真空冶金技术的开发及应用

潘友发，胡 沙

（商丘阳光铝材有限公司，河南商丘 476000）

真空冶金技术的开发及应用

潘友发，胡 沙

（商丘阳光铝材有限公司，河南商丘 476000）

冶金业历史悠久，我国早在商朝奴隶制社会就具备了冶炼青铜合金的能力，并在汉朝开始使用铁器，随着冶金业的不断发展、各行业对金属产品需求的不断加大，其技术也在不断提升，真空冶金技术在这种情况下应运而生，其具有较好的可控性、环保能力，可以为部分特殊行业提供所需金属，探讨真空冶金技术的开发和应用，有利于该技术的进一步发展和推广。

真空冶金技术；可控性；开发；应用

真空冶金技术在稀有金属、特种合金方面的应用十分广泛，其最大特色是可以在低于标准大气压条件下进行冶金作业，完成标准大气中无法进行的冶金工作，标准大气中金属氧化的情况被有效避免，金属中的杂质、气体被更有效的清除，金属中碳的脱氧能力也得到加强，金属和合金的质量总体提升了，针对真空冶金技术的开发和应用进行谈论，有利于相关技术的发展。

1 真空冶金技术的优势

1.1 任何增容反应都可以对真空冶金技术产生有利影响

由于真空冶金技术所处的环境中，空气的压力低于标准大气压，因此任何增容反应都会对真空冶金技术产生有利的影响，比如通过添加氧化剂，可以将有关金属的氧化物被还原为固态金属或者液态金属，在真空条件下，这一过程会被加快，所需反应的温度也被降低。需要注意的是，真空并非是指完全真空，在目前的技术条件下，完全真空很难实现，而且也并非冶金工业的必须条件[1]。

1.2 有效避免了大气环境中金属的氧化问题

在真空状态下，氧气的含量少于标准大气压，具体数值是由技术决定的，通常来说，真空营造技术越好，空气就越稀薄，氧气的含量也越少，在对金属进行冶炼时，氧气和金属的化学反应也就越弱，这使正常环境下金属的氧化问题得到了一定程度的抑制，同时，一些其他活性较强气体的含量也得到了降低。

1.3 较为环保

传统冶金的必要条件是燃料的使用，燃料燃烧时往往会产生一些硫化气体、二氧化碳等，对大气造成不利影响，在真空环境下，只要在冶炼空间内进行相关工作即可，降低了对燃料的依赖，有害气体排放量因此得到控制，环保水平提到了提升[2]。

2 真空冶金技术的开发过程和未来应用趋势

2.1 真空冶金技术的开发过程

真空冶金技术的开发，普遍被认为源于德国，著名的马德堡半球实验使人们对真空有了更深的认识，在此基础上，科学家进行了钢材在真空环境下的浇铸实验，试图通过真空环境的优势消除气泡和裂纹，但受限于真空空间制造水平，该实验没有获得有价值的成果。1874年，麦克劳德制造出了压缩真空计，一定程度上推动了真空技术的发展，但当时的冶金工作者没有将真空技术应用于冶金领域。

2.2 真空冶金技术的未来应用趋势

真空冶金技术的未来应用，将呈现出应用密闭性加强、应用流程简单化、应用过程智能化三个特征[3]。

目前的真空冶金技术中，营造的真空环境依然存在密闭性不强的问题，表面上看，密闭性不会对冶金过程产生较大影响，但需要注意的是，空气遵循的是高压不断向低压流动的原理，直到范围内气压达到平衡，这即是说，只要真空空间和空间之外存在着空气压差和流动的通道，密闭空间外的空气就会不断向密闭空间内流动，而冶金过程本身又会影响密闭空间内的空气密度，这加剧了空气的流动，因此在未来的真空冶金技术发展中，应用时加强密闭性将是核心问题。

真空冶金技术未来应用的另一个趋势，是应用智能化趋势，在信息化时代，智能发展已经成为各行业发展的主流，由于真空冶金技术本身对环境、技术等的要求较高，如果全程均由人员控制，其工作压力是相对较大的，因此在真空冶金技术中应用智能化技术成为可能，比如在密闭空间内加装智能监控设备，随时监测空气密度，并记录变化、生成日志，工作人员可以根据这些数据随时了解密闭空间的状况，进行必要调整和针对性的加强[4]。

3 真空冶金技术的主要方法和应用

3.1 真空熔炼技术和其应用

真空熔炼技术包括真空电弧熔炼、真空感应熔炼、真空电子束熔炼、真空电渣熔炼四种主要方式，其划分标准是熔炼材料的不同类型。

真空电弧熔炼是指通过强电流对金属进行熔化作业，使其发生物理变化，由固态变为液态，通常用于钨、钼、钛等金属。真空感应熔炼是指通过各种频率的感应设备对金属材料进行熔炼，部分金属强度较大，无法通过电弧等方式熔炼，比如高温状态下形成的合金和高强度钢材料等，这些材料可以通过感应设备进行熔炼。真空电子束熔炼是指在真空环境下，运用电力设备发射电子束，使目标在电力动能的作用下快速发生反应，增加热能，较快熔化，一般用于一些纯度非常高的合金、金属。真空电渣熔炼是指通过电力设备加快对象变化的速度，通常用于金属的提纯工作[5]。

3.2 真空蒸馏技术、真空精炼技术和其应用

真空蒸馏技术和真空精练技术包括蒸馏分离技术和化学反应技术两种，以方法原理和技术手段作为划分标准。

真空蒸馏分离技术通常用于金属的提纯工作，其原理是利用不同金属材料和杂质的蒸气压差，通过先挥发后冷凝的方式使不同金属材料、杂质实现分离，通常的工业生产会应用感应炉、电阻炉或者其他密闭设备完成蒸馏。化学反应技术是利用气体和金属间的反应生成新的化合物，再通过逆反应发现、清除杂质，使获得的金属材料纯度提升，在此期间可以通过催化手段使反应速度加快。

3.3 真空热处理技术和其应用

真空热处理主要是指在真空环境下通过加热的方式进行冶金作业的一种技术，包括真空淬火、真空退火两种主要形式[6]。

真空淬火是在真空环境下对金属材料进行加热，使其组织结构发生变化，再通过一些冷却介质对金属材料进行冷却，反复进行这一过程，可以将金属材料中的杂质充分去除。其基本原理和传统工业中的淬火是一样的，大部分材料都可以进行真空淬火进行提纯。

4 总结

真空冶金技术是时代发展的产物，也是社会各行业生产对材料要求渐趋细化、专业化的客观需要，其具有避免冶金过程中金属氧化、较为环保等优势，应用范围、前景十分广阔。了解真空冶金技术的内容、开发，并探讨其未来应用，有利于技术的进一步发展。

[1] 韩龙，杨斌，戴永年，等 .真空冶金技术在锌二次资源再生中的应用进展 [J].真空，2008，02 ：20-22.

[2] 赵世猛，安一晨 .真空冶金技术优 专利权人维权忙 [N].中国知识产权报，2015-06-03.

[3] 杨斌 .真空冶金提纯技术的发展现状及展望 [A].中国真空学会真空冶金专业委员会、沈阳市真空学会.第九届真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集 [C].中国真空学会真空冶金专业委员会、沈阳市真空学会，2009 ：1.

[4] 戴永年 .真空冶金发展动态 [A].中国真空学会 .中国真空学会 2008年学术年会论文摘要集 [C].中国真空学会，2008 ：1.

[5] 詹路 .破碎—分选废弃印刷电路板混合金属颗粒中 Pb，Zn，Cd 等重金属的真空分离与回收 [D].上海 ：上海交通大学，2011.

[6] 刘 予 成 . 金 属 氧 化 物 在 真 空 冶 金 中 的 行 为 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

潘友发（1986—），男，河南永城人，助理工程师，主要研究方向为冶金工程。