电磁冶金技术分类

电磁冶金技术分类

电磁场的力效应和热效应可以赋予材料高密度能量，且施加方法简单.易控制。因此电磁治金技术具有高效、清洁、可控性好等优点，迄今为止已有很多电磁治金技术被提出、研究、应用和发展。在电磁冶金技术中使用的电磁场主要包括时变磁场、静磁场、电场、复合场，本节将从这以方面分类介绍电磁场的作用效果及相对应的电磁冶金技术。面。

1.2.1时变磁场治金技术

时变磁场是指强度和方同随时间按照定规律发生变化的场。时变磁场分为交变磁场和脉冲磁场：场强与时间的函数满足正弦波规则的为交变磁场，满足脉冲性质的则为脉冲磁场。时变磁场不仅具有加热和驱动作用，也表现出形状控制、振荡、悬浮等功能，应用广泛。

1.交变磁场

般情况下通入交流电的电磁线圈会产：交变磁场，交变磁场应用于冶金技术主要基于以下三种作用形式：焦耳热效应、形状控制作用、驱动（搅拌）作用。这儿种作用效果是同时有在的，但由于电源参数和材料物性不同，每种作用效果有所差别。

焦耳热效应：在线圈内通入交流电流后。在其内部激发出交变磁场，根据法拉第电磁感应定律。处-线圈内的工件《导电物质）中会感出满电流，利用沟电流的焦耳热效应可加热工件，这种加热技术称为电磁感应加热。出于集肤效应，工件表面首先被迅速加热，之后通过热

传导使工件内部被加热，根据使用频举不同，感应加热可分为上频（50Hz）、中频（50Hz~10kHz）、高额（l0kHz以F），另外，感应加热具有升温速度快、加热温度高等优点.可应用于金属表面热处理、熔炼、焊接、热装配、热拆卸等。

形状控制作用：根据法拉第电微感应定，周期变化的磁场会在液态金属内部生成感应电流，该感应电流和外加磁场相互作用产生电磁力（洛伦兹力）。由于集肤效应，该力：要集中在液态金属的集肤层厚度内，液态金属表面向内部呈指数规律衰减。当施加磁场频率很高时.集肤层岸度与熔体的尺寸相比非常小.可认为电磁力集中在液态金属表面，可以将它视为·种作用于表面的电磁压力。利用该电磁压力可以非接触控制液态金属的形状。当金属所受电磁力与静压力相平衡时就可以实现白出忌浮而不与坩锅壁接触。电微铸造技术、冷场和恳浮熔炼技术利用的就是交变磁场的这种作用效果。这些技术可以显若改善铸愤表面质量、熔炼活泼金属及成分与组织要求精确的合金、金属间化合物、金属功能材料等。

驱动（搅拌）作用：交变磁场感生的电磁力可以强化液态金属内的流动或者驱动液态金属定向流动。出于低频磁场可以渗透到液态金属内部，集肤层厚度可与试样尺于基本一致，此时形状控制效果可以忽略不计。利用该作用效果的电磁治金技术包括电磁搅拌技术、旋转式电磁喷雾技术、电磁泵技术、薄带连铸机电磁侧封技术等。此外.山于液态金属中的非金属夹杂物受到流体电磁力的反作用力，交变磁场还可用于液态金届中夹杂物的去除（电磁分离夹杂物技术）。

2.脉冲磁场

脉冲磁场包括普通脉冲磁场和脉强磁场。普通脉冲磁场包括低频和高频脉冲磁场。脉冲强磁场是指在瞬间可以产几十甚至近百特斯拉的磁场。脉冲强磁场的脉宽非常窄，为毫秒、微秒量级。脉冲磁场冶金技术主要利用脉冲磁场的振荡作用和磁化效果。

振荡作用：在金属熔休凝固的过程中施加脉冲磁场，可以在熔体内部产生个脉动的指向熔体中心的电磁力，使熔体产周期件的受迫运动，进而改变金属熔体凝固过程的温度场、溶质场、增加金属熔体凝固过程中的形核率，使金属凝固组织和凝固方式发生变化，达到细化品粒、均匀溶质分布的效果。

龄化效果：在热处理的过程中施加脉冲磁场，可利用材料与磁场的交作用及材料的各向异件特点改变材料的组织结构以获得所需要的件能1。另外，对非品薄带进行脉冲磁场热处理时，在脉磁场作用下，材料内部往复磁化、去磁，从而导致磁矩取向不断发：变化，引起原子的运动状态发生改变而使原子之间的距离发周期变化，最终实现微观结构转变1。该技术还可应用在高精密零件的热处理等方面，

1.2.2静磁场治金技术

稳恒电流激发的磁场和永磁休所产生的磁场称为静磁场，静磁场的强度和方向不随时间改变。其强度；山源向尤限远处以定的指数规律衰减。存在定的梯度。当磁感应强度超过2.0时，静磁场也被称为稳恒强感场。静磁场具有多种作用效果。

制动作用：静磁场下导电熔体受到的洛伦兹力方向大部分与流体流动

方向相反，因而静磁场对流体流动和表面波动具有抑制作用。利用静磁场的该作用效果，让开发利用的冶金技术包括电磁制动技术、磁场辅助（Czxhralski法制备单品硅技术、薄带连铸机电磁侧封技术等。另外，利用静磁场的制动作用对液态金属进行形状控制的原理，提出了金属薄膜的静磁场制备技术1s1。

流速测量：导电流体在依场中做切剖磁力线运动时，流体和磁场的相i.作用产生感应电流，通过检测磁体两端电极间感生电动势可以计算导电流休中与两个电连线垂直方向的流体流速，此为利用静磁场的电磁测速技术”。

分离作用：当梯度磁场作用于物体时可以产生磁化力。磁化力是-种体积力.它正比于物质磁化率、磁感应强度和磁场梯度。应用于选矿等领域的磁分选技术就是利用不同依性物质受到的磁化力不同而进行分离的冶金技术。

组织调控：近牛来，材料电磁过程和强磁场材料科学研究发现，强磁场下增强洛伦兹力和磁化作用对材料凝阳、热处理过程中的形核、溶质分配、溶质迁磁侧封技术等。此外.l山*液态金属中的非金属夹杂物受到流体电磁力的反作用力，交变磁场还可用于液态金届中夹杂物的去除（电磁分离夹杂物技术）。

2.脉冲磁场

脉冲磁场包括普通脉冲磁场和脉强磁场。普通脉训磁场包括低频和高频脉冲磁场，脉冲强磁场是指在瞬间可以产：几十甚至近百特斯拉的磁场。脉冲强磁场的脉宽非常窄，为毫秒、微秒量级。脉冲磁场治金

技术主要利用脉冲磁场的振荡作用和磁化效果。

振荡作用：在金属熔休凝阳的过程中施加脉冲磁场，可以在熔休内部产生个脉动的指问熔体中心的电磁力，使熔体产生周期件的受迫运动，进而改变金属熔体凝固过程的温度场、溶质场、增加金属熔体凝固过程中的形核率，使金属凝固组织和凝固方式发：变化，达到细化品粒、均匀溶质分布的效果。

磁化效：在热处理的过程中施加脉冲磁场，可利用材料与磁场的交作用及材料的各向异件特点收变材料的组织结构以获得所需要的件能1。另外，对非品薄带进行脉冲磁场热处理时，在脉磁场作用下，材料内部往复磁化、去磁，从而导致磁矩取向不断发生变化，引起原子的运动状态发改变而使原子之间的距离发周期变化，最终实现微观结构转变。该技术还可应用在高精密零件的热处理等方面，

1.2.2静磁场治金技术

稳恒电流激发的磁场和永磁体所产生的磁场称为静磁场，静磁场的强度和方向不随时间改变。其强度山源向尤限远处以定的指数规律衰减。存在定的梯度。当做感应强度超过2.0时，静磁场也被称为稳强磁场。静磁场具有多种作用效果。

制动作用：静磁场下导电熔体受到的洛伦兹力方向大部分与流体流动方向相反，因而静磁场对流体流动和表面波动其有抑制作用。利用静磁场的该作用效果，开发利的治金技术包括电磁制动技术、磁场辅助（Czochralski法制备单品研技术、薄带连铸机电磁侧封技术等。另外，利用静磁场的制动作用对液态金属进行形状控制的原理，提出了金属