小議“利用渦流現象冶金的優點”

高中物理教材(人教版)選修3-2在《渦流、電磁阻尼和電磁驅動》一節中，對利用渦流冶煉金屬的優點描述為“能在真空中進行”，“能防止空氣中雜質進入金屬”。筆者以為本處敘述與事實有出入。

利用渦流現象冶煉金屬的設備叫做感應爐，根據感應加熱的電源頻率可分為工頻、中頻和高頻三種。工作原理是通過交變電流產生交變磁場，然后加到樣品之上，對樣品進行感應，產生渦電流(渦流)，從而產生焦耳熱，使樣品迅速升溫熔化。熔化了的液態金屬分子活動劇烈，不同金屬樣品分子之間充分混合或反應，形成合金或新的化合物。經過反復冶煉，得到成分均勻的合金樣品。

如果冶煉過程暴露在空氣中，金屬樣品就會被空氣氧化生成金屬氧化物。金屬氧化物又與原來的金屬樣品混合，形成合金。金屬氧化物的加入影響了金屬樣品的純度，改變了金屬樣品原有性質，所以在冶煉金屬時候，需要把爐內空氣抽出。通常操作是：先抽出冶煉爐中空氣，為了確保空氣被完全抽出，需要向爐內充入高純度惰性氣體(通常是氬氣)，與殘留的空氣混合后再次抽出，如此反復兩到三次，最后在爐內充人高純度惰性氣體(約為一個大氣壓)不再抽出，此時才可以接通電源開始冶煉金屬。所以，感應冶金是在高純惰性氣體中進行，不會從空氣中引入雜質。

感應冶金過程中，如果金屬樣品本身含有雜質，雜質分子同樣可以與金屬樣品反應而生成新的化合物，或是雜質分子嵌入金屬樣品分子間隙中，形成合金而影響金屬樣品的純度，進而改變金屬樣品的物理性質。所以，在感應爐中熔煉的金屬一般都有很高純度。金屬樣品冶煉后從爐中取出時，表面溫度仍然較高而容易被接觸的空氣氧化，此時只能在金屬表面形成氧化層。

如上所述，利用渦流冶金不是在真空中進行，雜質也不是來自于空氣。

(欄目編輯 王柏廬)