電磁技術(shù)在金屬材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用

摘 要：隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，電磁技術(shù)有了很大的突破并且在很多領(lǐng)域都廣泛的應(yīng)用。金屬材料科學(xué)的發(fā)展就和電磁技術(shù)有著千絲萬縷的關(guān)系，發(fā)展到現(xiàn)代電磁技術(shù)在金屬材料工程中起到的作用有很多，包括電磁攪拌、鑄造、凈化、感應(yīng)加熱以及電磁懸浮等。本文將對電磁技術(shù)在金屬材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用進行簡單的研究和分析，希望能夠利用該技術(shù)來促進金屬材料科學(xué)的進步和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電磁技術(shù)；金屬材料科學(xué)與工程；應(yīng)用

電磁技術(shù)基于物理學(xué)的應(yīng)用發(fā)展至今，它所包含的技術(shù)卻不僅僅局限在物理學(xué)的世界中。當(dāng)整個世界進入二十世紀(jì)后電磁技術(shù)的發(fā)展速度令科學(xué)家們吃驚，不同的科學(xué)領(lǐng)域也因為電磁技術(shù)的成熟而有了明顯的進步。時至今日，它的發(fā)展已經(jīng)關(guān)乎到我們?nèi)祟惾粘Ｉ畹拿恳粋€方面，而本文將探析電磁技術(shù)在材料科學(xué)中的應(yīng)用，利用磁場力來制造材料的工藝能夠改變其性能，這也是很多科研工作者正在不斷努力的方向。我國的電磁技術(shù)在金屬材料工程方面的發(fā)展起步相對于西方一些發(fā)達(dá)國家來說較晚，但是在近些年也取得了不少的成就，希望能夠在不久的將來我國在該領(lǐng)域的發(fā)展能夠有質(zhì)的飛躍。

一、電磁技術(shù)在金屬材料工程中的應(yīng)用形式

電磁是丹麥科學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)的。電磁現(xiàn)象產(chǎn)生的原因在于電荷運動產(chǎn)生波動，形成磁場，因此所有的電磁現(xiàn)象都離不開磁場。麥克斯韋關(guān)于變化電場產(chǎn)生磁場的假設(shè)，奠定了電磁學(xué)的整個理論體系，從而深刻地影響著人們認(rèn)識物質(zhì)世界的思想。

（一）電磁攪拌

由于電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的作用力能夠使得液態(tài)金屬進行有規(guī)律運動的過程稱為電磁攪拌。通常情況下交流感應(yīng)在產(chǎn)生作用力時的原理和異步電機類似，兩相或三相的線圈繞組可以產(chǎn)生磁場，該磁場與液體狀態(tài)下的金屬出現(xiàn)了感應(yīng)電流，同時和磁場相互作用致使了電磁力的產(chǎn)生，從而能夠起到對液態(tài)金屬的進行攪拌的作用。該方法很好的運用了電磁力，在這種力的作用下能夠使鑄坯中液體狀態(tài)下的金屬進行充分的“運動”；液態(tài)金屬在這個過程當(dāng)中逐漸的凝固，由于在力的作用下快速的運動其最終形成鑄坯的質(zhì)量就可以得到很大的改善。根據(jù)一些研究數(shù)據(jù)可知，當(dāng)液態(tài)金屬在逐漸凝固的同時加以電磁力的攪拌，可以達(dá)到提高質(zhì)量的目的，因為在運動的過程當(dāng)中能夠減少一些雜質(zhì)的含量、減輕偏析等缺陷，從而綜合性能得到了大幅度的提升。

（二）電磁鑄造

電磁鑄造技術(shù)在上個世紀(jì)六十年代被發(fā)明出來，當(dāng)電磁場、溫度場和流場相互交錯組成復(fù)合場時就可以對液態(tài)金屬起到約束作用，該技術(shù)在現(xiàn)代金屬鑄造行業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛。交變電磁場和液態(tài)金屬相互作用從而產(chǎn)生了電流，同時也產(chǎn)生了電磁力，在感應(yīng)器中的液態(tài)金屬能夠因此而初步成型（形狀與內(nèi)腔相似），與此同時和其他工藝相互配合就可以完成鑄造。

此工藝在澆注的過程當(dāng)中需要確保頁面的平穩(wěn)，所以產(chǎn)生電磁力的大小應(yīng)該和靜壓力相等，而且還需要把一部分的電磁力進行屏蔽，以此來確保柱狀液態(tài)金屬的側(cè)面是垂直的。利用電磁技術(shù)來鑄造金屬材料的過程當(dāng)中，感應(yīng)器與液態(tài)金屬之間是沒有接觸的，并且在它成型時還在不斷的運動（電磁攪拌），所以，利用該技術(shù)鑄造出的金屬會具有更加優(yōu)良的性能。

（三）電磁凈化

影響金屬質(zhì)量的主要原因之一就是含有過多的雜質(zhì)，如果能在金屬材料鑄造時盡可能的去除雜質(zhì)，就可以提高它的綜合性能。人們?yōu)榱私鉀Q該問題借助了電磁技術(shù)的力量，前文提到液態(tài)金屬在電磁力的作用下能夠進行有規(guī)律的運動，在這種運動的情況下就可以分離其中的雜質(zhì)。把液態(tài)金屬盛裝在陶瓷管當(dāng)中，將其放在磁場里，這時會在金屬中感生出頻率和交變磁場一致的渦流，渦流與感生磁場相互作用產(chǎn)生指向軸心的電磁力。由于含在其中的雜質(zhì)的導(dǎo)電率相對于金屬液體來說要小很多，因此雜質(zhì)就可以在電磁壓力的作用下順著電磁力方向的反方向運動，最終落在陶瓷管壁上而被去除。

二、電磁技術(shù)在金屬材料科學(xué)與工程中的發(fā)展趨勢

我國各方面都在飛速的發(fā)展當(dāng)中，對于各種金屬材料的性能提出了更高的要求，在這種形勢下刺激了電磁技術(shù)在金屬材料科學(xué)中的發(fā)展。該技術(shù)利用了磁場和金屬粒子相互作用產(chǎn)生的電磁力，通過改變電磁力的大小來控制材料的鑄造，以此來提高金屬的性能。就目前所能達(dá)到的技術(shù)水平來看，電磁技術(shù)已經(jīng)解決了很多過去難以突破的問題，但是依然有很多的技術(shù)問題沒有得到解決。因此，相關(guān)的技術(shù)研發(fā)人員需要投入更多的精力，同時也需要更多的支持來進一步的深入研發(fā)，將電磁技術(shù)與材料科學(xué)相結(jié)合必然是材料科學(xué)日后的發(fā)展趨勢。

就現(xiàn)在的技術(shù)應(yīng)用而言，我們僅僅的利用了電磁力來提升金屬材料的性能，對于改良其機械性能以及物化性能這兩個方面還沒有做到廣泛應(yīng)用，并且在實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)力的目標(biāo)上還相差甚遠(yuǎn)。在未來的技術(shù)發(fā)展中應(yīng)該著重的研究三個方面，包括電磁場對無機化學(xué)反應(yīng)、強磁場對電化學(xué)過程的作用機理以及強磁場下的物理化學(xué)過程等有待深入探討。

綜上所述，我們對于電磁技術(shù)的應(yīng)用還緊緊地停留在非常淺的層面上，因此在未來的發(fā)展道路上我們還有很長的一段路要走，它會在金屬材料科學(xué)與工程的應(yīng)用中給我們帶來更大的驚喜，同時也會為人類生活的每一個方面都帶來不小的幫助。所以，相關(guān)領(lǐng)域的科研人員不僅背負(fù)著光榮而又偉大的使命，而且還是帶領(lǐng)人類科技進步的領(lǐng)頭者。

三、結(jié)束語

我國在金屬材料科學(xué)的領(lǐng)域運用電磁技術(shù)的起步時間較晚，雖然已經(jīng)取得了不少的技術(shù)突破和成就，但是所存在的問題仍然沒有得到很好的解決，這也是為什么不能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的主要原因之一。本文對目前已經(jīng)較為成熟的技術(shù)應(yīng)用進行了簡單的分析，對電磁攪拌、電磁鑄造以及電磁凈化進行了原理的闡述，并說明了它可以解決金屬材料中所存在的某些問題。然而這并不僅僅是我們的最終的目標(biāo)，我們更希望它可以為我們?nèi)祟惖纳顜砀蟮膸椭?/p>

參考文獻：

[1] 楊宏權(quán)，徐兵.電磁感應(yīng)加熱在大型石化容器制造中的應(yīng)用[J].機械制造文摘（焊接分冊），2012（01）.

[2] 中國科學(xué)家開發(fā)出超硬超穩(wěn)定金屬材料制備新方法[J].中國材料進展，2013（10）.

[3] 王玉蓮.熔模鑄造型殼焙燒變形仿真與工藝優(yōu)化方法研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2014.

作者簡介：李瑩（1988-），女，吉林長春人，本科，助教，研究方向：材料科學(xué)與工程。