为什么磁铁不能在某些不锈钢上工作，如何确定不锈钢的铁磁性？

不锈钢是铁基合金，以其优异的耐腐蚀性而闻名，这主要归因于钢的铬浓度。不锈钢有几种不同类型，主要的两种类型是奥氏体和铁素体，其都表现出不同的原子排列。由于这种差异，铁素体不锈钢通常是磁性的，而奥氏体不锈钢通常不是磁性的。铁素体不锈钢的磁性归因于两个因素：它的高铁浓度和它的基本结构。

奥氏体不锈钢中的金属原子排列在面心立方（fcc）晶格上，面心立方fcc晶体的晶胞由一个立方体组成，每个立方体的八个角处都有一个原子，而在六个面的每个中心处都有一个原子。在铁素体不锈钢中，金属原子位于体心（bcc）晶格上。体心bcc晶体的晶胞是一个立方体，在八个角中的每个角处都有一个原子，在立方体的几何中心处有一个原子。在不锈钢中加入镍、锰、碳和氮等元素可以增加合金在室温下具有面心立方fcc晶体结构的可能性，铬、钼和硅使合金在室温下更有可能呈现体心bcc晶体结构。

最受欢迎的不锈钢是304型，其中包含约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体心面心立方（bcc）晶格，合金的镍浓度以及少量的锰（约1％），碳（小于0.08％）和氮（约0.06％）保持了面心立方fcc结构，因此该合金是非磁性的。如果合金在室温下机械变形，即弯曲，它将部分转变为铁素体相，并且将被部分磁性或铁磁性。

常用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，像所有铁磁性合金一样，当加热到足够高的温度，它们的居里温度，铁素体不锈钢失去铁磁性而变成顺磁性，也就是说，它们不再保留自身的磁场，而是继续被外部磁场吸引。

一块铁素体不锈钢通常是不磁化的，当受到磁场的作用时，它会被磁化，当磁场被去除时，钢仍然具有一定程度的磁化，这种行为是由钢的微观结构造成的。具体地说，铁素体钢在其自然状态下由称为磁畴的小区域组成，这些磁畴是完全磁化的，但通常每个磁畴的磁化方向是不同的，所有域的总和使这块磁矩为零，外部磁场使这些磁域定向。根据钢和应用场的不同，取向是通过特定域的选择性生长或收缩和域内的磁化旋转的组合来实现的。如果应用的磁场足够强，只要钢有足够数量的缺陷，使域不旋转、不增长或不收缩，钢就会保持相当一部分的磁化。

从根本上说，铁素体不锈钢具有铁磁性而奥氏体不锈钢没有铁磁性的原因是量子力学性质，铁磁性金属由原子组成，这些原子有不完整的内芯电子和晶体结构，导致在不完整的原子内芯形成的能带中有高密度的电子态就足够了。它具有原子间距，该间距允许与不完整的内核能级关联的能带中的电子进行交换。如果金属晶体中的原子间隔太宽，则交换效应太小而不会导致相邻原子的磁矩对准，晶体将不会显示出铁磁性。

对高密度状态的要求源于Pauli不相容原理原则，该原理禁止具有相同自旋的电子占据相同的能级。如果电子态的密度相对较小，电子将需要占据较高的能态，以使所有的电子都具有相同的自旋，如果由于占据较高能级而引起的能量增加超过由电子交换能引起的能量减少，则该结构将不具有铁磁性的。