真空冶金現(xiàn)狀及應(yīng)用前景李安國饒先發(fā)廖春發(fā)

1、真空冶金現(xiàn)狀及應(yīng)用前景李安國 饒先發(fā) 廖春發(fā).一. 真空熔煉真空熔煉是在真空條件下高溫熔煉提純金屬。常用的真空熔煉方法有：2.1真空感應(yīng)熔煉5，10即用處于真空室內(nèi)的高頻感應(yīng)爐或中頻感應(yīng)爐熔煉金屬。主要用于熔煉高溫合金、高強度鋼和超高強度鋼。（真空感應(yīng)熔煉牛建平等，真空冶金現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景沈陽大學(xué)材料工程系）特別是對含有鋁、鈦等活潑元素較多的元素的合金,必須采用真空感應(yīng)熔煉工藝。美國已有容量為60噸的真空感應(yīng)爐、精密鑄造真空感應(yīng)爐達100座以上。近年來,在真空感應(yīng)熔煉時,國外已廣泛采用電子計算機進行控制和調(diào)整成分。為了提高真空感應(yīng)熔煉金屬的純凈度,國外的方法是: 嚴(yán)格控制原材料的純凈度、提高坩

2、堝材料的穩(wěn)定性、延長精煉時間、吹氬攪拌脫氮、過濾技術(shù)等。真空感應(yīng)熔煉法的特點及應(yīng)用 金屬熔煉、熔化、合金化及澆注均在真空條件下進行,避免了與大氣的相互作用而污染。 在真空條件下,碳具有很強的脫氧能力, 其產(chǎn)物CO被抽至系統(tǒng)之外,克服了采用脫氧劑所產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物的污染。 可以精確控制成分,特別是Al、Ti、B、Zr 等可控制在很窄范圍之內(nèi)。 低熔點有害雜質(zhì)、微量元素及氣體可被去除,還可以消除二次氧化。強烈的攪拌速度可加快反應(yīng)速度,并使熔池溫度、成分均勻。 熔煉與鑄造操作容易。 存在冶煉過程中坩堝耐火材料污染金屬問題。在國外,真空感應(yīng)熔煉主要是用來生產(chǎn)真空電弧重熔的電極。在國內(nèi),真空感應(yīng)熔煉是基本

3、的熔煉方法,主要用于熔煉高溫合金、高強度和超高強度鋼.真空感應(yīng)熔煉輔助方法2 采用CaO耐火材料。 電磁攪拌。 過濾。 加稀土元素。（2）真空電弧熔煉1、5，即在真空條件下通過低電壓、強電流，利用電弧來加熱熔煉金屬的一種方法。它能做到金屬及合金的提純，鑄錠致密，成分均勻。真空電弧熔煉是在真空中所用的熔煉設(shè)備分為兩種類型，即自耗電極真空電弧爐與非自耗電極真空電弧爐。自耗電極熔煉的特點是生產(chǎn)規(guī)模大，鑄錠的結(jié)構(gòu)均勻。而非自耗電極熔煉，則生產(chǎn)能力小，多用于處理散料，同時易從電極帶來污染。真空電弧熔煉方法也是生產(chǎn)稀有的有色金屬及其合金的主要方法之一，它主要用來生產(chǎn)活潑金屬鈦、鋯和難熔金屬鎢和鉬。二十世紀(jì)

4、五十年代初,在國外開始用來重熔高溫合金。目前是高溫合金的最佳冶煉方法之一。真空自耗(電弧)重熔( VAR) 牛建平等，真空冶金現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景沈陽大學(xué)材料工程系2. 2. 1特點 重熔過程能使部分不穩(wěn)定的氧化物、氮化物分解或被碳還原,或使穩(wěn)定的氧化物、氮化物通過熔池上浮凈化合金液體。 氣體和有色金屬雜質(zhì)在真空下去除,但不能脫硫。 易氧化元素不易燒損。 對活性元素(如Al、Ti )而言的惰性性質(zhì)和在鑄錠中得到的控制凝固組織,鑄錠的一致性和均勻性較好。夾雜物數(shù)量少、尺寸大。存在樹狀晶環(huán)和“白點”缺陷所生產(chǎn)的鑄錠總是園柱形,鑄錠的表面質(zhì)量較差。真空電弧熔煉工藝簡單，但電極制備很重要，將原料加工成待用

5、電極，其化學(xué)成分要合格、導(dǎo)電性好、電阻均勻、彎度小，雜質(zhì)或合金成分要分布均勻。所得產(chǎn)品的雜質(zhì)含量低，成分分布均勻，晶粒細，無縮孔、氣孔、裂紋等缺陷。由于它的出現(xiàn)，使真空感應(yīng)爐熔鑄件，幾乎全被它所代替。為了對高溫活性金屬的熔鑄，在熱源上又有所不同，出現(xiàn)了電子束凝殼爐、等離子弧凝殼爐等型。（2）真空電弧雙電極重熔（VADER）【10】真空電弧雙電極重熔（VADER）是一種制備等軸細晶錠的重熔方法。與真空熔煉工藝相比較新，出現(xiàn)于20 世紀(jì)70年代后期。其它發(fā)展可用于代替VAR 或難以加工的高溫合金等的粉末冶金工藝。該方法的缺點是存在嚴(yán)重的宏觀和微觀偏析。以后的工作是研究VADER 過程中的凝固特性及

6、元素的偏析行為。（3）電渣熔煉5，即用于金屬重熔提純和熔鑄異形鑄件的方法。電渣熔煉牛建平等，真空冶金現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景沈陽大學(xué)材料工程系2. 3. 1電渣熔煉的特點 4 合金中的非金屬夾雜、氣體和硫含量顯著減少,合金的純凈度增高,因而合金的機械性能得到改善。 生產(chǎn)率高、設(shè)備簡單。 合金的成分容易波動。 合金的溫度不易控制。 熔渣的粉塵和高溫使勞動條件惡化。 可以脫硫、氧。 夾雜物數(shù)量多、尺寸小。 可熔煉非園柱形的截面的鑄錠。 鑄錠的表面質(zhì)量較高。10 最大的優(yōu)點是不產(chǎn)生“白點”缺陷。11 易于使一些與氧親和力大的元素(如鋁、鈦、鈰、鎂)等燒損。12 電渣錠表面出現(xiàn)渣溝、夾渣; 錠的底部出現(xiàn)氣孔;

7、合金錠的頭、尾部的鋁、鈦含量有偏差;點狀偏析。13 電耗較高。14 存在氟的污染。15 批量少,管理不便。電渣冶金優(yōu)越性為11: 21 世紀(jì)電渣冶金的新進展李正邦(鋼鐵研究總院, 北京100081)(1)性能的優(yōu)越性:電渣產(chǎn)品金屬純凈、組織致密、成分均勻、表面光潔, 使用性能優(yōu)異, 如GCr15 電渣鋼制成軸承壽命是電爐鋼軸承的3.35 倍;(2)生產(chǎn)的靈活性:電渣重熔可生產(chǎn)圓錠、方錠、扁錠及空心錠。電渣熔鑄可生產(chǎn)圓管、橢圓管、偏心管、方形管。所熔鑄的異形鑄件從幾克重的金屬假牙到150 t的水泥回轉(zhuǎn)窯爐圈;(3)工藝的穩(wěn)定性:質(zhì)量與性能的再現(xiàn)性高;(4)經(jīng)濟上的合理性:設(shè)備簡單,操作方便, 生

8、產(chǎn)費用低于真空電弧重熔, 金屬成材率高;(5)過程的可控性:過程控制參量較少, 目標(biāo)參量易達到, 便于自動化。對產(chǎn)品微量化學(xué)成分, 夾雜物的形態(tài)及性質(zhì)、晶粒尺寸、結(jié)晶方向、顯微偏析、碳化物顆粒度及結(jié)構(gòu)等都能予以控制。電渣冶金的局限性及其解決途徑為:(1)電耗較高:各國電渣重熔電耗一般為1 300 1 600kWh t , 而電渣熔鑄空心管件電耗更高。采用大填充比、用高比電阻渣系, 以降低電耗;(2)氟的污染:電渣含較多CaF2 , 重熔時逸出HF 、SiF4 、AlF3 、SF6 、CF4 等有害氣體危害工人健康, 造成環(huán)境污染。應(yīng)推廣低氟渣與無氟渣;(3)批量少管理不便:電渣重熔1 爐一個鋼

9、錠, 若以自耗電極鋼母爐號為一批, 必須以保證工藝穩(wěn)定性及性能再現(xiàn)性為前提。電渣冶金是21 世紀(jì)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)合金鋼及超級合金的主要手段之一, 成為精細冶金的重要分支。真空電渣重熔、高壓電渣重熔、電渣熱封頂、快速電渣重熔及電渣復(fù)合是目前電渣技術(shù)的突破點。電渣冶金在制備大型毛坯、超級合金、優(yōu)質(zhì)工模具鋼、雙相不銹鋼及含N 超高強度無磁鋼等方面仍處于優(yōu)勢地位。電渣冶金發(fā)展重要前途是電渣技術(shù)走出單一結(jié)晶器工藝, 而與鋼鐵冶金流程結(jié)合成在線工序, 成為冶煉、精煉及連鑄的一個環(huán)節(jié)。（4）電子束熔煉10, 又稱為電子轟擊熔煉，即在較高真空下（1.3310-2 1.3310-6 帕）用一個或數(shù)個陰極電子槍發(fā)射出高能

10、電子束，轟擊被熔物料（作為陽極），使電子動能轉(zhuǎn)化為熱能而把爐料熔化，并滴入水冷銅結(jié)晶而凝固成錠。它適于熔煉難熔及要求超高純度的金屬及合金,是很有發(fā)展前景的熔煉手段（電子束冷爐精煉( EBCHR) 牛建平等，真空冶金現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景沈陽大學(xué)材料工程系2. 4. 1特點5 EBCHR的目的是生產(chǎn)具有更好純度和潔凈度的材料。 能利用較寬范圍的原料。 去除非金屬夾雜和氣體。 高的合金添加能力。 生產(chǎn)率高。 高蒸汽壓元素易損失。 設(shè)備昂貴、成本高。 鑄錠的尺寸受到限制。 真空度高、去除氣體、夾雜物及有害元素的效果優(yōu)于真空自耗重熔?？稍谳^寬的范圍內(nèi)控制熔化和結(jié)晶過程進行精練和調(diào)整鑄錠組織。如對GH4698

11、合金經(jīng)電子束熔煉后,比真空自耗重熔的各項性能分別提高: eb 為40 MPa、e0. 2為72 MPa、W為8%、J為10%、Ak 為21. 96 J。10 采用EBCHM( R)可以防止坩堝材料對合金的污染。新一代的電子束熔煉51、電子束連續(xù)流熔煉( EBCHM或EBCHR)EBCHR(高真空下)允許將熔化、精煉與最終鑄錠的凝固分開,在防止熔融金屬中的不溶組分流入鑄錠的同時,它提供了足夠的停留時間來進行與熔化速率獨立的揮發(fā)反應(yīng),不需要的殘存物和雜質(zhì)元素蒸發(fā)到幾乎探測不出的水平是可以達到的。存在的問題是Cr的揮發(fā),必須在爐料中補充。文獻報道,合金中的氧和氮的含量顯著減少,非金屬夾雜物能通過水冷

12、分液器被機械去除或在電子束的強烈熱量下分解,因此材料的潔凈度比其它方法熔煉的合金要好。2、 電子束渣膜熔煉( EBFFM)是在冷床中的金屬液面上形成一定比例的渣膜,非渣膜覆蓋部分利于金屬液的脫氣,渣膜覆蓋部分利于降低揮發(fā)損失,完成脫除雜質(zhì)的任務(wù)。這方面的工作報道較少。3、多功能電子束爐EBCFM德國洛伊德-海拉斯( Loy bo ld-Heraeus)公司發(fā)明了多用途電子束熔煉爐,即電子束連續(xù)熔煉( Elect ron Bean Continuous Flow Melting-EBCFM)或電子束冷床熔煉( Elect ron Bean ColdHearth Melting-EBCHM) ,具

13、有重要地位。目前世界上最大的EBCFM爐是建立在日本礦業(yè)的日立工廠的ESP100 /1200CF爐。該電子束爐高真空泵抽氣速率為1 105 L / s, 電子束功率1 200kV A,主要用于生產(chǎn)高純特殊鋼、鎳基、鈷基高溫合金; 用海綿鈦及廢鈦生產(chǎn)純鈦錠和用于直接滴流法生產(chǎn)難熔、活潑金屬及合金。產(chǎn)品為高3 m,斷面為( 470 1 350) mm ( 150 250) mm的扁錠或直徑為400 mm 或800 mm 的圓錠。用EBCFM 法還可以生產(chǎn)細晶粒盤坯(508 mm136. 5 mm)及等軸晶細晶錠。（4）等離子熔煉1、6等離子束真空熔煉楊乃恒，真空冶金技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展，東北大學(xué)機械工

14、程與自動化學(xué)院，是一種利用中空陰極放電形成等離子束做熱源的真空冷模熔煉技術(shù)。在真空室內(nèi)上下相對安裝一個難熔金屬管+ 如鉭管, 制成的陰極和一個由水冷銅模做成的陽極。將兩極分別接到一個大電流低電壓的直流電源上。在水冷陽極模上放置待熔化的金屬。當(dāng)真空室內(nèi)壓力低于# - # ./ 時，由中空陰極向爐內(nèi)通入適量的01 氣。邊通01 氣邊抽真空，使?fàn)t內(nèi)壓力維持在# ./ 左右。為引發(fā)等離子束，還需在陰、陽極間并入一高頻電源+ 或2 3 的直流電源, 做為引束電源。在中空陰極與陽極之間產(chǎn)生低壓氣體放電。01 氣被電離成正離子飛向中空陰極，很快使一段陰極加熱到* 4左右，熱區(qū)開始穩(wěn)定地放出熱電子并參與氣體的

15、電離過程，所有電子都打到陽極上使陽極加熱。在兩極間形成穩(wěn)定的等離子束。它具有很高的溫度，可熔煉各種稀有或難熔金屬。這種方法可熔煉鑄錠，它在中等01 氣壓力下進行熔煉，熔化材料不受形狀限制，某些合金不易過量揮發(fā)，便于控制合金成分。它可熔煉各種合金，易做成無縮孔的鑄錠。2. 5等離子熔煉( PMR) 6 A. Mitchell. Acta Metall. Sinica J. 1999, 12( 4): 283296.2. 5. 1特點 溫度遠高于大部分工藝所能達到的溫度。 熔煉氣氛容易控制。 熱效率高、生產(chǎn)率高。 氣體、夾雜物含量、力學(xué)性能接近于真空熔煉效果。 操作靈活性大、可進行帶渣或無渣熔煉。

16、 爐內(nèi)的氣氛可以自由選擇。 易揮發(fā)元素收得率高。2. 5. 2應(yīng)用用于精密合金、耐熱合金、活潑金屬及其合金、海綿鈦、各種難熔金屬及貴金屬等的熔煉6 （1）冷坩堝熔煉 5、10 冷坩堝熔煉稱為感應(yīng)殼熔煉。它起源于懸浮熔煉和感應(yīng)渣熔煉。研究這種熔煉方法的目的在于無污染地熔煉活潑金屬和難熔金屬。由于此種方法在熔煉時熔融的金屬會在坩堝壁和底部形成一層凝殼， 所以國際一般稱為Induction skull melting（ISM），也有將其稱為CCIM（Cold crucible induction melting）。ISM 設(shè)備在熔煉Ti、TiAl 合金及Zr 等難熔活潑金屬時，可以準(zhǔn)確控制熔煉條件。

17、因此ISM 設(shè)備不但在熔煉特種金屬方面得到了應(yīng)用，還在定向凝固、霧化制粉、光伏產(chǎn)業(yè)及核廢料處理1-4等多個方面得到了發(fā)展。 坩堝真空感應(yīng)熔煉爐冷坩堝真空感應(yīng)熔煉爐由電磁感應(yīng)加熱電源、真空熔煉爐、真空一隋性氣體系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等四部分組成。電源可以是高頻，也可以是中頻，頻率依據(jù)爐料的重量確定爐料越少，頻率越高。這類熔煉爐使用的坩堝一般用紫銅等高導(dǎo)熱性的金屬材料制成，坩堝壁沿坩堝的軸向分成一些相互分離的瓣通循環(huán)水冷卻。瓣間可填充耐絕緣材料，也可不填充。規(guī)模較大熔煉爐其殼體一般用金屬材料制成，而小型熔煉爐多使用非金屬（如石英）殼體。金屬殼體的熔煉爐有兩種結(jié)構(gòu)一種是底注式，另一種是翻轉(zhuǎn)澆注式。 冷坩堝熔

18、煉的特點避免了耐火材料的污染；大功率的攪拌促進了成分的均勻化；密度差較大的成分也可以比較均勻；整個熔體的溫度均勻可控。不產(chǎn)生局部過熱?，F(xiàn)行的生產(chǎn)工藝中只有在水冷結(jié)晶器中的重熔精煉才兼具有提高金屬純凈度和控制凝固組織的雙重功能。日前，這一技術(shù)主要用于鈦和金及金屬間化合物的熔煉。真空區(qū)域熔煉法1楊乃恒，真空冶金技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展，東北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院，1952年曾有人利用冶金學(xué)中的偏析現(xiàn)象，發(fā)明了區(qū)域熔煉法。這種方法可用于半導(dǎo)體材料和超純金屬的制備。金屬或合金在凝固的時候，最初凝固部分和最后凝固部分的組織中溶質(zhì)不同或不純物的濃度不同，此即所謂的偏析現(xiàn)象。在真空下對坯料一部分局部加熱形成熔融帶

19、時，使該熔融帶緩慢移動，對材料進行精制。經(jīng)過多次處理后，得到進一步精制。一般，熔融帶的寬度對精煉效果有影響。用此法熔煉金屬時，所用的熱源多為高頻感應(yīng)加熱或電子束加熱。利用電子束加熱，熔融帶寬度窄、能量集中、熱效率高。這種方法在壓力低于# - 2 ./ 的高真空中進行，使不純物分解蒸發(fā)達到精煉的效果。二、. 真空脫氣10真空脫氣是指在真空下從液態(tài)金屬或合金中脫去有害氣體（氧、氫、氮等）的方法。經(jīng)過脫氣處理過的金屬，在熔鑄時不會因放出氣體影響金屬的結(jié)構(gòu)，并因減少晶粒邊界的雜質(zhì)而明顯提高金屬強度和物理性能。因而它是改善鋼材質(zhì)量、提高鋼材的機械性能和物理性能的重要手段。它是真空冶金中應(yīng)用最廣、規(guī)模最大

20、的一種工藝方法。有色金屬材料的真空冶金研究始于上世紀(jì)20 年代, 以在真空感應(yīng)電爐中熔煉iN、C o 合金起。經(jīng)過世界各國科技工作者近幾十年的努力, 真空技術(shù)及其理論已在有色金屬的熔煉與精煉、合金分離、化合物的還原以及高純金屬的制備等方面得到了廣泛的應(yīng)用, 取得了較好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。, 總的說來, 有色金屬材料的真空冶金可以從以下幾個方面推廣使用,，例如在合金真空分離方面有鉛錫合金真空分離; 鉛銀、秘銀合金分離; 鋅鐵合金( 熱鍍鋅渣) 真空分離及硬鋅分離鋅和富集稀貴金屬; 錫一銻合金分離; 高鉛銻分離; 錫一砷合金分離;稼一砷合金分離等等, 這些物料真空處理時已研究出基本設(shè)備和作業(yè)條

21、件, 可以在生產(chǎn)中實施, 在實施中進一步完善改進和提高。在金屬真空提純方面已可使用的如高純鋅( 含F(xiàn) e 3 N )精秘( 含銀5 p p m ) 等等12.1.真空還原10在真空下用碳、鋁、硅等還原劑還原金屬氧化物或化合物制取金屬。真空還原可以大大降低還原溫度，完成一些常壓下無法完成的作業(yè)。以碳還原五氧化二鈮為例。常壓下碳不能全部還原鈮，而是生成各種碳化鈮，最高還原溫度達到2834 卡, 但當(dāng)真空度達到10-2 帕?xí)r, 其開始還原溫度降至1956 卡, 當(dāng)在10-4 帕?xí)r降至1694 卡。其它釩、鉭、鈦、鋯、鎢、鉬的情況也類似。真空條件下還可用碳或碳化物還原堿金屬和堿土金屬。氧化鎂的真空碳熱

22、還原13目前工業(yè)化應(yīng)用的硅熱法煉鎂是用硅鐵在真空條件下還原含氧化鎂的礦物提取金屬鎂，其反應(yīng)如式（3）所示。該方法還原劑價格較昂貴，且反應(yīng)在易損合金罐中進行，生產(chǎn)規(guī)模受到限制，生產(chǎn)成本較高。2MeO + Si2Mg(g) + SiO2(g) （3）昆明理工大學(xué)自上世紀(jì)90 年代開始研發(fā)氧化鎂真空碳熱還原提取金屬鎂的新工藝和裝備，其依據(jù)的反應(yīng)如式（4）所示。熱力學(xué)計算表明，該反應(yīng)常壓下的反應(yīng)溫度高于2100 K，而當(dāng)環(huán)境壓力小于10 Pa 后，其反應(yīng)溫度可降至約1400 K。目前該工藝已完成階段性的實驗室小試8，9，成功制得條狀金屬鎂，見圖4，同時新型的連續(xù)化實驗和擴試裝備已在試制中。與硅熱法相比

23、，該方法具有還原劑成本低廉，規(guī)模易于擴大，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。MgO + CMg(g) + CO(g) （4）直接由鋁土礦真空歧化反應(yīng)提取金屬鋁14當(dāng)前工業(yè)化的煉鋁方法主要是由鋁土礦先制備出Al2O3，再將Al2O3 熔融電解制得金屬鋁，其流程長，能耗高。據(jù)統(tǒng)計，2005 年我國電解鋁和氧化鋁能耗占全年有色金屬行業(yè)總能耗的69%，約占全國發(fā)電量的5%，氟化物排放近3 萬噸，CO2 排放量近3000 萬噸11。昆明理工大學(xué)真空冶金國家工程實驗室開發(fā)了在真空條件下用碳熱還原鋁生成低價鹵化物（或硫化物）經(jīng)歧化反應(yīng)從鋁土礦直接煉鋁的真空煉鋁新工藝，成功得到金屬鋁樣品，其鋁樣品如圖5 所示，依據(jù)得主要反應(yīng)

24、如式（5）、（6）所示。高溫下Al2O3(s)+3C+AlCl33AlCl(g)+3CO(g) （5）低溫下AlCl(g)Al(l)+AlCl3(g) （6）該歧化法制備金屬鋁具有以下特點：（1）有望解決鋁土礦制備氧化鋁過程中工藝復(fù)雜、流程長、污染嚴(yán)重的問題；（2）能夠降低生產(chǎn)能耗；（3）該工藝過程是在密閉系統(tǒng)內(nèi)進行，對環(huán)境污染??；（4） 鋁土礦中的其它雜質(zhì)成分理論上只會存在于渣中，有利于得到較高純度的金屬鋁；（5） 對鋁土礦的適用性強，可解決目前我國鋁土礦資源鋁硅比低（5）的問題；（6）該方法還可以采用高嶺土、粘土等作為原料，從而擴大了原料范圍。3. 真空蒸餾和精煉1、10真空蒸餾和精煉是利

25、用真空蒸發(fā)技術(shù)除去雜質(zhì)以提純材料的一種方法。長期以來，有色金屬的冶煉都是先出粗金屬，然后再精煉成各種品級的成品。近年來開始利用真空冶金方法精煉粗金屬，其特點是流程短、污染少、回收率高、加工費用低。真空冶金精煉粗金屬，即用真空蒸餾或精餾法來生產(chǎn)高純或超純金屬。主要有兩種工作方法：一種是真空蒸餾分離，即在真空下依靠不同金屬間蒸汽壓的差別，通過揮發(fā)和冷凝過程來提純或分離金屬。工業(yè)上多在電阻爐或感應(yīng)爐中進行蒸餾。另一種是化學(xué)遷移反應(yīng)法，即利用金屬與氣體物質(zhì)反應(yīng)生成化合物，遷移到另外的部位后再發(fā)生逆反應(yīng)，生成氣體產(chǎn)物與純金屬。金屬在某一溫度下有一定的蒸汽壓和蒸汽結(jié)構(gòu)。環(huán)境氣體的壓力對金屬的蒸發(fā)有明顯的影

26、響。當(dāng)金屬不是單體存在，而是幾種元素形成的粗金屬或合金時，各元素的相互作用又影響每一種金屬的蒸發(fā)量，使其蒸發(fā)量與單元素的蒸發(fā)量不同。金屬蒸汽凝結(jié)時各元素的凝聚也有不同的情況。純金屬在一定溫度下有固定的蒸汽壓。粗金屬真空蒸餾時，若雜質(zhì)元素的沸點比主體金屬的低，則蒸餾時雜質(zhì)元素揮發(fā)，主體金屬留存。若雜質(zhì)元素形成高沸點化合物時，也會留存下來不揮發(fā)或少揮發(fā)。當(dāng)雜質(zhì)金屬沸點高于主體金屬沸點時，則主體金屬揮發(fā)，雜質(zhì)留存。主體金屬揮發(fā)時有少量高沸點雜質(zhì)也會揮發(fā)，這時可加入少量的某些元素以抑制雜質(zhì)揮發(fā)。主體金屬揮發(fā)可以分部冷凝，以減少雜質(zhì)含量。此法又分為一級和多級真空蒸餾。多級蒸餾相當(dāng)于多次的一級蒸餾。多級蒸

27、餾可使產(chǎn)品的質(zhì)量得到保證。1959年開始用真空電阻爐進行蒸餾，到1980年又出現(xiàn)真空感應(yīng)爐蒸餾。楊乃恒，真空冶金技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展，東北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院，實例：用真空蒸餾法取代了氯化物電解液電解焊錫的傳統(tǒng)工藝流程. 有色金屬的真空冶金-1989戴永年陳楓事實證明: 真空蒸餾焊錫脫除鉛的工藝具有如下的一些特點15: l) 生產(chǎn)流程短.焊錫進人真空爐蒸餾20 分鐘后即產(chǎn)出鉛和錫兩種金屬.不象焊錫電解法那樣,生產(chǎn)周期長、, 流程復(fù)雜, 又要生產(chǎn)氯化亞錫來配電解液.2) 不消耗試劑鉛在真空中蒸發(fā)純系物理過程, 鉛揮發(fā)出來之后又在冷凝器上凝結(jié)成鉛液流出爐外. 不象電解法那樣用氯化物使鉛變成氯化鉛,

28、 大量消耗鹽酸等試劑.3) 加工費少真空蒸餾脫鉛主要消耗電能, 工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)是每噸焊錫耗電50 0 K Wh加上其他費用, 每噸焊錫的加工費只有120 元, 而氯化物電解法是700一1000 元.4) 金屬回收率高.焊錫真空脫鉛長期工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)表明, 錫回收率高達99.4 %而氯化電解法只有94 % 甚至更低. 用真空蒸餾法代替電解法, 錫回收率可提高3% 左右.5) 不產(chǎn)生三廢( 廢渣, 廢水, 廢氣), 對環(huán)境極少污染在有色冶金各種作業(yè)中都或多或少地對環(huán)境有污染, 能像真空冶金那樣沒有或基本沒有污染的作業(yè)是少有的.6) 基建投資少, 占地面積小.7) 勞動條件好, 占用人員少,

29、 金屬在生產(chǎn)過程中周轉(zhuǎn)快8) 技術(shù)易于掌握.4. 真空燒結(jié)真空燒結(jié)是指在真空下（10 10-3帕）將金屬、合金或金屬化合物粉末在低于熔點的溫度下燒結(jié)成金屬制品和金屬坯。真空條件下燒結(jié)，不存在金屬與氣體間的反應(yīng)，也沒有吸附氣體影響，不僅致密化效果好，而且可以起到凈化和還原作用，降低燒結(jié)溫度，和常溫?zé)Y(jié)比可降低100 150，節(jié)省能耗，提高燒結(jié)爐壽命和獲得高質(zhì)量產(chǎn)品10。實例：硬質(zhì)合金真空燒結(jié)工藝16阮濤.硬質(zhì)合金真空燒結(jié)工藝制度的選擇.中國制筆,1996年第2期總第6 2期 從三十年代開始進行實驗室的研究, 通過三十年來硬質(zhì)合金工作者的共同努力,真空燒結(jié)工藝得以日趨成熟真空燒結(jié)設(shè)備得到不斷的改進

30、。到六十年代己被較發(fā)達的瑞士德國美國日本等國家普遍應(yīng)用于硬質(zhì)合金的生真空燒結(jié)的效果非常明顯。文獻L Z 對W e 一8 % T i e 一1 15 % T a e 一85 % C O組成的硬質(zhì)合金進行氫氣和真空燒結(jié)的對比, 所得的結(jié)果。見表1在耐磨性方面,真空燒結(jié)為氫氣燒結(jié)的2 一3倍。強度也有顯著提高。真空燒結(jié)對降低產(chǎn)品的成本也有顯著的效果。文獻3 報導(dǎo), 見表2 當(dāng)采用真空燒結(jié)時大大降低了成本。主要由于不用氫氣,采用先進的真空爐, 使每公斤合金耗用量大大降低。特別是得到的合金質(zhì)量高合格率高, 從而使合金的成本大幅度降低。隨著新牌號的硬質(zhì)合金不斷涌現(xiàn), 真空燒結(jié)作為個提高產(chǎn)品質(zhì)量的手段止在得到廣泛的應(yīng)用真空燒結(jié)的工藝也得到r 很大的發(fā)展針對不同成份和不同壓制方式廠產(chǎn)的硬質(zhì)合金有