王旭江

摘 要：經(jīng)濟社會的不斷前進發(fā)展也為科學技術的發(fā)展提供了強大的動力，而電磁技術也隨之得到了極大的發(fā)展，并且當前電磁技術不止應用在物理學之中，而且已經(jīng)廣泛應用在工業(yè)之中，在金屬材料科學與工程中的應用也正在發(fā)展優(yōu)化過程之中?；诖?，本文首先分析了電磁技術，再分析了當今電磁技術的發(fā)展方向，最后分析了電磁技術在金屬材料科學與工程中的應用，以此來供相關人士交流參考。

關鍵詞：電磁技術;金屬材料科學;工程應用

引言

電磁技術是在物理學基礎上發(fā)展而來，雖然起步較晚，但是發(fā)展非常迅猛，已經(jīng)應用到了人們生產(chǎn)生活的各個方面，對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了不小的影響。目前國內(nèi)對于電磁技術的應用相比于外國而言更加薄弱，時間更晚，但是其對于科學技術的推動起到了非常重要的作用。

一、電磁技術

電磁技術是是基于電磁熱流體力學為理論，而電磁冶金是關于材料制造與冶金的一種新興的工程學科。電磁冶金通過金屬受到的洛侖磁力來對金屬的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生改變，并且對于金屬的表面形態(tài)以及內(nèi)部流動的方式也會產(chǎn)生影響。在密閉的環(huán)境下，電磁力可以通過非接觸的方式進入到金屬的內(nèi)部，使得金屬內(nèi)部的組織性能提高，改善材料的質(zhì)量，還可以避免金屬的氧化。隨著電磁技術的發(fā)展，電磁流體力學被人們所發(fā)現(xiàn)，并將其應用于冶金生產(chǎn)過程中，并在生產(chǎn)發(fā)展之中逐步發(fā)展出了電磁懸浮熔煉、電磁攪拌等冶金技術，并且還發(fā)展到了材料制備過程中，也就是材料電磁過程[1]。

低頻電磁鑄造技術，簡稱EMC，是通過電磁感應原理來進行無模型的連續(xù)鑄造。利用低頻鑄造技術可以有效使得晶粒細化降低宏觀上的偏析，使得鑄態(tài)力學的性能顯著提升，使得鑄錠表面更加完善，可以在一定程度上減少鑄造時裂紋的產(chǎn)生。一般低頻電磁鑄造技術的鑄錠表面的偏析瘤比較稀少并且表面較為光滑，但是都會有非常淺的豎紋[2]。一般低頻電磁鑄錠的平均晶粒尺寸都很小且鑄錠都是等軸晶組織;在鑄造的過程中的形核率就會大大增加，這就使得組織可以更加細小且能夠均勻分布。

電磁懸浮熔煉技術，簡稱EML，通過線圈的交變電流來產(chǎn)生電磁場，這樣就可以產(chǎn)生感應電流，感應電流在空間之中可以產(chǎn)生電磁力使得金屬可以懸浮在空間中，同時感應電流還可以對金屬進行加熱熔化，對其進行過熱熔煉等等。電磁懸浮熔煉技術在進行加熱熔化和凝固時，都不會觸碰到熔爐的內(nèi)壁，這可以使得熔爐內(nèi)部更加清潔，避免受到污染，同時也可以增大熔爐的熔化量。合金元素與金屬粉末在燒結(jié)成為試樣以后，利用電磁作用可以使得熔化的各種材料得到充分的混合，在真空環(huán)境下進行試件的加熱熔化，能夠得到更加純凈無雜質(zhì)的材料。然而使用電磁懸浮熔煉技術依然有一些無法避免的缺陷，電磁懸浮相比其他技術而言，其效率更低并且穩(wěn)定性較差，對于溫度難以把控。并且電磁懸浮的體積比較巨大，頻率也比較高，因此其使用也受到了很大的限制，在今后的發(fā)展之中，電磁懸浮技術可以盡力往小型化的方向發(fā)展。

二、電磁技術的發(fā)展前景與方向

當前電磁技術的主要發(fā)展方向，可與材料科學與工程應用兩者結(jié)合，提高材料制造的質(zhì)量與效率，這將可以極大提升新型材料的物理性能，能夠使得新型材料的生產(chǎn)良率得到提高，這也將是未來一段時間電磁技術的主要發(fā)展方向。當前在新型材料的制備過程之中，國內(nèi)目前已經(jīng)有了此類項目的研究并且取得了一些階段性的成果，但是這些項目還并沒有轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力。但有幸的是當前已經(jīng)有越來越多該領域以及相關專業(yè)的人才已經(jīng)開始注重電磁技術的發(fā)展，許多專業(yè)技術人員都偏向于將電磁技術發(fā)展到材料科學之中。但目前在金屬材料科學中引入電磁技術我國還處于起步階段，利用電磁技術還有很大的發(fā)展空間，應用前景廣闊，但由于技術限制等諸多的因素，電磁技術利用還不能大規(guī)模展開。因此需要我們更多的相關領域的專業(yè)研究學者與技術人員共同努力，將理論進行不斷的發(fā)展并將其高效地應用到實踐之中，使其能夠更快地轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力創(chuàng)造經(jīng)濟效益，從而服務人民，造福社會。

三、電磁技術在金屬材料科學與工程中的應用

（一）電磁攪拌的應用

在金屬材料科學中應用電磁技術，其中電磁攪拌技術的應用最為廣泛。電磁攪拌技術是通過電磁感應來產(chǎn)生作用力，使其能夠?qū)σ簯B(tài)金屬做出定向的促使液態(tài)金屬能夠進行規(guī)制運動的推動力，由此來改變液態(tài)金屬的物理形態(tài)。使用電磁攪拌技術能夠利用鑄造抔來進行定型，這可以使得液態(tài)金屬的凝固過程得到極大的改良，與人工鑄件相比，能夠大大改善液態(tài)金屬的分子遷移與熱傳導能力，在凝固過程中采取電磁攪拌，使得液態(tài)金屬的凝固組織得到極大的改善[3]。電磁攪拌能夠在很大程度上提升金屬材料的品質(zhì)，并且對生產(chǎn)工具的磨損程度很小，可以顯著提升生產(chǎn)工具的使用壽命，也可以在一定程度上減輕專業(yè)工作人員你的勞動強度。目前國內(nèi)已經(jīng)有一些企業(yè)在使用電磁攪拌技術，并且取得了不小的收益，效果反響明顯。

（二）電磁制動的應用

在過去的板坯連鑄時，浸入式水口會噴出高速流動的鋼液，過快的流速會導致結(jié)晶器中鋼液形成劇烈的湍流，引發(fā)鋼液面的波動，這就會使得卷渣較多，這也會造成結(jié)晶器壁被強大的射流流股過分沖刷，造成窄面的凝固殼被熔。這些流股還具有穿透性，能夠讓一些雜質(zhì)被沖入到凝固殼之中，這也是破壞板坯質(zhì)量的重要因素之一。使用電磁制動技術可以在結(jié)晶器水口處與水口流出的鋼液方向互相垂直的一個持久穩(wěn)定的磁場，而液態(tài)金屬一般會切割磁力線來進行運動，根據(jù)歐姆定律，這就會使得液態(tài)金屬內(nèi)部出現(xiàn)電流，而電流與磁場會進行交互作用，使液態(tài)金屬內(nèi)出現(xiàn)與液態(tài)金屬流動相反的洛倫磁力。這就可以利用這種對于液態(tài)金屬流動的形式來提升鑄坯的質(zhì)量，對于操作工藝有極大的改善效果。

（三）電磁鑄造的應用

電磁鑄造技術最早源自于蘇聯(lián)，是一種無模的半連續(xù)性的鑄造技術，使用冷銅線圈感應器來束縛液態(tài)金屬立柱，使電磁力作為其支撐。在流場以及電磁場等綜合作用之下，利用電磁力將液態(tài)金屬約束成型，這也是當前全球最常見的鋁合金的鑄造方式。在感應器中接入交變電流，可以產(chǎn)生交變電磁場，當液態(tài)金屬流經(jīng)磁場時，會產(chǎn)生感應電流，感應電流與液態(tài)金屬流向相反，其與磁場相互作用可以形成向線圈中心方向的電磁力[4]。電磁力給予液態(tài)金屬支撐來使得其在感應器的內(nèi)部成型，鑄機又帶動鑄錠下移并不斷向上輸送金屬液，鑄錠會受到感應器持續(xù)的冷水噴淋，最終使得液態(tài)金屬冷卻成型。由此可見，與普通的鑄造技術相比，電磁鑄造獲得的金屬材料其組織能力更加優(yōu)良。

（四）電磁凈化的應用

電磁凈化技術是指利用磁化技術，將液態(tài)技術內(nèi)部的雜質(zhì)去除出去。具體操作是在陶瓷管內(nèi)加入規(guī)定量的金屬液體，將注入金屬液的陶瓷管放入磁場之中，利用磁場不斷的變化作用可以將金屬液體改變成與磁場變化規(guī)律相同的渦流。磁場與渦流也會互相影響，產(chǎn)生出電磁力并朝向軸心方向。一般金屬材料與非金屬材料相比擁有更好的導電性能，且一般含有雜質(zhì)的電流密度也比較小，因此電磁力對其影響也較小，此時雜質(zhì)就會在反向體積力的作用之下與電磁力的反方向進行運動，最終粘附到管壁上，此時就可以輕易將其去除。根據(jù)大量的研究，可以驗證利用高頻與高強度的磁場對于液態(tài)金屬中雜質(zhì)的去除能夠起到更好更潔凈的效果。目前國際上對于電磁凈化的分類主要分為兩大類，一是感應式凈化，二是傳導式凈化，一般兩者采取的方案都有旋轉(zhuǎn)磁場、高頻磁場、交變復合電磁場以及交變電流或是直流電等方案進行。因此在進行液態(tài)金屬凈化時，可以加大分離器的管徑并增強磁場的感應強度，這可以使得液態(tài)金屬的凈化能夠更加徹底，并確保液態(tài)金屬的凈化工作能夠順序有效的進行。

四、結(jié)束語

綜上所述，電磁技術還依然是處于一個比較新的發(fā)展階段，電磁技術在材料科學方面的應用發(fā)展還有很大的潛力值得去挖掘，相關領域還有很多具有重要意義的科學研究還未進行。在材料的研究加工生產(chǎn)之中，電磁冶金技術已經(jīng)成為了提高生產(chǎn)工藝和材料質(zhì)量的重要技術，而電磁技術所擁有的安全性能以及其優(yōu)勢是材料科學今后發(fā)展的必需技術。對于電磁技術的研究發(fā)展，我國還與國外有一定的差距，應當努力縮小差距，并且使電磁技術能夠在我國的應用更加廣泛，及時使得研究成果轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力，推動我國金屬制造行業(yè)的發(fā)展前進，并且借此來促進我國材料科學的不斷發(fā)展和進步。

參考文獻

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