摘要：真空冶金技術(shù)指的是在比大氣壓還小的氣壓之下展開的冶金作業(yè)，該項(xiàng)技術(shù)是在真空技術(shù)的技術(shù)上得以廣泛應(yīng)用的。在目前，真空冶金技術(shù)包含著多種熔煉方法。為了對(duì)真空冶金技術(shù)的開發(fā)歷史及應(yīng)用有進(jìn)一步了解，本文重點(diǎn)就真空冶金技術(shù)的開發(fā)及其的應(yīng)用領(lǐng)域等問(wèn)題展開分析探討，并指出該技術(shù)在今后的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：真空冶金技術(shù)種類應(yīng)用領(lǐng)域

中圖分類號(hào)：TG115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2012)03(a)-0000-00

1緒論

人類冶金早已有幾個(gè)世紀(jì)的歷史。目前，隨著冶金技術(shù)的高速發(fā)展，其經(jīng)歷了電冶金、火法冶金以及濕法冶金等冶金工藝技術(shù)的發(fā)展。在近50多年以來(lái)，隨著全球科技的進(jìn)步，部分精細(xì)化的冶金技術(shù)逐漸嶄露頭角，例如等離子冶金、真空冶金以及生物冶金等等。在19世紀(jì)80年初，美國(guó)的Roman. H. Gordm應(yīng)用真空技術(shù)對(duì)鋼水鑄件進(jìn)行處理，成品舞氣孔舞裂紋，在很大程度上提高鋼水的質(zhì)量及成品率，而且還獲得專利，這也標(biāo)志著真空技術(shù)真正用到冶金工業(yè)上。時(shí)至今日，真空冶金技術(shù)已經(jīng)從應(yīng)用鋼鐵處理到有色金屬處理，從粗金屬到高純度金屬等。與此同時(shí)，真空冶金技術(shù)還發(fā)展到真空熔煉、真空燒結(jié)、真空鍍膜以及真空提取、真空熱處理等等。

2真空冶金技術(shù)的特點(diǎn)

真空冶金技術(shù)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)，首先是對(duì)任何增容反應(yīng)均有有利的影響。由于在真空下的氣體壓力很低，對(duì)任何增容反應(yīng)均有有利影響。如：（1）還原劑將氧化物MO還原成MO凝聚態(tài)+R→RO氣態(tài)↑+M凝聚態(tài)，其中的金屬氧化物會(huì)被還原為固態(tài)金屬或者是液態(tài)金屬。（2）能將氣體G溶解成金屬，進(jìn)而放出氣體G金屬→G↑（3）MO凝聚態(tài)+R→M氣態(tài)+RO氣態(tài)↑，有關(guān)金屬的氧化物被還原為氣態(tài)的金屬。等等。真空對(duì)此類過(guò)程均是有利的，不單加快金屬反應(yīng)的速度，同時(shí)也降低反應(yīng)的溫度。其次是有少氣體參與反應(yīng)。真空中由于氣體比較稀薄,少有氣體參與反應(yīng)。在真空內(nèi)熔化金屬時(shí)，可以是氣體不會(huì)溶解,在真空內(nèi)，金屬被加熱到高溫時(shí)不易被氧化。不管是固體金屬或者液體金屬，均不會(huì)被氧化。第三，沒(méi)有污染。如果在冶煉過(guò)程中，需要高溫，也就是大于真空室壁的材料實(shí)際的軟化溫度,那么加熱系統(tǒng)需用電在爐內(nèi)做好加熱,所以真空系統(tǒng)無(wú)燃料燃燒導(dǎo)致的污染問(wèn)題。例如收塵以及對(duì)環(huán)境的污染等。第四，氣體的分子小。氧化物或者金屬在真空中容易形成氣體后，往往氣體分子小且分散。在真空之中，多原子類分子容易分解為少原子的分子，所以所生成的氣體分子十分小，粒徑為10-10米。

3真空冶金技術(shù)的開發(fā)進(jìn)程探討



真空冶金技術(shù)是在低于0.1MPa的真空，或者是超過(guò)真空（10-5～ 1.3帕）之下展開的金屬冶煉、提取以及精煉、加工等處理的一種冶金方法，其包括了條件下進(jìn)行屬的冶煉、提純、精煉和加工處理等的冶金方法，包括真空熔煉、真空燒結(jié)、真空鍍膜以及真空提取、真空熱處理等等。真空冶金技術(shù)的開發(fā)，主要是建立于真空技術(shù)的基礎(chǔ)之上，真空冶金技術(shù)的開發(fā)來(lái)源于公元前的386 ～ 324年。在1654年，德國(guó)的馬德堡市，著名工程師O．.Guerike1制成了第一臺(tái)真空泵，且用其做成了聞名于世的“馬德堡半球?qū)嶒?yàn)，從此開啟了真空冶金技術(shù)的應(yīng)用時(shí)代。在1643年，E.Torricelli采用封閉的一端玻璃管，測(cè)出了大氣壓760 mm 的汞柱高。在1865年，Bessemer通過(guò)設(shè)想，把已煉好的鋼放于真空中進(jìn)行澆注，以消除裂紋以及氣泡，可是由于技術(shù)及設(shè)備仍存在一定缺陷，導(dǎo)致無(wú)法滿足要求。在1874年，H.Mcleode 制造出壓縮真空計(jì)。在20世紀(jì)初，真空技術(shù)仍在萌芽的階段。隨著科技技術(shù)的高速發(fā)展，真空技術(shù)也得到不斷的開發(fā)應(yīng)用，特別是在部分工業(yè)生產(chǎn)中，真空技術(shù)已不斷得到進(jìn)一步的開發(fā)應(yīng)用，逐漸擴(kuò)張到冶金中，并且產(chǎn)生了真空冶金技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)得到開發(fā)是在真空的條件之下應(yīng)用的，利于金屬氣化等，且氧氣量少，在高溫之下金屬很少發(fā)生氧化,大氣和真空環(huán)境隔開，能夠有效控制相互物質(zhì)之間的交流，對(duì)環(huán)境的污染比較少。此類特點(diǎn)能夠彌補(bǔ)常壓冶金存在的各種不足之處，提高了真空冶金技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力，而且得到快速發(fā)展。在1945 年后，因宇航、自動(dòng)化以及原子等各種尖端科技的快速發(fā)展，對(duì)新工藝及新材料提出了更高的要求，使得真空焊接、真空冶煉、真空熱處理以及真空脫氣等技術(shù)也得到快速發(fā)展。于此同時(shí)出現(xiàn)了多種真空冶金方法以及設(shè)備，使得真空冶金發(fā)展成制備金屬材料的主要手段。在1960年之后，真空冶金技術(shù)得到飛速發(fā)展，各種真空冶金設(shè)備不斷革新，并拓寬了其的應(yīng)用領(lǐng)域。

4.真空冶金技術(shù)的應(yīng)用

4.1真空熔煉法

通常真空熔煉是基于真空下的進(jìn)行高溫熔煉之后的提純金屬。真空熔煉的方法具體有：（1）真空感應(yīng)熔煉，也就是應(yīng)用在真空中的中、高頻感應(yīng)爐來(lái)熔煉金屬。多是用于熔煉高強(qiáng)度鋼、超級(jí)高強(qiáng)度鋼以及高溫合金。(2)真空電弧熔煉，也就是在真空下經(jīng)強(qiáng)電流和低電壓來(lái)對(duì)熔化金屬加熱。電極一般是自損耗的，主要是用于鉬、鎢、鈦以及鉭等的熔煉。（3）電渣熔煉，也就是用于金屬的重熔提純以及熔鑄異形的鑄件。（4）電子束熔煉, 也稱為電子轟擊熔煉，也就是在高真空之下運(yùn)用一個(gè)或者以上陰極電子槍通過(guò)發(fā)射高能的電子束，將熔物料轟擊，以使電子動(dòng)能快速轉(zhuǎn)為熱能，進(jìn)而熔化爐料，且滴入冷水銅中q6skLBuths9BG5WDZKK0oi9ueoMcYOUbhI8XNM6dk=，從而凝固成錠。電子書熔煉技術(shù)通常適用于熔煉的難度高而且要求要有超高純度合金或者金屬來(lái)完成，其是一種發(fā)展前景大的熔煉方法。

4.2真空蒸餾及真空精煉

真空蒸餾及真空精煉，主要以真空蒸發(fā)技術(shù)將雜質(zhì)去除，從中提純材料。具體方法有兩種：（1）真空下蒸餾分離，在真空之下，以金屬間的蒸汽壓差別為依據(jù)，經(jīng)揮發(fā)以及冷凝來(lái)分離或者提純金屬。在工業(yè)上，一半是運(yùn)用電阻爐或者是感應(yīng)爐展開蒸餾。（2）化學(xué)遷移的反應(yīng)法，通過(guò)利用氣體和金屬間的物質(zhì)反應(yīng)來(lái)形成化合物，進(jìn)而遷移到其它部位。在發(fā)生逆反應(yīng)，從而生成純金屬和氣體產(chǎn)物。

4.3真空熱處理技術(shù)

真空熱處理技術(shù)主要是在真空條件下，對(duì)金屬進(jìn)行加熱處理的一種方法，可以使金屬的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，進(jìn)而改善其的物理性能以及化學(xué)性能。通常真空熱處理有真空淬火、真空化學(xué)處理以及真空退火幾類。其中真空淬火是基于真空之下進(jìn)行加熱，進(jìn)而在多種冷卻介質(zhì)之中進(jìn)行冷卻。二真空退火多用于難熔的金屬及合金等。真空化學(xué)熱處理通常是用于真空滲碳、真空滲鉻、真空離子滲碳等。

4.4真空鍍膜技術(shù)

真空鍍膜是基于真空之下，通過(guò)以金屬蒸氣或者是濺射，讓金屬離子或者金屬原子凝結(jié)到其他的材料上，形成所需的覆蓋層以及金屬膜。通常冶金工業(yè)是用于真空鍍鋁或或者是真空鍍錫、真空鍍鎘、不銹鋼等。

總的來(lái)說(shuō)，真空冶金技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣，最主要的是在工業(yè)領(lǐng)域，主要是因大多數(shù)的工業(yè)以及高新技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)各種材料及工藝提出很高的要求。而要生產(chǎn)高質(zhì)量的材料及工藝，必須是要借助真空的。把真空技術(shù)運(yùn)用到冶金工藝上，可以拓寬真空冶金技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。在1950年后，真空技術(shù)有了質(zhì)的發(fā)展，在1960年以后，真空冶金技術(shù)更是有了跨時(shí)代的發(fā)展，除了上述提及的幾種真空冶金技術(shù)，還有其它的冶金技術(shù)工藝，例如真空脫氣、真空燒結(jié)以及真空還原等等。如下是真空冶金技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域詳表。

5.真空冶金的發(fā)展趨向

5.1真空冶金與特種熔煉技術(shù)的發(fā)展趨向

對(duì)于傳統(tǒng)冶金，若其的某些過(guò)程適合采用真空冶金技術(shù)，可利用真空冶金技術(shù)進(jìn)行代替。其次，研制新型的真空冶金設(shè)備裝置。第三，對(duì)于部分物料，研究新型的真空冶金設(shè)備、方法以及流程等。第四，在新型的材料中，利用真空冶金加以研制。第五，在存有熔渣的條件下，積極開發(fā)真空熔煉技術(shù)。第六，不斷拓寬新型特種熔煉技術(shù)的發(fā)展領(lǐng)域，或者不斷擴(kuò)大相同特種熔煉技術(shù)的使用范圍。第七，利用數(shù)值模擬以及計(jì)算機(jī)，以加強(qiáng)控制特種冶煉的過(guò)程及質(zhì)量。第八，生產(chǎn)純高溫的特種鋼或者合金。

5.2各種新型的真空冶金技術(shù)

（1）冷坩堝的熔煉方法。冷坩堝的熔煉，亦稱感應(yīng)殼的熔煉，是由感應(yīng)渣的熔煉與懸浮的熔煉演變而成。研究這一方法的目的，是為了在無(wú)污染的條件下進(jìn)行活潑金屬與難熔金屬的熔煉。具有冷坩堝真空感應(yīng)的熔煉爐，主要由真空的熔煉爐、電磁感應(yīng)、加熱電源以及電控系統(tǒng)等組成。不論是高頻電源，還是中頻電源，均可根據(jù)爐料的重量，合理確定其的頻率。爐料的重量與其的頻率存在直接關(guān)系，爐料的重量越少，頻率就越高。而熔煉爐的坩堝，通常采用紫銅等金屬材料制造而成。對(duì)于規(guī)模較大的熔煉爐，其的殼體通常采用金屬材料加以研制，而小型的熔煉爐，則使用非金屬的殼體。熔煉爐的金屬殼體具有底注式與翻轉(zhuǎn)澆注式等兩種結(jié)構(gòu)。由于冷坩堝的熔煉特點(diǎn)具有一定的特殊性，能有效防止耐火材料的損壞及污染。在大功率熔煉的攪拌下，能有效促進(jìn)成分的均勻，尤其是促進(jìn)密度差大成分的均勻。利用這種技術(shù)進(jìn)行重熔，不僅能有效控制整個(gè)熔體的溫度，而且不會(huì)出現(xiàn)局部的過(guò)熱現(xiàn)象。在當(dāng)代生產(chǎn)工藝中，唯有在水冷結(jié)晶的容器中進(jìn)行重熔，才能具有高純度及良好凝固組織的雙重功效。目前，這種技術(shù)多用于金屬與鈦和金化合物的熔煉。

（2）真空電弧的雙電極重熔，作為一種軸細(xì)晶錠的方法，產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代的后期，是相對(duì)于真空熔煉工藝的一種新方法。另外，可用其進(jìn)行替換AR或者加工難度大的高溫合金等冶金工藝，但這種方法存在嚴(yán)重的微觀及宏觀偏析等缺點(diǎn)，對(duì)此，在真空電弧的雙電極重熔過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)研究元素與凝固特點(diǎn)的偏析行為。

（3）在當(dāng)代電子束的連續(xù)熔煉中，將熔化及精煉和后尾的凝固分離，不僅有效避免熔融金屬中不溶組分流的入鑄，而且有充足的時(shí)間進(jìn)行揮發(fā)反應(yīng)，并將剩余的殘存物及雜質(zhì)元素完全蒸發(fā)。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，合金中氮與氧的含量明顯減少。非金屬的夾雜物，能在水冷分液器的作用下去除，或者在電子束的激烈熱量下進(jìn)行分解，因此，相對(duì)于其它方法熔煉而成的合金而言，其材料的純凈度較好。電子束的渣膜熔煉，是在冷床金屬液面上產(chǎn)生相應(yīng)比例的渣膜。其中，渣膜部分，有助于降低其的揮發(fā)損失，能徹底清除雜質(zhì)。而非渣膜的部分，則有助于金屬液的脫氣，

（4）噴霧成型法具有晶粒細(xì)、偏析少的特點(diǎn),不僅能直接合成不同種形狀的材料,而且能制備一定的復(fù)合材料。

（5）高壓條件下的電渣重熔方法主要有：鋼包電渣的精煉、電渣熱的封頂、電渣的澆注、電渣的堆焊、連續(xù)電渣的渣洗、電渣表面的鍍膜以及電渣熔鑄的新突破等?？偠灾谏鲜鲂氯蹮挼墓に囍校娮邮涫业木珶挿椒?，是最有發(fā)展?jié)摿Φ木珶捁に嚕娮邮闹厝凼窍鄬?duì)于真空自耗重熔的較好重熔工藝。

6.結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著科技技術(shù)的不斷進(jìn)步，不僅要求材料具有更高的性能,而且也要求更高的冶煉水平,對(duì)此，各種新型的真空冶金方法不斷涌現(xiàn)。從液態(tài)金屬的純度提高以及鑄錠結(jié)晶的改善等兩方面著手，合理選擇真空冶金的工藝設(shè)備，依據(jù)所生產(chǎn)合金的化學(xué)成分、產(chǎn)品種類及用途等，選取最優(yōu)的冶煉工藝方案。要想獲取高純度的金屬材料，必須在使用以往真空冶金方法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用以上提到的輔助工藝對(duì)策。唯有如此，才能加以運(yùn)用真空冶金技術(shù)，以提供令人滿意的服務(wù)。

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