电磁技术在金属材料科学与工程中的应用

摘 要：随着现代科技的快速发展，电磁技术有了很大的突破并且在很多领域都广泛的应用。金属材料科学的发展就和电磁技术有着千丝万缕的关系，发展到现代电磁技术在金属材料工程中起到的作用有很多，包括电磁搅拌、铸造、净化、感应加热以及电磁悬浮等。本文将对电磁技术在金属材料科学与工程中的应用进行简单的研究和分析，希望能够利用该技术来促进金属材料科学的进步和发展。

关键词：电磁技术；金属材料科学与工程；应用

电磁技术基于物理学的应用发展至今，它所包含的技术却不仅仅局限在物理学的世界中。当整个世界进入二十世纪后电磁技术的发展速度令科学家们吃惊，不同的科学领域也因为电磁技术的成熟而有了明显的进步。时至今日，它的发展已经关乎到我们人类日常生活的每一个方面，而本文将探析电磁技术在材料科学中的应用，利用磁场力来制造材料的工艺能够改变其性能，这也是很多科研工作者正在不断努力的方向。我国的电磁技术在金属材料工程方面的发展起步相对于西方一些发达国家来说较晚，但是在近些年也取得了不少的成就，希望能够在不久的将来我国在该领域的发展能够有质的飞跃。

一、电磁技术在金属材料工程中的应用形式

电磁是丹麦科学家奥斯特发现的。电磁现象产生的原因在于电荷运动产生波动，形成磁场，因此所有的电磁现象都离不开磁场。麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，从而深刻地影响着人们认识物质世界的思想。

（一）电磁搅拌

由于电磁感应所产生的作用力能够使得液态金属进行有规律运动的过程称为电磁搅拌。通常情况下交流感应在产生作用力时的原理和异步电机类似，两相或三相的线圈绕组可以产生磁场，该磁场与液体状态下的金属出现了感应电流，同时和磁场相互作用致使了电磁力的产生，从而能够起到对液态金属的进行搅拌的作用。该方法很好的运用了电磁力，在这种力的作用下能够使铸坯中液体状态下的金属进行充分的“运动”；液态金属在这个过程当中逐渐的凝固，由于在力的作用下快速的运动其最终形成铸坯的质量就可以得到很大的改善。根据一些研究数据可知，当液态金属在逐渐凝固的同时加以电磁力的搅拌，可以达到提高质量的目的，因为在运动的过程当中能够减少一些杂质的含量、减轻偏析等缺陷，从而综合性能得到了大幅度的提升。

（二）电磁铸造

电磁铸造技术在上个世纪六十年代被发明出来，当电磁场、温度场和流场相互交错组成复合场时就可以对液态金属起到约束作用，该技术在现代金属铸造行业中的应用非常广泛。交变电磁场和液态金属相互作用从而产生了电流，同时也产生了电磁力，在感应器中的液态金属能够因此而初步成型（形状与内腔相似），与此同时和其他工艺相互配合就可以完成铸造。

此工艺在浇注的过程当中需要确保页面的平稳，所以产生电磁力的大小应该和静压力相等，而且还需要把一部分的电磁力进行屏蔽，以此来确保柱状液态金屬的侧面是垂直的。利用电磁技术来铸造金属材料的过程当中，感应器与液态金属之间是没有接触的，并且在它成型时还在不断的运动（电磁搅拌），所以，利用该技术铸造出的金属会具有更加优良的性能。

（三）电磁净化

影响金属质量的主要原因之一就是含有过多的杂质，如果能在金属材料铸造时尽可能的去除杂质，就可以提高它的综合性能。人们为了解决该问题借助了电磁技术的力量，前文提到液态金属在电磁力的作用下能够进行有规律的运动，在这种运动的情况下就可以分离其中的杂质。把液态金属盛装在陶瓷管当中，将其放在磁场里，这时会在金属中感生出频率和交变磁场一致的涡流，涡流与感生磁场相互作用产生指向轴心的电磁力。由于含在其中的杂质的导电率相对于金属液体来说要小很多，因此杂质就可以在电磁压力的作用下顺着电磁力方向的反方向运动，最终落在陶瓷管壁上而被去除。

二、电磁技术在金属材料科学与工程中的发展趋势

我国各方面都在飞速的发展当中，对于各种金属材料的性能提出了更高的要求，在这种形势下刺激了电磁技术在金属材料科学中的发展。该技术利用了磁场和金属粒子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，以此来提高金属的性能。就目前所能达到的技术水平来看，电磁技术已经解决了很多过去难以突破的问题，但是依然有很多的技术问题没有得到解决。因此，相关的技术研发人员需要投入更多的精力，同时也需要更多的支持来进一步的深入研发，将电磁技术与材料科学相结合必然是材料科学日后的发展趋势。

就现在的技术应用而言，我们仅仅的利用了电磁力来提升金属材料的性能，对于改良其机械性能以及物化性能这两个方面还没有做到广泛应用，并且在实现大规模生产力的目标上还相差甚远。在未来的技术发展中应该着重的研究三个方面，包括电磁场对无机化学反应、强磁场对电化学过程的作用机理以及强磁场下的物理化学过程等有待深入探讨。

综上所述，我们对于电磁技术的应用还紧紧地停留在非常浅的层面上，因此在未来的发展道路上我们还有很长的一段路要走，它会在金属材料科学与工程的应用中给我们带来更大的惊喜，同时也会为人类生活的每一个方面都带来不小的帮助。所以，相关领域的科研人员不仅背负着光荣而又伟大的使命，而且还是带领人类科技进步的领头者。

三、结束语

我国在金属材料科学的领域运用电磁技术的起步时间较晚，虽然已经取得了不少的技术突破和成就，但是所存在的问题仍然没有得到很好的解决，这也是为什么不能实现大规模生产的主要原因之一。本文对目前已经较为成熟的技术应用进行了简单的分析，对电磁搅拌、电磁铸造以及电磁净化进行了原理的阐述，并说明了它可以解决金属材料中所存在的某些问题。然而这并不仅仅是我们的最终的目标，我们更希望它可以为我们人类的生活带来更大的帮助。

参考文献：

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[3] 王玉莲.熔模铸造型壳焙烧变形仿真与工艺优化方法研究[D].上海：上海交通大学，2014.

作者简介：李莹（1988-），女，吉林长春人，本科，助教，研究方向：材料科学与工程。