CN209974843U - 一种纳米晶合金带材的热处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种纳米晶合金带材的热处理设备，其特征在于：包括带材输送装置和无易反应气体的热处理系统，所述热处理系统包括预热模块(1)、至少一个加热模块(2)和冷却模块(3)，所述带材输送装置穿过热处理系统，所述带材输送装置的始端设有放卷辊(4)，所述带材输送装置的末端设有收卷辊(5)。本实用新型提供一种工艺过程简单、生产效率高，适合进行规模化生产且保证产品的有效磁导率高的一种纳米晶合金带材的热处理设备。

Description

一种纳米晶合金带材的热处理设备

技术领域

本实用新型涉及纳米晶合金热处理技术领域，具体涉及一种纳米晶合金带材的热处理设备。

背景技术

非晶纳米晶软磁合金是近些年来发展起来的新型软磁材料，在工业生产中，该合金已经取代了大部分高Ni含量的坡莫合金、硅钢及铁氧体，并在这些材料不能胜任的新领域得到越来越多的应用。现代电力电子器件向着节能、高效、绿色环保方向快速发展，这就需要软磁合金具有更优异的软磁性能，也为其发展提供了新的挑战和机遇。

当前高饱和磁感应强度、高磁导率的纳米晶软磁合金生产和应用存在的关键障碍是合金的晶化过程需要使用快速热处理工艺。传统的热处理方法一般都是在热处理过程中从室温开始加热，按照预定的加热曲线进行升温和保温，最后随炉冷却至室温再出炉。但因升温速率慢且从室温开始加热的过程所耗费的时间长并导致生产周期长、批量处理效力低从而造成耗时耗力。除此之外，由于热处理时间长，磁晶内易产生各向异性，不利于软磁性能的提高。

宜春学院在专利CN106555047A中公开了一种铁基纳米晶合金软磁薄带的热处理方法，是利用单辑熔体急冷法制备FeNbCuSiB铁基纳米晶合金薄带材，其包括以下方法步骤：(1)薄带材制大盘带，(2)防氧化处理，(3)加热、保温、空冷制铁基纳米晶合金软磁薄带，经过热处理后的铁基纳米晶合金软磁薄带在获得高磁导率的同时还具有良好的柔韧性。但其工艺流程较为复杂，不利于生产规模化。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所在专利CN105671259B中公开一种纳米晶合金带材的热处理方法和装置，主要步骤如下：(1)将所述的纳米晶软磁合金带沿一条路径以预定进料速率向前进料、拉紧、引导并收料；(2)将所述的纳米晶软磁合金带沿所述路径的一段进行浴盐加热处理；(3)将经过浴盐加热处理的纳米晶软磁合金带进行恒温加热；(4)将恒温加热后的纳米晶软磁合金带进行冷却；本实用新型方法和装置虽可以采用盐浴加热的方式对带材进行双面快速加热，实现带材表面钝化和晶核预制热处理，但是并不能满足多个复杂的不同热处理条件同时进行处理，生产效率偏低。

上述专利通过优化热处理工艺在不同程度上改善了纳米晶合金材料的软磁性能，但仍然存在以下两个显著缺点：(1)热处理工艺上，对工艺要求苛刻，这极大地限制了其在工业上的应用；(2)软磁性能上，很难达到优异、稳定的综合软磁性能，即同时实现高的饱和磁感强度和低的高频损耗。因此急需研究合适的热处理方法，既能缩短热处理时间，又能使合金带材制备成的电子元件在一定频率范围内的性能稳定，去除不利影响，提高产品的有效磁导率和抗干扰能力，减少资源浪费。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服了现在的技术缺陷，提供一种工艺过程简单、生产效率高，适合进行规模化生产且保证产品的有效磁导率高的一种纳米晶合金带材的热处理设备。

本实用新型的技术方案是，提供一种纳米晶合金带材的热处理设备，其特征在于：包括带材输送装置和无易反应气体的热处理系统，所述热处理系统包括预热模块、至少一个加热模块和冷却模块，所述带材输送装置穿过热处理系统，所述带材输送装置的始端设有放卷辊，所述带材输送装置的末端设有收卷辊。

本实用新型的有益效果为：(1)通过将纳米晶合金带材安装到带材输送装置上，并保证纳米晶合金带材保持移动，可以实现对纳米晶合金带材不同段的进行统一的热处理，不需要每次进行热处理时都进行纳米晶合金带材的更换工作，大大提升了热处理的效率，更适用于规模化生产；

(2)在热处理过程中，空气中的氧气或者少量其它气体易与纳米晶合金带材发生化学反应，通过充入排出空气，可以有效的避免纳米晶合金带材发生化学反应，保护了纳米晶合金带材的材料完整性；

(3)通过预热模块的加热，可以使纳米晶合金带材在加热模块中更快得进行升温，抵达热处理温度，避免了纳米晶合金带材在升温过程中处于升温阶段时间过长，导致纳米晶合金带材的局部热处理不能达到目的效果；通过至少一个加热模块，可以实现对不同规格的纳米晶合金带材，根据其加热的时间，加热的长度，选择不同的加热模块个数；

(4)通过冷却模块对经过加热模块处理的纳米晶合金带材进行冷却处理，完成热处理工艺的最后一步，相较于室温冷却，其冷却效率更高，又能使纳米晶合金带材制备成的电子元件在一定频率范围内的性能稳定，去除不利影响，提高产品的有效磁导率和抗干扰能力，减少资源浪费；最后通过收卷辊收集已经完成热处理的纳米晶合金带材，更加有序，后序处理更加便捷。

作为本实用新型的一种改进，还包括控制系统，通过控制系统来设置热处理系统中的预热处理温度、热处理温度和带材输送装置的传送速度，通过所述改进，可以使整体设备自动化程度更高，设备的运行更加精确，热处理的结果更好。

作为本实用新型的一种改进，还包括惰性气体循环系统，所述惰性气体循环系统包括出气口和循环通道，所述出气口连接于循环通道上，所述循环通道包括惰性气体罐、第一真空泵和空气管道，所述空气管道设有三个进气口和三个回气口，三个所述进气口分别设于预热模块、加热模块和冷却模块的一端，且均与惰性气体罐相连，三个回气口分别设于预热模块、加热模块和冷却模块的另一端，且均与第一真空泵相连，所述第一真空泵与惰性气体罐相连，三个所述进气口与惰性气体罐的连接管道上设有压力表，所述出气口处设有第二真空泵，通过所述改进，在热处理开始前，先通过第二真空泵对热处理系统进行抽真空，而后关闭第二真空泵并封闭出气口，打开惰性气体罐和第一真空泵，使惰性气体快速充满热处理系统，并使热处理系统内的气压与大气压相同或者大于大气压，通过压力表的提示，可以准确的判断热处理系统内的气压情况，避免抽真空过程中，抽真空不彻底的情况以及避免热处理系统中的气压值小于大气压，在纳米晶合金带材移动过程中，少量空气带入热处理系统中的情况，在热处理结束时，关闭惰性气体罐与进气口的连接口，第一真空泵继续抽真空，使热处理系统中的惰性气体回收到惰性气体罐中。

作为本实用新型的一种改进，所述惰性气体为氩气或者氮气，通过所述改进，惰性气体可以有效的避免纳米晶合金带材在热处理过程中与空气发生化学反应，保证纳米晶合金带材热处理的稳定性和准确性。

作为本实用新型的一种改进，所述预热模块与加热模块均包括加热元件和保温棉，所述保温棉包覆加热元件，通过所述改进，更好的进行保温和加热升温，可以使加热模块的温度更加稳定，避免加热模块在热处理过程中温度出现大幅度的变化，影响热处理的结果。

作为本实用新型的一种改进，所述预热模块对纳米晶合金带材进行预热处理，预热温度为350～600℃，通过所述改进，可以使纳米晶合金带材的内部形成大量亚纳米尺度(5nm以下)的α—Fe晶粒和原子团簇，具有高饱和磁感应强度、低损耗、高磁导率等优异的软磁性能(CN106756488A)。

作为本实用新型的一种改进，所述加热元件包括电阻丝、钨钼制品、硅碳棒、钼粉、钨条的至少一种，用于对纳米晶合金带材进行加热，升温，通过所述改进，可以快速有效的对纳米晶合金带材进行加热、升温，高速、高效的完成热处理过程。

作为本实用新型的一种改进，所述冷却模块包括冷却粉和保温棉，所述保温棉包覆冷却粉，所述冷却粉包括氧化硅粉、氧化锆粉、钨粉、铁粉以及铜粉中的至少一种，纳米晶合金带材在穿过冷却模块时与冷却粉直接接触，通过所述改进，保温棉对冷却模块进行隔热，避免加热模块影响冷却模块，通过纳米晶合金带材与冷却粉的直接接触，可以快速的实现纳米晶合金带材的热传递，快速实现降温的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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实用新型的一些实施例，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是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型热处理完成后纳米晶合金带材TEM图。

其中，附图标记为：1、预热模块，2、加热模块，3、冷却模块，4、放卷辊，5、收卷辊，6、控制系统，7、出气口，8、惰性气体罐，9、第一真空泵，10、空气管道，11、进气口，12、回气口，13、压力表，14、第二真空泵，15、加热元件，16、保温棉，17、纳米晶合金带材，18、过滤器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型的结构：一种纳米晶合金带材的热处理设备，包括带材输送装置和无易反应气体的热处理系统，所述热处理系统包括预热模块(1)、四个加热模块(2)和冷却模块(3)，所述带材输送装置穿过热处理系统，所述带材输送装置的始端设有放卷辊(4)，所述带材输送装置的末端设有收卷辊(5)，还包括控制系统(6)，通过控制系统(6)来设置热处理系统中的热处理温度、热处理温度和带材输送装置的传送速度，还包括惰性气体循环系统，所述惰性气体循环系统包括出气口(7)和循环通道，所述出气口(7)连接于循环通道上，所述循环通道包括惰性气体罐(8)、第一真空泵(9)和空气管道(10)，所述空气管道(10)设有三个进气口(11)和三个回气口(12)，三个所述进气口(11)分别设于预热模块(1)、加热模块(2)和冷却模块(3)的一端，且均与惰性气体罐(8)相连，三个回气口(12)分别设于预热模块(1)、加热模块(2)和冷却模块(3)的另一端，冷却模块(3)的进气口(11)与回气口(12)处设有过滤器(18)，避免冷却粉进入空气管道(10)中，且均与第一真空泵(9)相连，所述第一真空泵(9)与惰性气体罐(8)相连，三个所述进气口(11)与惰性气体罐(8)的连接管道上设有压力表(13)，所述出气口(7)处设有第二真空泵(14)，惰性气体罐(8)内的惰性气体为氮气，所述预热模块(1)与加热模块(2)均包括加热元件(15)和保温棉(16)，所述保温棉(16)包覆加热元件(15)，所述预热模块(1)对纳米晶合金带材(17)进行预热处理，预热温度为500℃，所述加热元件(15)为硅碳棒，用于对纳米晶合金带材(17)进行加热，升温，所述加热模块(2)的长度为1m，所述冷却模块(3)包括冷却粉和保温棉(16)，所述保温棉(16)包覆冷却粉，所述冷却粉为氧化硅粉，纳米晶合金带材(17)在穿过冷却模块(3)时与冷却粉直接接触。

在使用开始前，放卷辊(4)与收卷辊(5)之间设有和纳米晶合金带材(17)截面形状相同的样材，样材穿过热处理系统，样材不仅可以保证纳米晶合金带材(17)热处理完整性，不会因为为了使纳米晶合金带材(17)连接到放卷辊(4)与收卷辊(5)上，而造成一部分的纳米晶合金带材(17)无法完成完整的热处理而造成浪费，还可以使纳米晶合金带材(17)更容易穿过冷却模块(3)，不会因为冷却粉的阻碍，而出现穿过冷却模块(3)困难的情况。

在开始使用时，先将纳米晶合金带材(17)连接到样材上，收卷辊(5)拉动样材，使样材与纳米晶合金带材(17)拉紧，并且使纳米晶合金带材(17)的一端进入到预热模块(1)中，通过密封膜封闭热处理系统的纳米晶合金带材(17)进口与出口，避免对热处理系统进行真空化处理时，空气进入热处理系统，开启第二真空泵(14)，对热处理系统的内部环境进行真空化处理，待压力表(13)提示达到真空时，打开惰性气体罐(8)和第一真空泵(9)，使热处理系统内的气压与大气压相同，密封膜放松，但仍保持与纳米晶合金带材(17)的接触，使热处理系统内形成惰性气体内循环。

然后根据纳米晶合金带材(17)的制造参数，在控制系统(6)中设置预热处理温度、热处理温度和带材输送装置的传送速度，使纳米晶合金带材(17)依次通过预热模块(1)、四个加热模块(2)和冷却模块(3)进行相应的热处理，在纳米晶合金带材(17)刚到收卷辊(5)时，暂停纳米晶合金带材(17)移动，取下样材，将纳米晶合金带材(17)固定到收卷辊(5)上，使纳米晶合金带材(17)收集并固定到收卷辊(5)上。

在纳米晶合金带材(17)热处理结束时，将样材连接到纳米晶合金带材(17)的尾部，跟随纳米晶合金带材(17)穿过冷却模块(3)后，断开与纳米晶合金带材(17)的连接，将样材留在设备中。

最后关闭惰性气体罐(8)的出口，密封膜封闭热处理系统的纳米晶合金带材(17)进口与出口，第一真空泵(9)继续运转，对热处理系统进行抽真空，并将氮气回收到惰性气体罐(8)中，待热处理系统再次达到真空后，关闭惰性气体罐(8)的入口。此时可以根据下次使用该设备的时间来定是否将热处理系统维持在真空状态下，如果短时间内需要再次使用该设备，维持真空状态，下次使用时，可以减小第二真空泵(14)抽真空的过程，如果短时间内不再使用该设备，可以解除真空状态，避免该设备长期处于真空状态，其结构发生变形。

如图2所示，纳米晶合金带材(17)在经过本实用新型设备的热处理后的TEM图。

上述惰性气体还可以是氩气。

上述预热温度可根据处理需求在350～600℃范围内变化。

上述加热元件(15)还可以是电阻丝、钨钼制品、硅碳棒、钼粉、钨条。

上述冷却粉还可以是氧化锆粉、钨粉、铁粉或铜粉。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种纳米晶合金带材的热处理设备，其特征在于：包括带材输送装置和无易反应气体的热处理系统，所述热处理系统包括预热模块(1)、至少一个加热模块(2)和冷却模块(3)，所述带材输送装置穿过热处理系统，所述带材输送装置的始端设有放卷辊(4)，所述带材输送装置的末端设有收卷辊(5)。

2.根据权利要求1所述的一种纳米晶合金带材的热处理设备，其特征在于：还包括控制系统(6)，通过控制系统(6)来设置热处理系统中的预热处理温度、热处理温度和带材输送装置的传送速度。

3.根据权利要求1所述的一种纳米晶合金带材的热处理设备，其特征在于：还包括惰性气体循环系统，所述惰性气体循环系统包括出气口(7)和循环通道，所述出气口(7)连接于循环通道上，所述循环通道包括惰性气体罐(8)、第一真空泵(9)和空气管道(10)，所述空气管道(10)设有三个进气口(11)和三个回气口(12)，三个所述进气口(11)分别设于预热模块(1)、加热模块(2)和冷却模块(3)的一端，且均与惰性气体罐(8)相连，三个回气口(12)分别设于预热模块(1)、加热模块(2)和冷却模块(3)的另一端，且均与第一真空泵(9)相连，所述第一真空泵(9)与惰性气体罐(8)相连，三个所述进气口(11)与惰性气体罐(8)的连接管道上设有压力表(13)，所述出气口(7)处设有第二真空泵(14)。

4.根据权利要求3所述的一种纳米晶合金带材的热处理设备，其特征在于：所述惰性气体罐(8)内的惰性气体为氩气或者氮气。

5.根据权利要求1所述的一种纳米晶合金带材的热处理设备，其特征在于：所述预热模块(1)与加热模块(2)均包括加热元件(15)和保温棉(16)，所述保温棉(16)包覆加热元件(15)。

6.根据权利要求5所述的一种纳米晶合金带材的热处理设备，其特征在于：所述预热模块(1)对纳米晶合金带材(17)进行预热处理，预热温度为350～600℃。

7.根据权利要求5所述的一种纳米晶合金带材的热处理设备，其特征在于：所述加热元件(15)包括电阻丝、钨钼制品、硅碳棒、钼粉、钨条的至少一种，用于对纳米晶合金带材(17)进行加热，升温。

8.根据权利要求1所述的一种纳米晶合金带材的热处理设备，其特征在于：所述冷却模块(3)包括冷却粉和保温棉(16)，所述保温棉(16)包覆冷却粉，所述冷却粉包括氧化硅粉、氧化锆粉、钨粉、铁粉以及铜粉中的至少一种，纳米晶合金带材(17)在穿过冷却模块(3)时与冷却粉直接接触。

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