克服回程的阻力。这就是矫顽力的产生。。2.杂质理论

无外磁场时，畴壁如果位于杂质分布处，则畴壁被杂质穿孔而减少了总面积，使总畴壁能低而稳定，如图中的O位置。

OabHMM材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性外磁场足够大，畴壁脱离杂质处于新的稳定位置。欲使畴壁再回到原来位置，则必须施加反向磁场,产生矫顽力。

当外磁场作用时，畴壁脱离杂质，畴壁面积增加,总的畴壁能升高，脱离了畴壁的杂质会出现自由磁极而使退磁能升高。以两项能上量的升高，均构成畴壁的位移阻力。外磁场作用较小时，畴壁成弯弓状；七、影响铁磁性参数的因素1.温度

温度升高使铁磁性的饱和磁化强度MS下降，当温度达到居里点时MS降至零，使铁磁材料变为顺磁性。温度升高也使饱和磁感应强度BS、剩余磁感应强度Br和矫顽力HC减小。2.形变和晶粒度

冷塑性变形会使组织敏感的铁磁性发生变化。随着形变度的增加，导磁率μm减小而矫顽力HC增高。冷塑性变形不影响饱和磁化强度MS

。成形变织构和再结晶织构，则磁性会呈现明显的方向性。当硅钢片在再结晶退火后形成〈100〉{001}的立方织构时，沿轧制方向和垂直轧制方向均为易磁化方向，因而能获得最优良的磁性，所以立方织构是最理想的织构。

材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性

晶粒大小和冷塑性变形的影响相似。晶界处原子排列不规则，晶界附近位错密度也较高，造成点阵畸变和应力场，阻碍畴壁的移动和转动。晶粒越细，相对晶界影响区越大，从而使磁导率越低，矫顽力越高。例如，很纯并经过真空退火的纯铁，当晶粒直径分别为6.3、0.6、0.1mm时，磁导率μm分别为8200、6970、4090(亨/米)。3．形成固溶体及多相合金铁磁性金属溶入抗磁或弱顺磁性元素时，固溶体的饱和磁化强度MS随溶质组元含量的增加而降低。溶入强顺磁性元素时，溶质组元含量较低时使MS增加，含量高时则使MS降低。铁磁性金属间形成固溶体时，其饱和磁化强度通常随成分单调连续变化。

§9.3材料的铁磁性材料性能第九章材料的磁学性能

三种纯铁磁金属饱和磁化强度MS的大小依次为Fe、Co、Ni。所以在Fe-Ni系中，具有体心立方的α相和具有面心立方的γ相，都是随Ni含量的增高而使MS连续降低。在Ni-Co系中，从体心立方的Ni基固溶体到密排六方的Co基固溶体，都是随着Co含量增加而使MS连续升高。但是，在Fe-Co系中的体心立方α固溶体中出现特殊情况，即先随Co含量增加MS升高，而后MS

随Co含量增加而降低，其最大值出现在30％Co原子浓度时，MS达到2×106A/m，大于纯铁的MS，所以FeCo30是目前具有最高饱和磁化强度的合金。

非铁磁性元素间也可能形成铁磁性固溶体。以Mn、Cr为基形成某些固溶体时，由于其交换积分A变为正值而呈铁磁性。Mn与As、Bi、B、C、H、N、P、S、Sn、O、Pt及Cr与Te、Pt、O、S组成固溶体时便是这种情况。

材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性

◆对于铁磁金属中溶入碳、氮、氧等元素而形成间隙固溶体时，由于点阵畸变造成应力场，随着溶质原子浓度的增加，HC增加而μ、Br降低。

材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性◆铁磁性金属与顺磁性和抗磁性金属形成的化合物是顺磁性，而与非金属元素形成的化合物，如FeSi2、Fe3O4、Fe3S、Fe3C、Fe4N等是铁磁性的。

◆在多相合金中，合金饱和磁化强度MS是由各组成相的饱和磁化强度以及它们的相对量所决定

MS＝Ms1P1+Ms2P2+……+MsnPn

式中Ms1、Ms2…Msn为各组成相的饱和磁化强度；P1、P2…Pn为各相的体积百分数。。九、铁磁性的测量与应用

1.磁化曲线和磁滞回线的测量+-W1

冲击法测磁原理图

材料性能第九章材料的磁学性能§9.3材料的铁磁性在环形试样T上绕上磁化线圈W1（匝数为N1），用于产生较强的磁化磁场。在试样上同时绕制测量线圈W2(匝数为N2)，用于产生感应电动势。线圈W1连接直流电源，线圈W2则串联冲击检流计组成测量回路。当W1中通以电流I1时，则产生的磁场为：

H=N1I1/l式中l为试样的中心周长。

当在短时间内，磁场从零增大到一定值H时，