電磁場凝固技術簡介電磁處理是指將電磁場用于材料的各種加工過程，實現對過程的控制、材料組織和性能的改善。因它具有無污染、操作方便和效果顯著等優點，受到了人們的高度重視。經過近年來的迅速發展，這一領域已發展成為多學科交叉、工藝手段繁多及應用領域廣泛的體系。

利用直流磁場可通過抑制熔體流動，與電場交互作用產生電磁攪拌控制凝固。引入交流磁場既可實現對液相的電磁攪拌，又可產生電磁懸浮，細化晶粒，改善鑄件的冶金質量，減輕成分偏析。材料電磁處理如今被廣泛應用，例如懸浮熔煉，電磁鑄造，電磁霧化，電磁分離非金屬夾雜物，電磁攪拌等。

按照電磁場的類別和強度,材料的電磁加工大致可分為以下幾方面:1、靜磁場:施加靜磁場的目的主要是利用靜磁場對導電流體的電磁制動作(ElectromagneticBrake)抑制流體的流動,以達到提高凝固材料性能與質量的目的。電磁制動改變液態金屬流動狀態示意圖2、強靜磁場：強磁場能夠改變臨界形核核心尺寸，強制晶體取向；并使順磁性物質凝固點降低，抗磁性物質的凝固點提高。3、低頻磁場：鋁合金的低頻(50Hz)電磁鑄造法（利用電磁力實現液態金屬的約束成形，在無成形模具的條件下完成金屬的熔煉與成形，即電磁鑄造），利用其強烈的電磁攪拌，可顯著細化晶粒，提高鑄錠的表面質量，減小表面偏析層厚度。如圖所示，感應器中通入一定頻率的交變電流，液態金屬內部將產生交變的感應電流。在液態金屬的側表面內產生一個指向液態金屬內部的電磁壓力壓縮液態金屬。同時，在金屬液表面和內部都產生電磁攪拌力，金屬液內部的電磁攪拌力將引起金屬液的流動，可以改善鑄件內部的組織形態；而金屬液表面的電磁攪拌力則引起表面波動，影響表面質量，因此應予消除或抑制。低頻磁場高頻電磁場在金屬凝固過程中的物理模型示意圖4、高頻磁場與電磁成形技術：高頻磁場可用于電磁凈化，懸浮熔煉等。電磁懸浮熔煉的特點是無污染、熔體均勻、熔化速度快等，但懸浮金屬的質量受限。

該法采用低頻交變電場加靜磁場的組合方式，利用電磁力強迫流體流動并產生穴化現象(cavitationphenomena)以細化晶粒。5、復合電磁場：電磁離心鑄造原理示意圖如圖所示：電磁力的方向和大小都呈周期性的變化，其徑向分量對徑向壓強起周期性的加強、減弱作用；而切向分量與旋轉方向相反，并且其太小與液態金屬所處的位置有關。切向分量促使液態金屬作與鑄型旋轉方向相反的運動．從而形成電磁攪拌。6、電磁離心凝固法

由于在電磁離心凝固過程中，金屬熔體不僅受到電磁力的作用，而且還受到很強的離心力的作用。同時由于結晶前沿存在著較強的液相流動，柱狀晶發生迎流傾斜生長，進而被折斷，為等軸晶的形成提供了形核條件，從而促進了柱狀晶向等軸晶的轉化。電磁攪拌通過流動金屬液對樹枝晶前端的動力折斷及熔蝕作用造成大量晶枝碎片供作晶核同時，強力流動可大大加速液心的傳熱而使過熱度迅速消失、兩相區迅速擴大，加速傳質，使凝固前沿擴散邊界層減薄而濃度梯度增大，兩相區成分過冷增加。7、電磁懸浮凝固技術是指利用金屬熔滴與交流磁場相互作用產生的電磁力使熔滴在懸浮狀態發生下凝固的技術。應用：一方面，它被應用在地面實驗室中，利用電磁力來克服重力影響而將金屬樣品懸浮起來，實現微重力環境下的凝固過程；另一方面，它被用在空間實驗中，來實現對樣品的定位,可用來實現金屬材料在較大過冷度情況下的凝固技術。磁懸浮原理框圖其方向在圖1中x軸左方沿x軸正向，在x軸右方y沿x軸負向。可見，旋轉的液態金屬在穩恒磁場中受到方向和大小都呈周期性變化的電磁力。液態金屬電磁離心凝固力場分析的模型如圖示．設液體金屬在穩恒磁場中作運動，旋轉角速度為w，由于離心力的作用形成壁厚為(R—r)的圓管，如圖選定坐標系后管長沿z方向．電磁力分析液體金屬所受的電磁力（注意到J與B的夾角）(1)在穩恒磁場中旋轉的液體金屬同時受到電磁力場、離心力場和重力場的作用。電磁力的大小和方向均呈周期性變化，與液體金屬的位置有關；(2)電磁力在液體金屬管的徑向分量對離心鑄造的徑向壓強起周期性增大和減小作用；切向分量驅動結晶前沿的液相與固相作相對運動，形成電磁攪拌，改變離心鑄管的凝固方式和凝固組織。結論：電磁場凝固應用板坯連鑄結晶器電磁攪拌技術（1）減少最終產品的表面缺陷（2）減少板材和管線內部缺陷板坯連鑄結晶器電磁制動技術（1）減少保護渣卷吸（2）提高了鋼的清潔度一、板坯連鑄結晶器電磁攪拌裝置

在鑄軋區中施加不同的電磁場，其晶粒細化效果是不同的。電磁振動不僅加劇結構起伏和能量起伏，有促進均勻形核的作用，而且還能產生大量的非均勻形核的晶核，晶粒細化效果較好，對柱狀晶的生長有極強的抑制作用。二、鎂鋁合金中的應用電磁連鑄過程中，作用在熔體的電磁壓力使壓強增大，使金屬熔體的熔點升高，過冷度增大，凝固驅動力增大，有利于熔體中大量形核，達到細化晶粒目的。同時由于電磁攪拌和電磁振動作用，使鎂合金鑄有利于提高性能。電磁場在伴有凝固相變現象的材料加工工程中扮演著重要角色,上述僅是就筆者所了解的情況做一粗略介紹。

電磁場有如一只無形的手,通過場將熱和力效應施加給導電流體。電磁場的這種“超距作用”,一方面為控制金屬凝固傳輸過程提供了一種清潔、高效的手段,成為材料制造過程的“利器”;