EBMテクノロジー
電子ビーム溶解とは、高真空下で金属を溶解するための熱源として、高速電子ビーム流の運動エネルギーを熱に変換する真空溶解法を指す。略称はEBM。
EBM技術とは
この溶解法は、溶解温度が高く、炉の出力と加熱速度が調整可能で、製品品質が良いという特徴があるが、金属歩留まりが低く、比電力消費量が高く、高真空下で溶解する必要があるなどの問題もある。
電子ビーム溶解は、鉄鋼やレアメタルの溶解・精錬だけでなく、溶接やセラミック材料の溶解・鋳造にも広く利用されている。
EBM技術プロセス原理
高真空条件下で、カソードは高電圧の電界によって加熱され、電子を放出します。電子ビームは、加速電圧の作用により非常に高速で陽極に向かって移動し、陽極を通過した後、集束コイルと偏向コイルの作用により、底部インゴットと晶析装置内の材料に正確に衝突し、底部インゴットを溶融させて溶融プールを形成させ、材料を連続的に溶融させてプールに滴下させ、溶融プロセスを実現します。
電子ビーム炉の加速電圧は一般的に約3万ボルトで使用され、X線の最大損失は0.5%以下、二次放出電子の損失はさらに小さくなる。そのため、電子ビームのエネルギーは、ほぼ完全に電気エネルギーから運動エネルギーに変換され、さらに運動エネルギーから熱エネルギーに変換される。
EBM技術プロセスの特徴
電子ビーム溶解プロセスは、溶解のための高真空環境（溶解真空度は一般に10〜10Pa）、溶解中のメルトプールの温度およびその分布の制御が可能で、メルトプールの維持時間を広い範囲で調整できること、溶解が水冷銅るつぼ（晶析器）内で行われ、金属液が耐火物で汚染されるのを効果的に防止できること、などの特徴がある。したがって、電子ビーム溶解は、一部の金属材料、特に耐火性金属の精錬に不可欠な手段を提供すると言える。
EBMプロセスにおける3つの基本的な冶金反応
01
ガス抜き。
電子ビーム溶解は、ほとんどの金属から水素を除去し、水素の除去は容易で、一般に炉の装入物が溶解される前に除去される。高真空のため、溶融池の温度と液体状態の時間を制御でき、脱硝効果も高い。
02
金属不純物の揮発。
電子ビームの溶融温度では、母材よりも蒸気圧の高い全金属不純物は、程度の差こそあれ揮発によって除去される。
03
非金属介在物の除去。
電子ビーム溶解温度と真空中の酸化物および窒化物介在物は、[O]と[N]を分解して除去することが可能である。[O]は、炭素-酸素反応によっても除去することができる。さらに、インゴットのボトムアップ順次凝固特性も、非金属介在物の浮遊を助長する。
