真空電弧再熔煉

真空電弧再熔煉 （Vacuum arc remelting，常縮寫為VAR）是一種生產無論在機械性質或在化學性質都具有高度的金屬的製程。 真空電弧再熔煉製程可用於煉製特用鋼材，或用於煉製生醫、航太等嚴苛應用環境所需的材料。

總覽與評價
用真空電弧再熔煉製程生產的材料通常必須用於高價值的應用，因為這項製程昂貴且曠日費時。一般的商用金屬或合金根本不需要這項一煉再煉的製程處理。鎳、鈦、特用鋼材才會常常用這種製程精煉。通常生產鈦合金需要一至三次的真空電弧再熔煉。
採用這種製程精煉金屬會有下列好處：

熔融材料的凝固速率可以被嚴格控管，這意味著材料凝固後的也能連帶被高度控管，將金屬偏析最小化的能力也能大幅提升。
在真空狀態下，氣體雜質如氮、氧、氫等會從材料逸散至真空中。
材料中碳、硫、鎂等具有高蒸氣壓的雜質濃度會降低。
有效消除中線附近氣孔及偏析等情況
一些不能在大氣環境中冶煉的金屬，如鈦，可以用這種方法處理。

製程
要真空電弧再熔煉的材料通常會先經過真空感應熔煉（VIM）或者盛鋼桶精煉作前處理，先將這些材料製成圓柱狀。接著將這些圓柱狀材料置入內部為冶金級真空()的封閉大圓柱體坩堝當作上電極（固相，通常是陽極）。坩堝一般由銅製造，且外部以水包覆（水冷銅模的概念）以利控制冷卻時凝固的速率。同坩堝亦兼做下電極(通常是陰極)，接著將上電極向下移動靠近下電極，數千安培的直流電此時被通入上下兩電極之間，產生一連續之熔體。為了防止上電極與坩堝壁間產生電弧，坩堝半徑會比上電極半徑大。如此，上電極必須不斷往下移動才能確保整個過程持續進行，不然上電極底部會熔化成液相一直往下滴，而拉開兩電極間距。由此可見，整個製程主要控制的參數有電流大小、冷卻水、上下兩電極間距三樣。依前述之理，重覆該製程多次精煉時，上次煉完之錠，為下次精煉之電極。

理想上，整個製程中的熔融速率應該要維持一致，但實際上很難控制。這是因為複雜的熱傳導、熱對流（主要在液相）、熱輻射以及勞倫茲力產生的干擾所致。 確保熔池幾何、熔化速率維持一致對熔煉後的金屬性質極為關鍵。

材料與應用
真空電弧再熔煉製程可以對多種材料運用，然而有些材料一定要以此製程處理才能生產或才能用。以下列舉可用真空電弧再熔煉處理的材料：

鋼
9310
4340 & 4330+V
300M
304
316
AF1410
 100
M50
BG42
Nitralloy
16NCD13
35NCD16
HY-100
HY-180
HY-TUF
D6AC
麻田散鐵時效鋼
UT-18
HP 9-4-30
鈦
Ti-6Al-4V（鈦-6鋁-4釩）
Ti-10V-2Al-3Fe
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr
因瓦合金
（一種鎳鈦形狀記憶合金）
鎳基超合金
英高鎳合金
René 合金
RR1000
鋯
鈮
鉑
鉭
銠

值得注意的是，純鈦及絕大部分的鈦合金都需要真空電弧再熔煉兩、三次才能生產。鎳基超合金若要用於航太用途通常也需經此製程生產。用於核能應用的鋯與鈮合金也要通過真空電弧再熔煉。精煉純鉑、純鉭、純銠可用真空電弧再熔煉處理。

參考文獻

延伸閱讀
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冶金