CN101671800B - 金属热处理装置及金属热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属热处理装置，其包括加热腔、第二偏压电源与第一偏压电源。该加热腔用于收容待处理金属以对其进行热处理，该第一偏压电源与第二偏压电源分别于该加热腔内产生两个方向相反的电场。该第一偏压电源的偏压值U₁与第二偏压电源的偏压值U₂分别满足以下关系式：

n为大于或等于0的整数，u₁的取值范围为50伏至1000伏，u₂的取值范围为0伏至50伏，频率f为10⁴赫兹至10⁶赫兹，t表示时间。本发明还涉及一种金属热处理方法，以消除金属应力。

Description

金属热处理装置及金属热处理方法

技术领域

本发明涉及金属热处理技术领域，特别涉及一种金属热处理装置及金属热处理方法。

背景技术

镁合金具有轻量化、高强度、耐压性、散热佳、易于铸造及射出成型等特性，因此正在逐渐取代塑胶材料，越来越广泛被应用于笔记本电脑，手机等体积轻巧的电子产品中。请参阅文献M.Bamberger，G.Dehm；Trends in the Development of New Mg Alloys；Annual Review of Materials Research，August 2008，Vol.38，Pages505-533，其简单介绍目前镁合金的发展及应用趋势。

目前，在制备过程中，镁合金从熔融态凝固为固态时，在合金中形成温度梯度，使晶体形核长大形成所需的微观组织形貌。然而，镁合金的晶体形核长大过程中，相邻晶粒之间的晶界会存在较大的内应力，该内应力在凝固过程中无法被消除。然而，镁合金内部存在内应力过大，会使降低镁合金的韧性、塑性且性能分布不均匀的问题。如果采用该镁合金进行产品制作，则会使产品易出现裂纹或结合不紧密等问题。

发明内容

因此，有必要提供一种金属热处理装置及金属热处理方法，以消除金属的内应力。

以下将以实施例说明一种金属热处理装置及金属热处理方法.

一种金属热处理装置，包括加热腔、第二偏压电源与第一偏压电源。该加热腔用于收容待处理金属以对其进行热处理，该第一偏压电源与第二偏压电源分别于该加热腔内产生两个方向相反的电场。该第一偏压电源的偏压值U₁与第二偏压电源的偏压值U₂分别满足以下关系式：

$U_1=\left\{\begin{array}{c}{u}_1\cos \left(2\mathrm{\&pi;ft}\right)((2n+1/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+3/2)\mathrm{\&pi;})\\ -u_2(2\mathrm{n\&pi;}<2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+1/2)\mathrm{\&pi;},(2n+3/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+2)\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.,$

$U_2=\left\{\begin{array}{c}{u}_1\cos \left(2\mathrm{\&pi;ft}\right)(2\mathrm{n\&pi;}<2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+1/2)\mathrm{\&pi;},(2n+3/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+2)\mathrm{\&pi;})\\ u_2((2n+1/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+3/2)\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.$

n为大于或等于0的整数，u₁的取值范围为50伏至1000伏，u₂的取值范围为25伏至50伏，频率f为10⁴赫兹至10⁶赫兹，t表示时间。

一种使用所述金属热处理装置的金属热处理的方法，包括以下步骤：首先，加热腔升温并保温加热放置在加热腔内的金属。然后，开启第一偏压电源与第二偏压电源在加热腔内产生两个方向相反的电场，使金属在高温与电场的作用下进行热处理。

与现有技术相比，该金属热处理装置通过加热与电场同时作用于金属对其进行热处理。该电场分别由第一偏压电源与第二偏压电源，使待处理金属交替处于第一偏压电源与第二偏压电源分别产生的电场中受相应电场的作用，从而在该交替电场及温度的作用下消除金属应力，获得较好的综合性能。

附图说明

图1是本技术方案第一实施例提供的金属热处理装置图。

图2是本技术方案第二实施例提供的金属热处理装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及多个实施例，对本技术方案提供的金属热处理装置及金属热处理方法作进一步的详细说明。

请参阅图1，本技术方案第一实施例提供的金属热处理装置10，其包括加热腔11、第一偏压电源12与第二偏压电源13。该第二偏压电源13与第一偏压电源12与加热腔11电连接。

该加热腔11通过加热对收容其中的待处理金属进行热处理。该加热腔11可为退火炉或其他可加热并具有保温功能的腔体。本实施例中，加热腔11具有一个腔室，该腔室为真空加热腔，即使用时可将其中的空气及其他杂质气体抽出，并向其中充入惰性气体、氮气或两者的混合物，以防止热处理金属被氧化。该金属热处理装置10具有侧壁111，并在该侧壁111设置有封闭门112，用以从加热腔11内取出或放入待处理金属。优选地，该加热腔11内设置石英加热管113，即通过石英玻璃吸收来自电热丝辐射的可见光和近红外光，并将其之转化为远红外辐射，该远红外辐射使加热腔11内升温至所需温度。当然，该加热腔11内也可设置电阻加热元件或其他加热装置。该金属热处理装置10具有相对设置的顶壁115与底壁116。

该第一偏压电源12的两极分别连接于顶壁115与底壁116，其具有偏压值U₁，该偏压值U₁满足以下关系式：

$U_1=\left\{\begin{array}{c}{u}_1\cos \left(2\mathrm{\&pi;ft}\right)((2n+1/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+3/2)\mathrm{\&pi;})\\ -u_2(2\mathrm{n\&pi;}<2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+1/2)\mathrm{\&pi;},(2n+3/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+2)\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.,$

其中，n为大于或等于0的整数，u₁的取值范围为50伏至1000伏，u₂的取值范围为25至50伏，频率f为10⁴赫兹至10⁶赫兹，t表示时间，以使第一偏压电源12在加热腔11内产生与该第一偏压电源12相对应的第一电场E1，该第一电场E1的方向：自顶壁115指向底壁116(如图1中E1所示的电场方向)。本实施例中，第一电场E1的方向垂直于待处理金属的最大表面，以保证电场作用均匀。

该第二偏压电源13的两极分别连接于顶壁115与底壁116，其具有与第一偏压电源12相类似的偏压值U₂，其区别在于，该第二偏压电源13与第一偏压电源12存在180度的相位差，且产生的电场方向相反，该偏压值U₂满足以下关系式：

$U_2=\left\{\begin{array}{c}{u}_1\cos \left(2\mathrm{\&pi;ft}\right)(2\mathrm{n\&pi;}<2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+1/2)\mathrm{\&pi;},(2n+3/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+2)\mathrm{\&pi;})\\ u_2((2n+1/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+3/2)\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.$

其中，n为大于或等于0的整数，u₁的取值范围为50伏至1000伏，u₂的取值范围为25至50伏，频率f为10⁴赫兹至10⁶赫兹，t表示时间，以使第二偏压电源13在加热腔11内产生与该第二偏压电源13相对应的第二电场E2。该第二电场E2方向与第一偏压电源12产生第一电场E1方向相反，即：自底壁116指向顶壁115(如图1中E2所示的电场方向)。

本实施例中，对金属进行热处理，该第一偏压电源12与第二偏压电源13于加热腔11内同时产生与该两个电源分别相对应的第一电场E1与第二电场E2，以作用于金属。该第一偏压电源12与第二偏压电源13存在180度的相位差。

如果以对镁合金进行消除应力的热处理为例，该加热腔11升温并保温于100至200度之间，同时，该第一偏压源12、第二偏压电源13的偏压值U₁与U₂中u₁为150伏至500伏、频率f为4×10⁴赫兹至4×10⁵赫兹，使镁合金内方向相反的应力被消除，获得较好的综合性能。

请参阅图2，本技术方案第二实施例提供的金属热处理装置20，其结构与第一实施例的热处理装置10的结构大致相同，其区别在于：第一，第二偏压电源对加热腔电场作用方式。

本实施例中，加热腔21包括相连通的第一腔室201与第二腔室202。该第一偏压电源22及第二偏压电源23分别在第一腔室201产生与第一偏压电源22对应的第一电场E1，而在第二腔室202产生与第二偏压电源23对应的第二电场E2。第一电场E1与第二电场E2的方向相反。使用时，第一腔室201与第二腔室202的保温的温度相同。

该金属热处理装置20还包括移动承载装置24，用于承载并带动待处理金属在加热腔21内移动，以带动待处理金属进入或离开第一腔室201或第二腔室202，并在腔室中受到相应电场的作用。本实施例中，移动承载装置24为耐高温金属制成的传送带。该传送带同时设置于第一腔室201与第二腔室202，并可沿相反地两个方向运动，以带动放置于传送带的待处理金属在第一腔室201与第二腔室202之间做往返运动。移动承载装置24具有面对石英加热管213的承载面241，以供待处理金属放置，以使放置于承载面241的待处理金属朝向石英加热管213，保证金属受热均匀。

该移动承载装置24的移动速度需要根据实际热处理时需要的作用电场的方向、大小与时间及第一偏压电源22与第二偏压电源23电压变化周期来决定，以保证待处理金属的热处理效果。

本实施例中，第一腔室201与第二腔室202之间设置有垂直于承载面241的间隔门214。该间隔门214采用电磁屏蔽材料制成，以在使用时阻隔第一腔室201内产生的第一电场E1与第二腔室202内产生的第二电场E2相互干扰，使待处理金属可单独在第一电场E1或第二电场E2的作用下进行热处理。

该间隔门214包括固定端214a与移动端214b。该固定端214a一端固定于加热腔21的底壁216，而另一端靠近移动承载装置24。该移动端214b可动地穿设于加热腔21的顶壁215，用于相对于顶壁215移动，做远离与靠近移动承载装置24的承载面241。

使用中，移动端214b远离承载面241，放置于承载面241的待处理金属在移动承载装置24的带动下，将经第一腔室201的第一电场E1作用后的待处理金属传送至第二腔室202进行第二电场E2的作用。同时，移动端214b靠近承载面241将第一腔室201与第二腔室202间隔开，以减小电场干扰。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属热处理装置，其包括加热腔、第二偏压电源与第一偏压电源，所述加热腔用于收容待处理金属以对其进行热处理，所述第一偏压电源与第二偏压电源分别于所述加热腔内产生两个方向相反的电场，所述第一偏压电源的偏压值U₁与第二偏压电源的偏压值U₂分别满足以下关系式：

$U_1=\left\{\begin{array}{c}{u}_1\cos \left(2\mathrm{\&pi;ft}\right)((2n+1/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+3/2)\mathrm{\&pi;})\\ -u_2(2\mathrm{n\&pi;}<2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+1/2)\mathrm{\&pi;},(2n+3/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+2)\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.,$

$U_2=\left\{\begin{array}{c}{u}_1\cos \left(2\mathrm{\&pi;ft}\right)(2\mathrm{n\&pi;}<2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+1/2)\mathrm{\&pi;},(2n+3/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+2)\mathrm{\&pi;})\\ u_2((2n+1/2)\mathrm{\&pi;}\&le;2\mathrm{\&pi;ft}\&le;(2n+3/2)\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.$

n为大于或等于0的整数，u₁的取值范围为50伏至1000伏，u₂的取值范围为25伏至50伏，频率f为10⁴赫兹至10⁶赫兹，t表示时间。

2.如权利要求1所述的金属热处理装置，其特征在于，所述u₁为150伏至500伏，频率f为4×10⁴赫兹至4×10⁵赫兹。

3.如权利要求1所述的金属热处理装置，其特征在于，所述加热腔具有一个腔室，所述第一偏压电源及第二偏压电源同时于加热腔产生两个方向相反的电场。

4.如权利要求1所述的金属热处理装置，所述金属加热处理装置进一步包括用于承载并移动待处理金属的移动承载装置，其相对于加热腔滑动设置，以带动金属在加热腔内移动，所述加热腔包括相连通的第一腔室与第二腔室，所述第一偏压电源及第二偏压电源分别于第一腔室及第二腔室产生两个方向相反的电场，使移至第一腔室或第二腔室的金属分别受到相应电场的作用。

5.如权利要求4所述的金属热处理装置，其特征在于，所述第一腔室与第二腔室之间设置有间隔门，以阻隔第一腔室与第二腔室产生的电场相互干扰。

6.如权利要求1所述的金属热处理装置，其特征在于，所述加热腔为真空加热腔。

7.如权利要求1所述的金属热处理装置，其特征在于，所述加热腔相对两侧分别设置第一置料室与第二置料室，分别用于放置待处理与处理完毕的金属。

8.一种使用如权利要求1至7任意一项所述的金属热处理装置对金属进行热处理的方法，包括以下步骤：

加热腔升温并保温加热放置在加热腔内的金属；

开启第一偏压电源与第二偏压电源在加热腔内产生两个方向相反的电场，使金属在高温与电场的作用下进行热处理。

9.如权利要求8所述的金属热处理方法，其特征在于，所述金属热处理方法还包括在所述加热腔升温前向加热腔加入惰性气体、氮气或两者的混合物的步骤，以热处理在保护气体下进行。

10.如权利要求8所述的金属热处理方法，其特征在于，所述第二偏压电源与第一偏压电源同时在加热腔产生两个方向相反的电场，并作用于金属。

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