你知道真空除气是什么吗？

    金属材料在熔炼时，液态金属要吸收H₂、O₂、N₂、CO等气体。金属对气体的溶解度随温度增高而增大，反之随温度的下降而减少。因此，当液态金属冷却呈铸锭时，气体在金属中的溶解度降低，由于冷却速度太快，气体无法完全释放出来而被留在固体金属内部，生成气孔及白点（由H₂形成）等冶金缺陷或以原子和离子状态固溶在金属内。即使采用真空熔炼，仍还有一部分气体存在于金属内部。此外，这些金属材料在随后的锻造、热处理、酸洗、钎焊等加工过程中，不可避免的还要再吸收一些气体。

    吸收的气体在金属中存在的形式是：

1. 气体以原子或离子形式存在于金属中。它们通常以间隙原子（例如氢）和置换原子（例如氮）存在；

2. 气体以分子形式存在于气孔、白点和显微裂纹中；

3. 气体和金属以化合物形式在表面及内部形成单独的相，如钢中的氧化物和氮化物；

4. 气体在金属表面和内部气孔表面化学及物理吸附。

    吸收了气体的金属材料其电阻、热传导、磁化率、硬度、屈服点、强度极限、延伸率、断面收缩率、冲击韧性、断裂韧性等机械物理性能均受到影响。因此，我们不但要控制原材料在冶金过程中的气体含量，而且也要除去在热加工工序所吸收的气体，或改进工艺来防止吸收气体。

    根据西佛斯定律，气体如H₂、O₂、N₂在金属中的溶解度与其分压的平方根成正比，即：

    式中：S-气体在金属中的溶解度；P-气氛中被溶解于金属中的气体分压；K-西佛斯常数，与温度有关。

    上式说明，随着周围气氛中有关气体的分压减小，气体在金属中的溶解度也减小，即减小到该气体分压相对应的平衡溶解度。如果金属含有气体的量大于平衡溶解度，则多余的气体就要释放出来，因此，减低压力即提高真空度，可以达到减少气体溶解于金属的目的。

    真空除气通常分为两种型式：一种称为A型除气，即在真空条件下，金属中的气体是以分子型式或称为分子状态从金属表面释放出来，并随即被真空泵抽走；另一种称为B型除气，这种除气过程气体是以金属生成的化合物蒸汽自金属表面挥发而把其除去。如在Nb或Ta中的氧，在真空除气时是以气相NbO₂、NbO、TaO、TaO₂蒸汽形式自金属表面挥发而被排走。

    在A型除气中，气体如H₂O的蒸汽、N₂、CO₂等气体分子是以物理或化学吸附形式被吸附在金属表面上，当真空度抽到100托时，这些气体即要产生解吸而被抽走。加热可以加速气体的解吸过程。

    气体以原子或离子形式存在于金属点阵，或以分子形式存在于金属内部的气孔、裂纹中、其除气过程进行如下：

1. 溶解于固体金属内，位于金属点阵间作为间隙原子的气体原子或离子，在真空除气时开始通过空隙，沿着晶界或小平面形状的点阵缺陷如位错、低角晶界向表面扩散；

2. 气体原子或离子从金属内部扩散至金属表面，脱离金属点阵在表面呈被吸附状态；

3. 被吸附在金属表面的相同气体的原子重新结合为气体分子；

[H]_吸附+[H]_吸附→H₂

被吸附在金属表面的不同气体原子化合为新的气体分子；

[C]_吸附+[O]_吸附→[CO]

或  [C]_吸附+2[O]_吸附→[CO₂]

被吸附在金属表面的气体原子与金属基本点阵的原子结合而生成化合物。

[Ta]+[O]_吸附→[TaO]

4.重新结合的气体分子脱离固体金属表面进入真空炉室并被真空泵抽走，从而达到从金属内部除气气体的目的。其中如[TaO]化合物则升华为气态TaO而被抽走或凝聚在真空炉内壁表面上。

如果气体是以分子状态存在于金属内部的气孔或裂缝处时，则真空除气首先使气体分子分解为气体原子或离子并溶解于金属内，其除气步骤是：

1.气体分子在气孔或裂缝处呈物理吸附状态；

2.由物理吸附变为化学吸附并分解为气体原子或离子；

3.分解的气体原子或离子溶解于金属的点阵中；

4.通过扩散迁移而使气体原子在金属表面呈被吸附状态。以后则按前述的除气过程使气体从金属表面除去。

    B型除气，实质上也属金属氧化物在真空加热时被还原或挥发的净化过程，这种净化作用将在下面加以叙述。

    真空除气之所以能够除去金属内部的气体主要因素是在负压条件下，因此所采用的真空度高低直接影响真空除气速度和效果。真空除气过程是气体从金属内部向外扩散过程，而扩散常数是随着温度的升高而增大，即：

D=D₀exp（-E/RT）

    因此，决定真空除气效果的第二个因素是温度，在给定的真空条件下，温度越高除气效果越好。当真空除气的温度和真空度已定，真空除气的时间越长效果越好，因为扩散过程需要一定的时间，故真空除气时间是影响除气效果的第三个因素。据国外文献报导，对像钢铁一类有相变的金属材料来说，在相变点附近的温度进行真空除气的效果最好，这可能是金属材料在相变时对气体的溶解度减少或是在相变时由于晶格改变有利于原子迁移等原因。

来源：热处理书籍