一种磁体生产用烧结工艺
技术领域
本发明属于磁体烧结设备技术领域,具体地,涉及一种磁体生产用烧结工艺。
背景技术
稀土永磁材料是80年代发展起来的第3代新型功能材料,稀土永磁体以其优异的性能,丰富的原料,合理的价格,正在得到迅速的发展和广泛的应用。其主要应用在微特电机、永磁仪表、电子工业、汽车工业、石油化工、核磁共振装置、电声器材、磁悬浮系统、磁性传动机构和磁疗设备等方面。磁体的主要制造工艺过程为:合金熔炼、氢破碎制粗粉、气流磨制细粉、定型、等静压、烧结、表面处理、充磁使用。其中烧结是一个关键步骤,烧结工艺的好坏直接决定着磁体的性能和合格率。烧结对于磁体的磁性能有着决定性的影响,而影响磁体烧结综合磁性能的主要因素为磁体致密度、晶粒尺寸大小、晶间相的分布等。磁体粉末压坯的机械强度和相对密度均较低,其磁性和抗氧化性也比较差,压坯不具有任何实用性,只有经过烧结、致密化了的磁体才具有实用性,因此实现高密度是烧结的主要目标。
传统的烧结方法为了提高磁体的致密度,通常通过在烧结步骤提高烧结温度(高于1040℃),增加烧结时间到3小时以上来实现,存在烧结时间长,既耗时又耗能等问题,且长时间的高温烧结使磁体的主相晶粒粗大以及晶间相的不均匀分布,导致磁体取向度变差,矫顽力下降,最大磁能积下降。
传统的真空感应烧结炉采用的是间接感应加热,即感应线圈对固定在感应线圈内的石墨筒作用,热能在石墨筒壁中产生,工件所受到的是石墨简的辐射热。此种加热方法使得烧结炉内的工件加热升温缓慢,且升温过程中使工件表面温度与工件中心温度差异较大,且在降温过程中厚重的石墨筒需要先散热降温,导致烧结炉内温度下降缓慢,严重影响工件冷却时间,降低生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁体生产用烧结工艺,通过使用感应线圈直接对磁体进行加热升温,使用电加热丝对烧结炉内环境进行保温,解决了现有技术中存在的磁体升温速度慢、受热不均匀、加热时间长,导致磁体晶间相分布不均匀、晶粒粗大,影响磁体性能的问题;通过向烧结炉内通入冷却的惰性气体,解决了磁体冷却速度慢,影响磁体烧结生产效率的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种磁体生产用烧结工艺,具体包括如下步骤:
步骤S1:将成型的磁体压坯按照均匀的间隙,整齐置于真空电感烧结炉设备中的感应线圈内,控制伸缩气缸收缩,使炉门关闭并密封,同时启动第一真空泵和第二真空泵,将炉体内部真空度抽至2-5Pa,然后关闭第一阀门和第二阀门,向感应线圈通电,以100℃/s的升温速率,将磁体压坯从室温升温至第一温度300℃-400℃,保温8-10min,保温过程中打开第一阀门,对炉体内部抽真空,使真空度稳定在50Pa;
步骤S2:将步骤S1处理后的磁体使用感应线圈加热,以100℃/s的升温速率,升温至第二温度750℃-850℃,保温10-30min,保温过程中启动气泵,从进气口向炉体中充入惰性气体,使炉体内惰性气体压力稳定在100-200Pa,待保温完成后,停止气泵充入惰性气体,打开第二阀门,将炉体内部真空度抽至2-5Pa,关闭第一阀门和第二阀门,然后再关闭第一真空泵和第二真空泵;
步骤S3:将步骤S2处理后的磁体通过感应线圈加热,以80℃/s的升温速率,升温至第三温度1000℃-1040℃,向电加热丝通电,使炉体内温度保持,然后关闭感应线圈,使磁体在电加热丝的供热下,保温1-2h;
步骤S4:保温完成后,将电加热丝断电停止供热,先打开电磁气阀,再启动气泵,向炉体内充入惰性气体气淬冷却磁体至600℃-650℃后,关闭气泵,待磁体在炉体内自然冷却至400-450℃时,再次启动气泵向炉体内充入惰性气体淬冷却磁体至室温,控制伸缩气缸伸长使炉门打开,将冷却后的磁体出炉,即得到烧结磁体。
进一步,步骤S2和步骤S4中所述惰性气体为氩气或氮气。
上述步骤中所述真空电感应烧结炉设备,包括加热装置、充气冷却装置和抽真空装置,所述充气冷却装置位于加热装置左侧,所述抽真空装置位于加热装置右侧;
所述加热装置包括炉体、炉架和炉门,所述炉体为水平摆放的圆柱体,炉体下方设有炉架,炉架与炉体底端固定连接,所述炉体的一端设有炉门,炉体的另一端为密闭状态,所述炉体内部设有保温层,所述保温层与炉体内壁固定连接,所述炉体顶端中心设有出气口,所述出气口贯穿炉体和保温层,出气口与炉体内部连通,所述炉体底端左侧设有进气口,所述进气口贯穿炉体和保温层,进气口与炉体内部连通,所述炉体右侧设有抽真空口,所述抽真空口贯穿炉体和保温层,抽真空口一端与炉体内部连通,抽真空口另一端与抽真空装置固定连通;
所述充气冷却装置包括气泵、冷却箱和气管,所述冷却箱侧壁下方设有出管口,所述出管口与气泵输入端固定连通,所述气泵输出端与进气口固定连通,所述冷却箱顶端设有进管口,所述进管口与出气口之间设有气管,所述气管一端与进管口固定连通,气管另一端与出气口固定连通,所述气管上安装有电磁气阀。
进一步,所述炉体内部中心设有感应线圈,所述感应线圈为方形,感应线圈两侧对立设有线圈固定架,所述线圈固定架一端与感应线圈固定连接,线圈固定架另一端与炉体内壁固定连接,所述炉体底端设有两对立设置的接线端子,所述接线端子与感应线圈电气连接,所述感应线圈与保温层之间设有电加热丝,电加热丝远离感应线圈的一侧设有若干均匀分布的加热丝固定架,所述加热丝固定架一端与电加热丝固定连接,加热丝固定架另一端与炉体内壁固定连接。
进一步,所述炉体外部顶端一侧安装固定有红外测温仪,所述红外测温仪测温端贯穿炉体侧壁和保温层,红外测温仪测温端位于炉体内部,所述炉体外部顶端远离红外测温仪的一侧安装固定有真空压力表,所述真空压力表与炉体内部连通。
进一步,所述炉体外壁上设有两对立设置的门脚座,两门脚座之间设有门支架,所述门支架一端与门脚座铰链连接,门支架另一端与炉门圆弧面固定连接,两个门脚座相互远离的两侧设有对立设置的固定轴,所述固定轴与门脚座固定连接,所述门支架两侧设有对立设置的气缸固定座,所述气缸固定座与门支架固定连接,固定轴与气缸固定座之间设有伸缩气缸,所述伸缩气缸一端与固定轴铰链连接,所述伸缩气缸另一端与气缸固定座铰链连接。
进一步,所述炉门远离门支架的一侧的弧形面上安装固定有把手。
进一步,所述抽真空装置包括抽真空过滤器,第二阀门、第一阀门、第二真空泵和第一真空泵,所述抽真空过滤器中心左侧设有过滤器进口,所述过滤器进口与抽真空口固定连通,抽真空过滤器右侧上方设有过滤器上出口,抽真空过滤器右侧下方设有过滤器下出口,所述过滤器上出口通过抽真空管道与第二真空泵抽真空端连通,过滤器上出口与第二真空泵之间设有第二阀门,所述第二阀门安装在过滤器上出口与第二真空泵之间的抽真空管道上,所述过滤器下出口通过抽真空管道与第一真空泵抽真空端连通,过滤器下出口与第一真空泵之间设有第一阀门,所述第一阀门安装在过滤器下出口与第一真空泵之间的抽真空管道上。
本发明的有益效果:
1、本发明通过真空电感烧结炉设备中的感应线圈直接对磁体压坯进行加热,使磁体压坯快速升温到第一温度、第二温度和烧结温度,减少辐射散热的缓慢散热过程,提高了加热速度,大大缩短了加热时间,提高了生产效率;磁体压坯在第一温度和第二温度的升温过程中,磁体压坯内的添加剂和杂质气体可以快速气化排出,减少了磁体压坯的保温时间;通过感应线圈直接对磁体压坯直接加热,使磁体压坯整体快速升温至烧结温度,减小了磁体压坯中心和外部的温度差,再通过电加热丝进行加热保温,使磁体内晶相细密均匀,提高了烧结磁体的密度和磁性能;
2、本发明通过直接将在真空电感烧结炉设备中的磁体进行气淬回火冷却,将磁体冷却过程和热处理过程合并,减少磁体热处理时再次加热,节约了加热燃料,提高了生产效率;气淬冷却时通过将烧结炉内的惰性气体进行冷却循环使用,降低了生产成本;
3、本发明通过升温到第二温度保温的过程中,向烧结炉内通入惰性气体,同时对烧结炉内进行抽真空,惰性气体与磁体压坯对流,使第二温度保温过程中磁体压坯放出的杂质气体及时排出到炉外,保护磁体压坯不被氧化影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种磁体生产用烧结工艺中真空电感烧结炉设备的结构示意图;
图2为本发明真空电感烧结炉设备炉门位置的结构示意图;
图3为本发明真空电感烧结炉设备炉体的剖视图;
图4为本发明冷却箱的内部结构示意图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、加热装置;101、炉体;102、炉架;103、炉门;104、把手;105、门支架;106、门脚座;107、固定轴;108、伸缩气缸;109、气缸固定座;110、进气口;111、出气口;112、红外测温仪;113、真空压力表;114、抽真空口;115、感应线圈;116、接线端子;117、线圈固定架;118、电加热丝;119、加热丝固定架;120、保温层;2、充气冷却装置;201、气泵;202、冷却箱;203、出管口;204、进管口;205、气管;206、电磁气阀;3、抽真空装置;301、抽真空过滤器;302、过滤器进口;303、过滤器上出口;304、过滤器下出口;305、第二阀门;306、第一阀门;307、第二真空泵;308、第一真空泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
一种磁体生产用烧结工艺,具体包括如下步骤:
步骤S1:将成型的磁体压坯按照均匀的间隙,整齐置于真空电感烧结炉设备中的感应线圈115内,控制伸缩气缸108收缩,使炉门103关闭并密封,同时启动第一真空泵308和第二真空泵307,将炉体101内部真空度抽至2Pa,然后关闭第一阀门306和第二阀门305,向感应线圈115通电,以100℃/s的升温速率,将磁体压坯从室温升温至第一温度300℃,保温8min,保温过程中打开第一阀门306,对炉体101内部抽真空,使真空度稳定在50Pa;
步骤S2:将步骤S1处理后的磁体使用感应线圈115加热,以100℃/s的升温速率,升温至第二温度750℃,保温10min,保温过程中启动气泵201,从进气口110向炉体101中充入惰性气体,使炉体101内惰性气体压力稳定在100Pa,待保温完成后,停止气泵201充入惰性气体,打开第二阀门305,将炉体101内部真空度抽至2Pa,关闭第一阀门306和第二阀门305,然后再关闭第一真空泵308和第二真空泵307;
步骤S3:将步骤S2处理后的磁体通过感应线圈115加热,以80℃/s的升温速率,升温至第三温度1000℃,向电加热丝118通电,使炉体101内温度保持,然后关闭感应线圈115,使磁体在电加热丝118的供热下,保温1h;
步骤S4:保温完成后,将电加热丝118断电停止供热,先打开电磁气阀206,再启动气泵201,向炉体101内充入惰性气体气淬冷却磁体至600℃后,关闭气泵201,待磁体在炉体101内自然冷却至400℃时,再次启动气泵201向炉体101内充入惰性气体淬冷却磁体至室温,控制伸缩气缸108伸长使炉门103打开,将冷却后的磁体出炉,即得到烧结磁体。
实施例2:
一种磁体生产用烧结工艺,具体包括如下步骤:
步骤S1:将成型的磁体压坯按照均匀的间隙,整齐置于真空电感烧结炉设备中的感应线圈115内,控制伸缩气缸108收缩,使炉门103关闭并密封,同时启动第一真空泵308和第二真空泵307,将炉体101内部真空度抽至4Pa,然后关闭第一阀门306和第二阀门305,向感应线圈115通电,以100℃/s的升温速率,将磁体压坯从室温升温至第一温度350℃,保温9min,保温过程中打开第一阀门306,对炉体101内部抽真空,使真空度稳定在50Pa;
步骤S2:将步骤S1处理后的磁体使用感应线圈115加热,以100℃/s的升温速率,升温至第二温度800℃,保温20min,保温过程中启动气泵201,从进气口110向炉体101中充入惰性气体,使炉体101内惰性气体压力稳定在150Pa,待保温完成后,停止气泵201充入惰性气体,打开第二阀门305,将炉体101内部真空度抽至4Pa,关闭第一阀门306和第二阀门305,然后再关闭第一真空泵308和第二真空泵307;
步骤S3:将步骤S2处理后的磁体通过感应线圈115加热,以80℃/s的升温速率,升温至第三温度1020℃,向电加热丝118通电,使炉体101内温度保持,然后关闭感应线圈115,使磁体在电加热丝118的供热下,保温1.5h;
步骤S4:保温完成后,将电加热丝118断电停止供热,先打开电磁气阀206,再启动气泵201,向炉体101内充入惰性气体气淬冷却磁体至630℃后,关闭气泵201,待磁体在炉体101内自然冷却至420℃时,再次启动气泵201向炉体101内充入惰性气体淬冷却磁体至室温,控制伸缩气缸108伸长使炉门103打开,将冷却后的磁体出炉,即得到烧结磁体。
实施例3:
一种磁体生产用烧结工艺,具体包括如下步骤:
步骤S1:将成型的磁体压坯按照均匀的间隙,整齐置于真空电感烧结炉设备中的感应线圈115内,控制伸缩气缸108收缩,使炉门103关闭并密封,同时启动第一真空泵308和第二真空泵307,将炉体101内部真空度抽至5Pa,然后关闭第一阀门306和第二阀门305,向感应线圈115通电,以100℃/s的升温速率,将磁体压坯从室温升温至第一温度400℃,保温10min,保温过程中打开第一阀门306,对炉体101内部抽真空,使真空度稳定在50Pa;
步骤S2:将步骤S1处理后的磁体使用感应线圈115加热,以100℃/s的升温速率,升温至第二温度850℃,保温30min,保温过程中启动气泵201,从进气口110向炉体101中充入惰性气体,使炉体101内惰性气体压力稳定在200Pa,待保温完成后,停止气泵201充入惰性气体,打开第二阀门305,将炉体101内部真空度抽至5Pa,关闭第一阀门306和第二阀门305,然后再关闭第一真空泵308和第二真空泵307;
步骤S3:将步骤S2处理后的磁体通过感应线圈115加热,以80℃/s的升温速率,升温至第三温度1040℃,向电加热丝118通电,使炉体101内温度保持,然后关闭感应线圈115,使磁体在电加热丝118的供热下,保温2h;
步骤S4:保温完成后,将电加热丝118断电停止供热,先打开电磁气阀206,再启动气泵201,向炉体101内充入惰性气体气淬冷却磁体至650℃后,关闭气泵201,待磁体在炉体101内自然冷却至450℃时,再次启动气泵201向炉体101内充入惰性气体淬冷却磁体至室温,控制伸缩气缸108伸长使炉门103打开,将冷却后的磁体出炉,即得到烧结磁体。
上述实施例中所述惰性气体为氩气或氮气。
请参阅图1-4所示,上述实施例所述的真空电感应烧结炉设备,包括加热装置1、充气冷却装置2和抽真空装置3,所述充气冷却装置2位于加热装置1左侧,所述抽真空装置3位于加热装置1右侧;
所述加热装置1包括炉体101、炉架102和炉门103,所述炉体101为水平摆放的圆柱体,炉体101下方设有炉架102,炉架102与炉体101底端固定连接,所述炉体101的一端设有炉门103,炉体101的另一端为密闭状态,所述炉体101内部设有保温层120,所述保温层120与炉体101内壁固定连接,所述炉体101顶端中心设有出气口111,所述出气口111贯穿炉体101和保温层120,出气口111与炉体101内部连通,所述炉体101底端左侧设有进气口110,所述进气口110贯穿炉体101和保温层120,进气口110与炉体101内部连通,所述炉体101右侧设有抽真空口114,所述抽真空口114贯穿炉体101和保温层120,抽真空口114一端与炉体101内部连通,抽真空口114另一端与抽真空装置3固定连通;
所述充气冷却装置2包括气泵201、冷却箱202和气管205,所述冷却箱202侧壁下方设有出管口203,所述出管口203与气泵201输入端固定连通,所述气泵201输出端与进气口110固定连通,所述冷却箱202顶端设有进管口204,所述进管口204与出气口111之间设有气管205,所述气管205一端与进管口204固定连通,气管205另一端与出气口111固定连通,所述气管205上安装有电磁气阀206。
所述炉体101内部中心设有感应线圈115,所述感应线圈115为方形,感应线圈115两侧对立设有线圈固定架117,所述线圈固定架117一端与感应线圈115固定连接,线圈固定架117另一端与炉体101内壁固定连接,所述炉体101底端设有两对立设置的接线端子116,所述接线端子116与感应线圈115电气连接,所述感应线圈115与保温层120之间设有电加热丝118,电加热丝118远离感应线圈115的一侧设有若干均匀分布的加热丝固定架119,所述加热丝固定架119一端与电加热丝118固定连接,加热丝固定架119另一端与炉体101内壁固定连接。
所述炉体101外部顶端一侧安装固定有红外测温仪112,所述红外测温仪112测温端贯穿炉体101侧壁和保温层120,红外测温仪112测温端位于炉体101内部,所述炉体101外部顶端远离红外测温仪112的一侧安装固定有真空压力表113,所述真空压力表113与炉体101内部连通。
所述炉体101外壁上设有两对立设置的门脚座106,两门脚座106之间设有门支架105,所述门支架105一端与门脚座106铰链连接,门支架105另一端与炉门103圆弧面固定连接,两个门脚座106相互远离的两侧设有对立设置的固定轴107,所述固定轴107与门脚座106固定连接,所述门支架105两侧设有对立设置的气缸固定座109,所述气缸固定座109与门支架105固定连接,固定轴107与气缸固定座109之间设有伸缩气缸108,所述伸缩气缸108一端与固定轴107铰链连接,所述伸缩气缸108另一端与气缸固定座109铰链连接。
所述炉门103远离门支架105的一侧的弧形面上安装固定有把手104。
所述抽真空装置3包括抽真空过滤器301,第二阀门305、第一阀门306、第二真空泵307和第一真空泵308,所述抽真空过滤器301中心左侧设有过滤器进口302,所述过滤器进口302与抽真空口114固定连通,抽真空过滤器301右侧上方设有过滤器上出口303,抽真空过滤器301右侧下方设有过滤器下出口304,所述过滤器上出口303通过抽真空管道与第二真空泵307抽真空端连通,过滤器上出口303与第二真空泵307之间设有第二阀门305,所述第二阀门305安装在过滤器上出口303与第二真空泵307之间的抽真空管道上,所述过滤器下出口304通过抽真空管道与第一真空泵308抽真空端连通,过滤器下出口304与第一真空泵308之间设有第一阀门306,所述第一阀门306安装在过滤器下出口304与第一真空泵308之间的抽真空管道上。
发明工作原理:使用时先将成型的磁体压坯按照统一均匀的间隙,整齐的放置在真空电感烧结炉设备中的感应线圈115内,然后控制伸缩气缸108收缩,伸缩气缸108带动门支架105转动,从而使炉门103关闭并牢牢密封,炉门103关闭密封后,启动第一真空泵308和第二真空泵307,第一真空泵308和第二真空泵307同时对炉体101内部进行快速抽真空,直到将炉体101内部真空度抽至要求值,然后直接关闭第一阀门306和第二阀门305,向感应线圈115通入适当频率的电流,以要求的升温速率进行加热,将磁体压坯快速的从室温升温至第一温度,然后按照要求时间开始进行保温,然后打开第一阀门306,对炉体101内部持续抽真空,保温过程中磁体压坯内的粘结剂和润滑剂等物质将被蒸发气化排出,抽真空可将这些添加剂气体从炉体101内不断排出,保证炉体101内环境洁净;
第一次保温完成后,再通过感应线圈115以要求的升温速率将磁体加热升温至第二温度,然后按照要求时间开始进行第二次保温,第二次保温时会从磁体压坯中排出大量杂质气体,为防止磁体压坯被杂质气体氧化,需要在保温过程中启动气泵201,从进气口110向炉体101中充入惰性气体,通过惰性气体将杂志气体排出到烧结炉外,使炉体101内惰性气体压力稳定在100-200Pa,待保温完成后,停止气泵201充入惰性气体,打开第二阀门305,将炉体101内部真空度再次抽至2-5Pa,关闭第一阀门306和第二阀门305,然后再关闭第一真空泵308和第二真空泵307,保证炉体101内的真空环境;
再次向感应感应线圈115通电,将磁体压坯以80℃/s的升温速率,快速升温至第三温度,使磁体压坯开始烧结,向电加热丝118通电,使炉体101内温度保持在第三温度范围内,然后关闭感应线圈115,使磁体压坯在电加热丝118的供热下保温1-2h;
第三次保温完成后,将电加热丝118断电停止供热,开始对磁体进行气淬回火步骤,先打开电磁气阀206,再启动气泵201,向炉体101内充入温度较低的惰性气体气淬冷却磁体,惰性气体经过磁体换热后上升,从出气口111回流到冷却箱202内,经过冷却箱202内的冷却液冷却后再被气泵201加压输送到炉体101内,直到磁体温度下降至600℃-650℃后,关闭气泵201,使磁体在炉体101内自然冷却,待磁体冷却至400-450℃时,再次启动气泵201向炉体101内充入惰性气体淬冷却磁体至室温,完成磁体的气淬回火过程,控制伸缩气缸108伸长使炉门103打开,将冷却后的磁体出炉,即得到烧结磁体。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。