真空冶金技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用

潘友發(fā)，胡 沙

（商丘陽(yáng)光鋁材有限公司，河南商丘 476000）

真空冶金技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用

潘友發(fā)，胡 沙

（商丘陽(yáng)光鋁材有限公司，河南商丘 476000）

冶金業(yè)歷史悠久，我國(guó)早在商朝奴隸制社會(huì)就具備了冶煉青銅合金的能力，并在漢朝開始使用鐵器，隨著冶金業(yè)的不斷發(fā)展、各行業(yè)對(duì)金屬產(chǎn)品需求的不斷加大，其技術(shù)也在不斷提升，真空冶金技術(shù)在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生，其具有較好的可控性、環(huán)保能力，可以為部分特殊行業(yè)提供所需金屬，探討真空冶金技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，有利于該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣。

真空冶金技術(shù)；可控性；開發(fā)；應(yīng)用

真空冶金技術(shù)在稀有金屬、特種合金方面的應(yīng)用十分廣泛，其最大特色是可以在低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下進(jìn)行冶金作業(yè)，完成標(biāo)準(zhǔn)大氣中無法進(jìn)行的冶金工作，標(biāo)準(zhǔn)大氣中金屬氧化的情況被有效避免，金屬中的雜質(zhì)、氣體被更有效的清除，金屬中碳的脫氧能力也得到加強(qiáng)，金屬和合金的質(zhì)量總體提升了，針對(duì)真空冶金技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行談?wù)?，有利于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

1 真空冶金技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 任何增容反應(yīng)都可以對(duì)真空冶金技術(shù)產(chǎn)生有利影響

由于真空冶金技術(shù)所處的環(huán)境中，空氣的壓力低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，因此任何增容反應(yīng)都會(huì)對(duì)真空冶金技術(shù)產(chǎn)生有利的影響，比如通過添加氧化劑，可以將有關(guān)金屬的氧化物被還原為固態(tài)金屬或者液態(tài)金屬，在真空條件下，這一過程會(huì)被加快，所需反應(yīng)的溫度也被降低。需要注意的是，真空并非是指完全真空，在目前的技術(shù)條件下，完全真空很難實(shí)現(xiàn)，而且也并非冶金工業(yè)的必須條件[1]。

1.2 有效避免了大氣環(huán)境中金屬的氧化問題

在真空狀態(tài)下，氧氣的含量少于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，具體數(shù)值是由技術(shù)決定的，通常來說，真空營(yíng)造技術(shù)越好，空氣就越稀薄，氧氣的含量也越少，在對(duì)金屬進(jìn)行冶煉時(shí)，氧氣和金屬的化學(xué)反應(yīng)也就越弱，這使正常環(huán)境下金屬的氧化問題得到了一定程度的抑制，同時(shí)，一些其他活性較強(qiáng)氣體的含量也得到了降低。

1.3 較為環(huán)保

傳統(tǒng)冶金的必要條件是燃料的使用，燃料燃燒時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生一些硫化氣體、二氧化碳等，對(duì)大氣造成不利影響，在真空環(huán)境下，只要在冶煉空間內(nèi)進(jìn)行相關(guān)工作即可，降低了對(duì)燃料的依賴，有害氣體排放量因此得到控制，環(huán)保水平提到了提升[2]。

2 真空冶金技術(shù)的開發(fā)過程和未來應(yīng)用趨勢(shì)

2.1 真空冶金技術(shù)的開發(fā)過程

真空冶金技術(shù)的開發(fā)，普遍被認(rèn)為源于德國(guó)，著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)使人們對(duì)真空有了更深的認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家進(jìn)行了鋼材在真空環(huán)境下的澆鑄實(shí)驗(yàn)，試圖通過真空環(huán)境的優(yōu)勢(shì)消除氣泡和裂紋，但受限于真空空間制造水平，該實(shí)驗(yàn)沒有獲得有價(jià)值的成果。1874年，麥克勞德制造出了壓縮真空計(jì)，一定程度上推動(dòng)了真空技術(shù)的發(fā)展，但當(dāng)時(shí)的冶金工作者沒有將真空技術(shù)應(yīng)用于冶金領(lǐng)域。

2.2 真空冶金技術(shù)的未來應(yīng)用趨勢(shì)

真空冶金技術(shù)的未來應(yīng)用，將呈現(xiàn)出應(yīng)用密閉性加強(qiáng)、應(yīng)用流程簡(jiǎn)單化、應(yīng)用過程智能化三個(gè)特征[3]。

目前的真空冶金技術(shù)中，營(yíng)造的真空環(huán)境依然存在密閉性不強(qiáng)的問題，表面上看，密閉性不會(huì)對(duì)冶金過程產(chǎn)生較大影響，但需要注意的是，空氣遵循的是高壓不斷向低壓流動(dòng)的原理，直到范圍內(nèi)氣壓達(dá)到平衡，這即是說，只要真空空間和空間之外存在著空氣壓差和流動(dòng)的通道，密閉空間外的空氣就會(huì)不斷向密閉空間內(nèi)流動(dòng)，而冶金過程本身又會(huì)影響密閉空間內(nèi)的空氣密度，這加劇了空氣的流動(dòng)，因此在未來的真空冶金技術(shù)發(fā)展中，應(yīng)用時(shí)加強(qiáng)密閉性將是核心問題。

真空冶金技術(shù)未來應(yīng)用的另一個(gè)趨勢(shì)，是應(yīng)用智能化趨勢(shì)，在信息化時(shí)代，智能發(fā)展已經(jīng)成為各行業(yè)發(fā)展的主流，由于真空冶金技術(shù)本身對(duì)環(huán)境、技術(shù)等的要求較高，如果全程均由人員控制，其工作壓力是相對(duì)較大的，因此在真空冶金技術(shù)中應(yīng)用智能化技術(shù)成為可能，比如在密閉空間內(nèi)加裝智能監(jiān)控設(shè)備，隨時(shí)監(jiān)測(cè)空氣密度，并記錄變化、生成日志，工作人員可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)隨時(shí)了解密閉空間的狀況，進(jìn)行必要調(diào)整和針對(duì)性的加強(qiáng)[4]。

3 真空冶金技術(shù)的主要方法和應(yīng)用

3.1 真空熔煉技術(shù)和其應(yīng)用

真空熔煉技術(shù)包括真空電弧熔煉、真空感應(yīng)熔煉、真空電子束熔煉、真空電渣熔煉四種主要方式，其劃分標(biāo)準(zhǔn)是熔煉材料的不同類型。

真空電弧熔煉是指通過強(qiáng)電流對(duì)金屬進(jìn)行熔化作業(yè)，使其發(fā)生物理變化，由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，通常用于鎢、鉬、鈦等金屬。真空感應(yīng)熔煉是指通過各種頻率的感應(yīng)設(shè)備對(duì)金屬材料進(jìn)行熔煉，部分金屬?gòu)?qiáng)度較大，無法通過電弧等方式熔煉，比如高溫狀態(tài)下形成的合金和高強(qiáng)度鋼材料等，這些材料可以通過感應(yīng)設(shè)備進(jìn)行熔煉。真空電子束熔煉是指在真空環(huán)境下，運(yùn)用電力設(shè)備發(fā)射電子束，使目標(biāo)在電力動(dòng)能的作用下快速發(fā)生反應(yīng)，增加熱能，較快熔化，一般用于一些純度非常高的合金、金屬。真空電渣熔煉是指通過電力設(shè)備加快對(duì)象變化的速度，通常用于金屬的提純工作[5]。

3.2 真空蒸餾技術(shù)、真空精煉技術(shù)和其應(yīng)用

真空蒸餾技術(shù)和真空精練技術(shù)包括蒸餾分離技術(shù)和化學(xué)反應(yīng)技術(shù)兩種，以方法原理和技術(shù)手段作為劃分標(biāo)準(zhǔn)。

真空蒸餾分離技術(shù)通常用于金屬的提純工作，其原理是利用不同金屬材料和雜質(zhì)的蒸氣壓差，通過先揮發(fā)后冷凝的方式使不同金屬材料、雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)分離，通常的工業(yè)生產(chǎn)會(huì)應(yīng)用感應(yīng)爐、電阻爐或者其他密閉設(shè)備完成蒸餾?；瘜W(xué)反應(yīng)技術(shù)是利用氣體和金屬間的反應(yīng)生成新的化合物，再通過逆反應(yīng)發(fā)現(xiàn)、清除雜質(zhì)，使獲得的金屬材料純度提升，在此期間可以通過催化手段使反應(yīng)速度加快。

3.3 真空熱處理技術(shù)和其應(yīng)用

真空熱處理主要是指在真空環(huán)境下通過加熱的方式進(jìn)行冶金作業(yè)的一種技術(shù)，包括真空淬火、真空退火兩種主要形式[6]。

真空淬火是在真空環(huán)境下對(duì)金屬材料進(jìn)行加熱，使其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，再通過一些冷卻介質(zhì)對(duì)金屬材料進(jìn)行冷卻，反復(fù)進(jìn)行這一過程，可以將金屬材料中的雜質(zhì)充分去除。其基本原理和傳統(tǒng)工業(yè)中的淬火是一樣的，大部分材料都可以進(jìn)行真空淬火進(jìn)行提純。

4 總結(jié)

真空冶金技術(shù)是時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，也是社會(huì)各行業(yè)生產(chǎn)對(duì)材料要求漸趨細(xì)化、專業(yè)化的客觀需要，其具有避免冶金過程中金屬氧化、較為環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍、前景十分廣闊。了解真空冶金技術(shù)的內(nèi)容、開發(fā)，并探討其未來應(yīng)用，有利于技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

[1] 韓龍，楊斌，戴永年，等 .真空冶金技術(shù)在鋅二次資源再生中的應(yīng)用進(jìn)展 [J].真空，2008，02 ：20-22.

[2] 趙世猛，安一晨 .真空冶金技術(shù)優(yōu) 專利權(quán)人維權(quán)忙 [N].中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)，2015-06-03.

[3] 楊斌 .真空冶金提純技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望 [A].中國(guó)真空學(xué)會(huì)真空冶金專業(yè)委員會(huì)、沈陽(yáng)市真空學(xué)會(huì).第九屆真空冶金與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集 [C].中國(guó)真空學(xué)會(huì)真空冶金專業(yè)委員會(huì)、沈陽(yáng)市真空學(xué)會(huì)，2009 ：1.

[4] 戴永年 .真空冶金發(fā)展動(dòng)態(tài) [A].中國(guó)真空學(xué)會(huì) .中國(guó)真空學(xué)會(huì) 2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集 [C].中國(guó)真空學(xué)會(huì)，2008 ：1.

[5] 詹路 .破碎—分選廢棄印刷電路板混合金屬顆粒中 Pb，Zn，Cd 等重金屬的真空分離與回收 [D].上海 ：上海交通大學(xué)，2011.

[6] 劉 予 成 . 金 屬 氧 化 物 在 真 空 冶 金 中 的 行 為 研 究 [J]. 科 技 展 望，2016，（6）：36-37.

Development and Application of Vacuum Metallurgy Technology

Pan You-fa，Hu Sha

the metallurgical industry has a long history，China has the ability of smelting bronze alloy in the early Shang Dynasty slavery society，and began to use the iron in the Han Dynasty，with the continuous development of the metallurgical industry，the industry demand for metal products continues to increase，the technology is also rising，vacuum metallurgy technology came into being in this case it has good controllability，environmental protection ability，can provide the required metal for special industries，to explore the development and application of vacuum metallurgy technology，is conducive to the further development of the technology and promotion.

vacuum metallurgy technology ；controllability ；development；application

TF13

：A

：1003–6490（2017）07–0253–02

2017–05–20

潘友發(fā)（1986—），男，河南永城人，助理工程師，主要研究方向?yàn)橐苯鸸こ獭?/p>