电磁技术在金属材料科学与工程中的应用

电磁技术在金属材料科学与工程中的应用

黄善友

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摘要：电磁技术是一项覆盖范围广、应用范围广的重要技术。电磁效应是自然界广泛存在的一种重要资源。将电磁学、工程学与材料领域相结合，可以提高材料工作的研究方向，提高材料的性能和结构。在新材料领域，电磁技术的应用相对较晚，但发展势头良好，投入应用的场景较多，已成为广泛灵活应用、技术手段多样、多学科融合的研究领域。

关键词：电磁技术；金属材料科学与工程；应用

1电磁技术在金属材料科学与工程中的应用方式

1.1 电磁铸造

电磁铸造技术最早出现在1960年代,它使用电磁力产生的单匝水冷铜线圈电磁感应器,形成一个电磁场,支持和牵引的金属熔化和形状根据金属铸造的实际需要。在此过程中，几乎不与金属熔体接触模具，可以延长模具使用寿命，技术操作简单，铸造效率高，坯料质量更好。在电磁铸造过程中，接通交流电后，电感器会产生交变磁场，将金属熔体放入其中。液态金属在感应涡流的作用下冷却凝固，形成铸件。在此过程中，液态金属受到电磁力的牵引束缚，不与传感器接触，可避免组件偏析，保证晶粒细小，组织均匀，铸件光滑。

电磁铸造技术至今仍广泛应用于金属材料的铸造和加工。随着技术的发展，电磁铸造的生产工艺有了进一步的提高，机械化、自动化程度有了明显的提高。电磁连铸技术的应用，进一步提高了金属连铸率和铸件质量。在电磁连铸过程中，采用了软接触结晶器和电感器。在电磁力和模具的共同作用下，可降低液态金属与模具的接触压力和振动摩擦，保证渗流顺畅，保证坯料表面质量及其内部质量。电感线圈匝数、电感位置和电源是影响结晶器磁场分布的主要因素，直接关系到电磁铸造的质量，应根据电磁连铸的需要合理调节。随着电磁铸造基础的发展和创新，金属铸造缺陷将逐步得到改善，铸件的性能和质量将得到显著提高。

1.2 电磁搅拌

电磁搅拌是使用电磁感应产生的力量,改变形式的液态金属,与人工搅拌相比,电磁搅拌可以使液态金属来实现所需的形式,对连铸坯成型效果更好,然后提高金属纯度,降低组件隔离。在电磁搅拌,一般使用模具电磁搅拌器,通入交流电(ac)、磁场和感应电流的相互作用下,形成铸件轴的旋转磁场,金属核心驱动力,使其旋转,产生离心力在液体金属,能隔离金属液中的夹杂物和气泡，避免出现在金属铸件表面和皮下，确保铸件表面光滑。沿凝固前沿的剪切力能产生清洁作用，去除金属液中的夹杂物和气泡，保证坯壳的均匀性，有效避免裂纹的发生。在热的作用下，对部分游离晶粒进行了重熔，改善了热区的位置，降低了过热度，有利于铸件芯的质量。根据金属铸造的实际需要，采用变频器通过微处理器控制电流和频率。电磁搅拌还应广泛应用于二次冷却区电磁搅拌和凝固末期电磁搅拌。根据电磁铸造的实际需要，合理选择电磁搅拌工艺，科学结合，减少偏析、中心疏松等问题，提高坯料质量。

多级组合搅拌是电磁搅拌工艺的一种新思路。它一般用于高碳钢和高合金钢，可以减少高拉拔速度和高过热度的影响，避免中心偏析的发生。在多级组合搅拌过程中，晶核、合金元素和夹杂物均匀强，便于有效控制凝固过程，提高金属铸件质量。电磁搅拌是提高钢坯质量的重要工艺。电磁搅拌过程中，需要与冶金机理有机结合，在保证铸造机安全稳定运行的基础上应用，并对连铸工艺进行优化，工艺设计合理，从而得到更多高质量的金属铸件。

1.3 电磁制动

电磁制动技术的应用是为了有效地解决金属铸造过程中的滚渣问题。直流电磁制动器的应用,形成稳定的磁场的方向垂直于金属液体流动过程将产生感应电流,磁场与洛伦兹力,和金属液体流动的方向是相反的,可以有效地延缓金属液体的流动速度,起到刹车作用。过程中磁场强度决定了制动力的大小,可以有效地控制,从而间接控制液态金属流动速度,液态金属在铸造过程中可以避免由喷气速度过快,防止发生重大金属脑震荡,保持表面光滑,避免了渣等现象的发生，保证了铸件表面光洁、精细，也减少了不必要的金属材料浪费，提高了金属材料生产加工的安全性。此外，在电磁技术的应用中，还会建立一个恒定的磁场。在工业中切割金属时，金属会在与恒定磁场相互作用的前提下产生一定的电流，形成洛伦磁力。通过对磁场强度的控制，可以调节金属的流动速度，保证其流动稳定，提高金属制造质量。

1.4 电磁振荡

通过在铸锭对称轴线位置设置交变磁场和稳定磁场，可以产生洛伦兹力，并在熔体强制振荡下获得电磁振荡效应。在金属的连续凝固过程中，熔化振荡在一定程度上会反映出与超声波相同的特征。这些特点主要体现在提高充填能力、增加熔体流动性、减少孔隙、实现分散和细化晶粒尺寸。根据电磁感应的理论，在结晶器外侧附着的半重方向上施加相等位置的低频周期性交变磁场和稳态磁场，直流位于交流电的融化是由交变磁场和磁场有相同的频率,在三个相互作用的情况下,会产生一定的洛伦兹力领域,垂直方向的电场和磁场,熔体的作用下将洛伦兹。

1.5 电磁净化

电磁净化本质上是一种电磁分离技术，电磁分离技术主要包括感应和传导两种，由两种方案的扩展方案包括高频磁场、旋转磁场、行波磁场、交流复合电磁场、交流电等。在磁感应强度和磁场频率较高的情况下，可以促进非金属杂物的分离，特别是增大磁选管直径后，必须提高磁感应强度，使非金属杂物与液态金属分离效率较高。行波磁场发生器电流、气隙大小和液态金属电路几何尺寸对电磁力参数有显著影响，行波电磁可以指数级提高细小非金属碎屑的迁移率。

2 电磁技术在金属材料科学与工程中的发展趋势

我国各方面都在快速发展，对各种金属材料的性能提出了更高的要求，在这种情况下刺激了电磁技术在金属材料科学中的发展。该技术利用磁场与金属颗粒相互作用产生的电磁力，通过改变电磁力的大小来控制材料的铸造，从而提高金属的性能。目前能够达到的技术水平，电磁技术已经解决了很多过去难以突破的问题，但仍有很多技术问题没有得到解决。因此，相关技术研发人员需要投入更多的精力，也需要更多的支持来进一步深入研发，电磁技术与材料科学的结合必然是材料科学未来的发展趋势。当前技术应用而言,我们只使用电磁力来提高金属材料的性能,但是这两个方面的提高它的机械和物理性能尚未广泛应用,还有很长的路要走在实现大规模生产力的目标。在未来科技的发展,我们应该关注三个方面,包括电磁场在无机化学反应的影响,强磁场对电化学过程的作用机理和物理和化学过程在强磁场下,这需要进一步讨论。

总之,我们也坚决保持应用程序的电磁技术在很浅的层面上,因此,在未来的发展道路,我们仍有很长的路要走,这将是在金属材料科学与工程应用中带给我们更多的惊喜,也给人类生活的各个方面带来很多帮助。因此，相关领域的研究人员不仅肩负着光荣而伟大的使命，而且还引领着人类的科技进步。

结束语

在中国，电磁技术在金属材料科学领域起步较晚，虽然取得了许多技术突破和成果，但存在的问题并没有得到很好的解决，这也是无法实现规模化生产的主要原因之一。本文进行了简单的分析,目前已经更加成熟的技术应用,电磁搅拌进行了细化,电磁铸造和电磁净化原理,表明金属材料可以解决一些问题。然而，这不仅仅是我们的最终目标，我们希望它能给我们人类的生活带来更大的帮助。

参考文献：

[1]赵宇爽,彭崇,张亚楠.电磁技术在金属材料科学与工程中的应用研究[J/OL].农业开发与装备,2016,(11):110.