CN212533054U - 一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，属于SMC材料制备装置领域，包括退火炉体，所述退火炉体包括密闭的炉腔，所述炉腔的端部设置有炉门，所述炉腔的侧面设置有与调节蒸汽流量的蒸汽阀门连接的进气孔及用于出气的出气孔，所述炉腔的下方设置有用于控制氮气通入的进气阀和用于控制抽气的抽真空阀，通过抽真空阀对炉腔的净化实现在一个炉腔内进行氮气处理和蒸汽处理。该装置安装方便快捷，占地空间小，可通过密闭的炉腔实现炉内气压与温度的稳定性，从而实现SMC磁体的退火性能一致性；另外，还增加了一层不锈钢内胆，这使得蒸汽处理过程中蒸汽与碳棒隔离开来，不会因为蒸汽的侵蚀导致炉体加热系统的失效。

Description

一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置

技术领域

本实用新型涉及SMC材料制备装置领域，具体是一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置。

背景技术

区别于传统的软磁材料，软磁复合材料(SMC)是在纯铁粉、铁合金粉等软磁性粉末表面复合一层或几层高电阻率的包覆材料，与润滑剂等添加剂混合均匀后通过粉末冶金工艺制备而成的。SMC材料具有高饱和磁化强度、高磁导率及低损耗的特点，通过调整配方及工艺，可以制备出应用于工频到几十kHz范围内的器件。与传统的叠压硅钢片材料相比，SMC材料内部气隙均匀分布，具有磁、热三维各向同性，可以打破二维磁通分布的限制设计三维磁路分布的器件；另外，SMC材料具有良好的成型性，可以通过模压成型制备成各种复杂形状的组件。最后，SMC模压件通过去应力退火处理，降低内应力，降低矫顽力；从而有效减小磁滞损耗。由于这些优点，近年来SMC材料在新型磁路设计的高效电机上取代硅钢片成为研究热点，而高性能SMC材料的制备工艺也引起了广泛研究及关注。要实现SMC材料的高强度和良好的导磁性能，其热处理是关键步骤，热处理温度、气氛对SMC材料的力学性能及导磁性能有着至关重要的影响。在前人所做的大量研究及生产实践中，蒸汽热处理方法被证明是可制备高强度、高磁导率SMC材料的有效退火方法。例如，目前瑞典赫格纳斯利用此方法生产的somaloy3P系列的SMC材料代表了国际先进水平，但此工艺所使用的设备始终没有公布。

为了改善磁性零件强度与导磁性，目前热处理工艺一般分两步进行。首先，进行氮气气氛下的热处理，分为低温脱蜡与高温去除压制应力两个阶段，在此过程中脱去润滑剂、缓解应力集中，从而带来高磁导率和低磁滞损耗；然后进行蒸汽热处理，通入水蒸气使磁体颗粒表面形成氧化层，该氧化强化层可以增强磁体强度与导磁性。

现有技术中，氮气热处理阶段一般是采用常见的氮气气氛热处理炉设备，但常见的氮气气氛热处理设备为单层炉腔，如采用该设备进行蒸汽热处理，会因为水蒸气的侵蚀导致炉腔生锈及测温棒的失效导致热处理设备不能继续工作。

蒸汽热处理阶段，采用传统的井式蒸汽处理炉；井式炉一般用于大规模生产，体积大，能耗高，安装复杂；其次井式炉炉腔不是完全密闭系统，在热处理过程中需要持续通入氮气或水蒸气，因此难以控制炉内稳定气压，并且因为水蒸气的持续通入会导致保温阶段温度的波动不稳从而导致SMC组件的强度不均匀，磁导率大小偏差，带来产品性能一致性差的缺陷。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，以解决现有技术中存在的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，包括退火炉体，所述退火炉体包括密闭的炉腔，所述炉腔的端部设置有炉门，其特征在于：所述炉腔的侧面设置有与调节蒸汽流量的蒸汽阀门连接的进气孔及用于出气的出气孔，所述炉腔的下方设置有用于控制氮气通入的进气阀和用于控制抽气的抽真空阀，通过抽真空阀对炉腔的净化实现在一个炉腔内进行氮气处理和蒸汽处理；

进一步的，所述炉腔的下方设置有用于检测炉腔内压力的压力表，所述压力表与炉腔下方的控制器连接；

进一步的，所述进气孔通过管道连接蒸汽发生器，所述进气孔与蒸汽发生器之间设置蒸汽阀门，所述蒸汽阀门与控制器连接，并根据压力表检测的压力值由控制器对蒸汽阀门进行控制以保持炉腔内压力恒定；

进一步的，所述进气阀通过管道与氮气瓶连接，所述进气阀与控制器连接，并根据压力表检测的压力值由控制器对进气阀进行控制以保持炉腔内压力恒定；

进一步的，所述炉门的上、下方分别设置有供循环水流动的进水口和出水口；

进一步的，所述抽真空阀通过管道连接机械泵，所述机械泵与控制器连接；

进一步的，所述炉腔包括外腔和内腔，所述内腔和外腔之间设置有加热组件及与所述加热组件连接的测温棒，所述测温棒与位于炉腔下方的温控仪连接；

进一步的，所述内腔为不锈钢板结构；

本实用新型的有益效果是：该装置能够在一个炉腔内实现氮气热处理和蒸汽处理，安装方便快捷，占地空间小；可通过密闭的炉腔实现炉内气压与温度的稳定性，从而实现SMC磁体的退火性能一致性；另外，还增加了一层不锈钢内胆，这使得蒸汽处理过程中蒸汽与碳棒隔离开来，不会因为蒸汽的侵蚀导致炉体加热系统的失效。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型炉腔结构示意图；

附图标记说明如下：

1、氮气罐，21、进水口，22、出水口，3、蒸汽阀门，4、蒸汽发生器，5、机械泵，6、抽真空阀，7、进气阀，8、控制器，9、炉门，10、炉腔，11、压力表，12、温控仪，13、出气孔，14、测温棒，15、进气孔，16、不锈钢板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，如图1所示，包括退火炉体，所述退火炉体包括密闭的炉腔10，所述炉腔10的端部设置有炉门9，其特征在于：所述炉腔10的侧面设置有与调节蒸汽流量的蒸汽阀门3连接的进气孔15及用于出气的出气孔13(如图2所示)，所述炉腔10的下方设置有用于控制氮气通入的进气阀7和用于控制抽气的抽真空阀6，通过抽真空阀6对炉腔10的净化实现在一个炉腔内进行氮气处理和蒸汽处理；

该退火炉装置可以实现在一个炉腔内进行氮气热处理和蒸汽处理，具体的，在进行氮气热处理时，将SMC材料组件摆放在炉腔10内，抽真空阀6，对炉膛抽真空30分钟，真空度达到-0.09MPa时，关闭抽真空阀；开始打开进气阀7往炉腔内通氮气，将压力提升到0.04MPa时，关闭氮气和进气阀7；将炉腔内温度升到350℃保温40分钟，进行润滑剂去除；

然后进行蒸汽处理，首先，炉腔升温到530℃；打开蒸汽阀门3，通过进气孔15往炉腔内通蒸汽，同时打开出气孔13，即将出气孔输出管道的出气阀打开；使炉腔内压力保持在0.04MPa；通气30分钟，关闭蒸汽阀门3；通过出气孔13将炉膛内的蒸汽放干净；关闭出气孔输出管道上的出气阀(图中未示出)，打开进气阀7使炉腔压力保持在0.04MPa，关闭温控仪，使SMC材料组件随炉冷却。

在具体实施时，为了准确检测炉腔压强以保证炉腔压力保持在设定的压强，还可以在炉腔10的下方设置有用于检测炉腔内压力的压力表11，所述压力表与炉腔10下方的控制器8连接；

其中，所述进气孔15通过管道连接蒸汽发生器4，所述进气孔与蒸汽发生器4之间设置蒸汽阀门3，所述蒸汽阀门3与控制器8连接，并根据压力表检测的压力值由控制器对蒸汽阀门进行控制以保持炉腔内压力恒定；

所述进气阀通过管道与氮气瓶1连接，所述进气阀7与控制器连接，并根据压力表检测的压力值由控制器对进气阀进行控制以保持炉腔内压力恒定；

所述抽真空阀通过管道连接机械泵5，所述机械泵5与控制器8连接；

通过上述结构上的改进，使用时，用户可通过炉腔下方的控制器8和温控仪12对炉腔内压力、温度进行自动控制，可以有效控制炉内真空度、蒸汽气压与温度稳定性，从而避免蒸汽处理过程中温度及气压的波动。

为了对炉腔进行降温以保证温度调节的稳定，所述炉门9的上、下方可以分别设置有供循环水流动的进水口21和出水口22；

如图2所示，所述炉腔包括外腔和内腔(未示出)，所述内腔和外腔之间设置有加热组件(图中未示出)及与所述加热组件连接的测温棒14，所述测温棒与位于炉腔下方的温控仪12连接；其中的加热组件为现有常规技术手段，在此不予赘述。

更具体的，所述内腔为不锈钢板结构16，防止蒸汽的侵蚀导致炉腔生锈及测温棒的失效；

通过上述结构的改进，在进行退火时，将SMC材料组件摆放在炉腔10内，关闭炉门9，开启机械泵5，打开真空阀6，对炉膛抽真空30分钟，真空度达到-0.09MPa时，关闭抽真空阀和机械泵；开始打开氮气罐1，通过进气阀7往炉腔内通氮气，压力表11升到0.04MPa时，关闭氮气和进气阀7；打开循环水系统的进水口和出水口；打开温控仪12，设定好温度曲线；温度升到350℃保温40分钟，进行润滑剂去除；然后升温到530℃；提前打开蒸汽发生器4，进行加热，打开蒸汽阀门3，通过进气孔15往炉腔内通蒸汽，同时打开出气孔13；使炉腔内压力保持在0.04MPa；通气30分钟，关闭蒸汽阀门3和蒸汽发生器4；通过出气孔13将炉膛内的蒸汽放干净；关闭出气孔输出管道上的出气阀(图中未示出)，打开氮气罐1和进气阀7使炉腔压力保持在0.04MPa，关闭温控仪，使SMC材料组件随炉冷却。

采用此设备，可在真空条件下完全脱去有机润滑剂后进行有效的蒸汽处理。工序简单，成本低，产品一致性好，强度高，磁导率高。

使用本蒸汽退火炉与传统的井式炉对比实验退火，制成磁环进行绕线，测试相关性能如下：

	电阻率(uΩ.cm)	Umax	TRS(MPa)	矫顽力(A/m)
					本装置蒸汽退火炉	220	600	120	220
传统的井式退火炉	60	420	60	420

通过对比试验结果可以看出，通过本申请蒸汽退火装置进行蒸汽强化退火所制备的SMC材料组件磁性能和损耗特性都优于采用传统的井式退火炉所制备的材料性能，达到了提高SMC材料导磁性能和强度的目的。这是由于本申请退火炉装置通过加装蒸汽气压控制系统、抽真空系统与双层炉腔设计，可以有效控制炉内真空度、蒸汽气压与温度稳定性，从而避免蒸汽处理过程中温度及气压的波动，因此SMC材料组件能够在脱去有机润滑剂后在表面形成氧化层带来强化效果，实现良好的导磁性能及强度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，包括退火炉体，所述退火炉体包括密闭的炉腔，所述炉腔的端部设置有炉门，其特征在于：所述炉腔的侧面设置有与调节蒸汽流量的蒸汽阀门连接的进气孔及用于出气的出气孔，所述炉腔的下方设置有用于控制氮气通入的进气阀和用于控制抽气的抽真空阀，通过抽真空阀对炉腔的净化实现在一个炉腔内进行氮气处理和蒸汽处理。

2.根据权利要求1所述的一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，其特征在于：所述炉腔的下方设置有用于检测炉腔内压力的压力表，所述压力表与炉腔下方的控制器连接。

3.根据权利要求2所述的一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，其特征在于：所述进气孔通过管道连接蒸汽发生器，所述蒸汽阀门设置于进气孔与蒸汽发生器之间，所述蒸汽阀门与控制器连接，并根据压力表检测的压力值由控制器对蒸汽阀门进行控制以保持炉腔内压力恒定。

4.根据权利要求3所述的一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，其特征在于：所述进气阀通过管道与氮气瓶连接，所述进气阀与控制器连接，并根据压力表检测的压力值由控制器对进气阀进行控制以保持炉腔内压力恒定。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，其特征在于：所述炉门的上、下方分别设置有供循环水流动的进水口和出水口。

6.根据权利要求5所述的一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，其特征在于：所述抽真空阀通过管道连接机械泵，所述机械泵与控制器连接。

7.根据权利要求5所述的一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，其特征在于：所述炉腔包括外腔和内腔，所述内腔和外腔之间设置有加热组件及与所述加热组件连接的测温棒，所述测温棒与位于炉腔下方的温控仪连接。

8.根据权利要求7所述的一种软磁复合材料高强度、高磁导率的蒸汽退火炉装置，其特征在于：所述内腔为不锈钢板结构。

Images