刘　斌，张　威，杨茗涵，张　强

(沈阳工业大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳　110870)

0　引言

残余应力是材料生产和加工过程中不可避免的，属于材料的内部应力(固有应力)，在材料的使用过程当中，这些残余应力与外部的疲劳载荷叠加在一起，从而影响材料的磁性能和机械性能。金属磁记忆(MMM)作为一种新兴的无损检测方法可以有效的检测金属构件的应力集中区域。该方法在管道、锅炉、钢轨等领域已有较成功的应用[1-4]。

文中运用量子力学相关理论分析了铁磁材料磁性的来源，并采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法，计算了晶体磁性能随载荷作用的定量变化关系，分析了金属构件应力集中区域表面漏磁信号的变化特征，为金属检测技术的深入研究提供了一种新的方法。

1　磁记忆效应的微观原理

根据量子理论，原子中满壳层电子的总磁矩为零，对原子的固有磁矩没有贡献，只有未满壳层中的电子才能产生净磁矩。

电子运动的轨道磁矩和自旋磁矩为：

(1)

(2)

(3)

式中：l为轨道角度动量；s为自旋角度动量。

gs通过实验测定，通常取gs=2，不至于有明显误差。若原子未满壳层中只有1个电子，则原子磁矩为：

(4)

式中：j为原子的总角动量，j=l+s.

(5)

式中：g为兰德因子。

由式(5)两端点乘J之后得到，即：

(6)

原子角动量的关系有：

(7)

(8)

在微观世界里，角动量都是量子化的，所以有：

L2=L(L+1)h2

(9)

S2=S(S+1)h2

(10)

J2=J(J+1)h2

(11)

(12)

所以原子净磁矩为

(13)

式中：μB为玻尔磁子，是原子磁矩的天然单位。

原子内的原子磁矩来源于未满壳层的电子自旋，电子轨道运动处于基态，对磁性没有贡献。……