真空冶金技術的開發及應用

潘友發，胡 沙

（商丘陽光鋁材有限公司，河南商丘 476000）

真空冶金技術的開發及應用

潘友發，胡 沙

（商丘陽光鋁材有限公司，河南商丘 476000）

冶金業歷史悠久，我國早在商朝奴隸制社會就具備了冶煉青銅合金的能力，并在漢朝開始使用鐵器，隨著冶金業的不斷發展、各行業對金屬產品需求的不斷加大，其技術也在不斷提升，真空冶金技術在這種情況下應運而生，其具有較好的可控性、環保能力，可以為部分特殊行業提供所需金屬，探討真空冶金技術的開發和應用，有利于該技術的進一步發展和推廣。

真空冶金技術；可控性；開發；應用

真空冶金技術在稀有金屬、特種合金方面的應用十分廣泛，其最大特色是可以在低于標準大氣壓條件下進行冶金作業，完成標準大氣中無法進行的冶金工作，標準大氣中金屬氧化的情況被有效避免，金屬中的雜質、氣體被更有效的清除，金屬中碳的脫氧能力也得到加強，金屬和合金的質量總體提升了，針對真空冶金技術的開發和應用進行談論，有利于相關技術的發展。

1 真空冶金技術的優勢

1.1 任何增容反應都可以對真空冶金技術產生有利影響

由于真空冶金技術所處的環境中，空氣的壓力低于標準大氣壓，因此任何增容反應都會對真空冶金技術產生有利的影響，比如通過添加氧化劑，可以將有關金屬的氧化物被還原為固態金屬或者液態金屬，在真空條件下，這一過程會被加快，所需反應的溫度也被降低。需要注意的是，真空并非是指完全真空，在目前的技術條件下，完全真空很難實現，而且也并非冶金工業的必須條件[1]。

1.2 有效避免了大氣環境中金屬的氧化問題

在真空狀態下，氧氣的含量少于標準大氣壓，具體數值是由技術決定的，通常來說，真空營造技術越好，空氣就越稀薄，氧氣的含量也越少，在對金屬進行冶煉時，氧氣和金屬的化學反應也就越弱，這使正常環境下金屬的氧化問題得到了一定程度的抑制，同時，一些其他活性較強氣體的含量也得到了降低。

1.3 較為環保

傳統冶金的必要條件是燃料的使用，燃料燃燒時往往會產生一些硫化氣體、二氧化碳等，對大氣造成不利影響，在真空環境下，只要在冶煉空間內進行相關工作即可，降低了對燃料的依賴，有害氣體排放量因此得到控制，環保水平提到了提升[2]。

2 真空冶金技術的開發過程和未來應用趨勢

2.1 真空冶金技術的開發過程

真空冶金技術的開發，普遍被認為源于德國，著名的馬德堡半球實驗使人們對真空有了更深的認識，在此基礎上，科學家進行了鋼材在真空環境下的澆鑄實驗，試圖通過真空環境的優勢消除氣泡和裂紋，但受限于真空空間制造水平，該實驗沒有獲得有價值的成果。1874年，麥克勞德制造出了壓縮真空計，一定程度上推動了真空技術的發展，但當時的冶金工作者沒有將真空技術應用于冶金領域。

2.2 真空冶金技術的未來應用趨勢

真空冶金技術的未來應用，將呈現出應用密閉性加強、應用流程簡單化、應用過程智能化三個特征[3]。

目前的真空冶金技術中，營造的真空環境依然存在密閉性不強的問題，表面上看，密閉性不會對冶金過程產生較大影響，但需要注意的是，空氣遵循的是高壓不斷向低壓流動的原理，直到范圍內氣壓達到平衡，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的通道，密閉空間外的空氣就會不斷向密閉空間內流動，而冶金過程本身又會影響密閉空間內的空氣密度，這加劇了空氣的流動，因此在未來的真空冶金技術發展中，應用時加強密閉性將是核心問題。

真空冶金技術未來應用的另一個趨勢，是應用智能化趨勢，在信息化時代，智能發展已經成為各行業發展的主流，由于真空冶金技術本身對環境、技術等的要求較高，如果全程均由人員控制，其工作壓力是相對較大的，因此在真空冶金技術中應用智能化技術成為可能，比如在密閉空間內加裝智能監控設備，隨時監測空氣密度，并記錄變化、生成日志，工作人員可以根據這些數據隨時了解密閉空間的狀況，進行必要調整和針對性的加強[4]。

3 真空冶金技術的主要方法和應用

3.1 真空熔煉技術和其應用

真空熔煉技術包括真空電弧熔煉、真空感應熔煉、真空電子束熔煉、真空電渣熔煉四種主要方式，其劃分標準是熔煉材料的不同類型。

真空電弧熔煉是指通過強電流對金屬進行熔化作業，使其發生物理變化，由固態變為液態，通常用于鎢、鉬、鈦等金屬。真空感應熔煉是指通過各種頻率的感應設備對金屬材料進行熔煉，部分金屬強度較大，無法通過電弧等方式熔煉，比如高溫狀態下形成的合金和高強度鋼材料等，這些材料可以通過感應設備進行熔煉。真空電子束熔煉是指在真空環境下，運用電力設備發射電子束，使目標在電力動能的作用下快速發生反應，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備加快對象變化的速度，通常用于金屬的提純工作[5]。

3.2 真空蒸餾技術、真空精煉技術和其應用

真空蒸餾技術和真空精練技術包括蒸餾分離技術和化學反應技術兩種，以方法原理和技術手段作為劃分標準。

真空蒸餾分離技術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的蒸氣壓差，通過先揮發后冷凝的方式使不同金屬材料、雜質實現分離，通常的工業生產會應用感應爐、電阻爐或者其他密閉設備完成蒸餾。化學反應技術是利用氣體和金屬間的反應生成新的化合物，再通過逆反應發現、清除雜質，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速度加快。

3.3 真空熱處理技術和其應用

真空熱處理主要是指在真空環境下通過加熱的方式進行冶金作業的一種技術，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境下對金屬材料進行加熱，使其組織結構發生變化，再通過一些冷卻介質對金屬材料進行冷卻，反復進行這一過程，可以將金屬材料中的雜質充分去除。其基本原理和傳統工業中的淬火是一樣的，大部分材料都可以進行真空淬火進行提純。

4 總結

真空冶金技術是時代發展的產物，也是社會各行業生產對材料要求漸趨細化、專業化的客觀需要，其具有避免冶金過程中金屬氧化、較為環保等優勢，應用范圍、前景十分廣闊。了解真空冶金技術的內容、開發，并探討其未來應用，有利于技術的進一步發展。

[1] 韓龍，楊斌，戴永年，等 .真空冶金技術在鋅二次資源再生中的應用進展 [J].真空，2008，02 ：20-22.

[2] 趙世猛，安一晨 .真空冶金技術優 專利權人維權忙 [N].中國知識產權報，2015-06-03.

[3] 楊斌 .真空冶金提純技術的發展現狀及展望 [A].中國真空學會真空冶金專業委員會、沈陽市真空學會.第九屆真空冶金與表面工程學術會議論文摘要集 [C].中國真空學會真空冶金專業委員會、沈陽市真空學會，2009 ：1.

[4] 戴永年 .真空冶金發展動態 [A].中國真空學會 .中國真空學會 2008年學術年會論文摘要集 [C].中國真空學會，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，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（1986—），男，河南永城人，助理工程師，主要研究方向為冶金工程。