一种材料磁热处理系统的制作方法

本发明涉及材料热处理技术领域，具体涉及一种材料磁热处理系统。

背景技术：

传统热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来控制其性能的一种工艺。温度场是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。一般加热炉，升温速度和降温速度均较慢。例如在gleeble-1500d型热模拟试验机上进行热处理，升温速度最高只能达到100℃/s，降温速度最大只能达到50℃/s，不能满足对升降温速度更快的要求。

除了传统的热处理，近些年，越来越多的文献报道发现，除了温度场以外，施加磁场，能够改变材料热处理的进程和最终产物。强磁场与温度场形成复合物理场，最终形成磁热处理，有效改善提高材料性能。但是，目前市场上的磁热处理设备几乎为大型设备，不利于实验室进行，试验成本高，周期较长，且目前的磁热处理设备的加热速率较慢，难以保证热处理的质量。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种材料磁热处理系统，便于在实验室内使用，可以同时产生温度场和磁场，对材料进行磁热处理。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种材料磁热处理系统，包括一壳体，在该壳体内设置有一载物盘，该载物盘用于盛放待处理材料，在该载物盘的底部设置有一温度传感器；一电加热装置，设于所述壳体内部，且该电加热装置位于所述载物盘的下方；一温度控制器，设于所述壳体外部，且该温度控制器分别与所述温度传感器和所述电加热装置电连接；一电磁发生器，设于所述壳体的外部，且所述载物盘位于该电磁发生器产生的磁场中；其中，在所述壳体上设置有一抽气口和一充气口，所述抽气口与一抽真空装置连接，所述充气口与一充气装置连通，该充气装置用于向所述壳体内部充入保护气体。

本发明的材料磁热处理系统适用于实验室使用，在使用时，将待处理材料放置在载物盘内，然后利用抽真空装置将壳体内部的空气抽出，并利用充气装置向壳体内部充入保护气体，该保护气体可以为氮气或惰性气体，以对待处理材料起到保护作用，防止待处理材料出现氧化等问题；然后即可通过电加热装置对载物盘进行加热，与此同时，电磁发生器产生的磁场作用在载物盘内的待处理材料上，使得待处理材料处于温度场和磁场形成的复合物理场中，实现了材料的磁热处理，此外，在加热过程中，温度控制器根据温度传感器反馈的信息对电加热装置的功率进行实时调节，以使得电加热装置的温度可控，确保热处理的质量。

优选地，所述电加热装置为红外光源；所述壳体的内部形成椭球形腔体，所述载物盘和电加热装置分别位于所述椭球形腔体的两个焦点位置，则电加热装置发出的光线可以在壳体的内壁的反射作用下汇聚在载物盘处，从而提高加热速率。

优选地，所述壳体的内壁设有反光镜面涂层，以充分反射电加热装置发出的光线，确保绝大多数光线可以汇聚在载物盘处。

优选地，所述载物盘通过一支撑杆与所述壳体连接，该支撑杆远离所述载物盘的一端贯通所述壳体的侧壁；所述支撑杆靠近所述载物盘的一端密封，另一端沿所述支撑杆的长度方向设有一走线孔，所述温度传感器经由该走线孔连接在所述载物盘的底部。采用这种结构设计，既可以对载物盘起到固定作用，还可以对温度传感器及其连接导线起到保护作用。

优选地，所述电磁发生器包括两个相对设置且磁极性相反的第一电磁铁和第二电磁铁，所述壳体设于第一电磁铁和第二电磁铁之间，且所述载物盘在竖直方向上位于所述电磁发生器的中间位置，以确保载物盘内的待处理材料位于磁场中。

优选地，所述充气口内穿设有一充气管，该充气管的一端靠近所述待处理材料，另一端与所述充气装置连通。在需要对待处理材料进行降温处理时，可以在降低电加热装置的温度的同时，利用充气管向待处理材料的表面释放保护气体，以起到辅助降温的作用，提高降温速率。

优选地，在所述充气管和充气装置之间设置有一流量计，该流量计可以用于控制充气管释放保护气体的速率，进而实现对材料冷却速度的控制。

优选地，所述充气管沿远离所述载物盘的方向逐渐向上倾斜，以确保从充气管内排出的保护气体可以与载物盘内的材料表面充分接触。

优选地，所述壳体包括相互扣合的底座和上盖，且在所述底座和上盖的连接处设置有密封圈，且所述充气口和抽气口均位于所述底座上；在所述上盖的顶部设置有一观察窗。观察窗的设置，便于操作者观察壳体内部的情况，掌握材料的磁热处理情况。

优选地，所述抽气口位于所述壳体的下部，所述充气口位于所述壳体的上部。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例的材料磁热处理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的椭球形腔体的焦点位置示意图。

附图标记：

1-壳体；2-载物盘；3-电加热装置；4-温度控制器；5-支撑杆；6-连接板；7-电磁发生器；8-充气管；

101-底座；102上盖；103-密封圈；104-抽气口；105-观察窗；701-第一电磁铁；702-第二电磁铁。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例公开了一种材料磁热处理系统，包括壳体1，该壳体1为空心的椭球体，在其内部形成了椭球形腔体，且在壳体1的内壁上设有反光镜面涂层，具体地，该壳体1包括相互扣合的底座101和上盖102，在底座101的顶部和上盖102的底部均设置有连接法兰，底座101和上盖102通过两个连接法兰螺栓连接，且在底座101和上盖102的连接处设置有密封圈103。

在上述壳体1的内部设置有载物盘2和电加热装置3，其中，载物盘2为坩埚，用于盛放待处理材料，电加热装置3为红外光源，用于为载物盘2加热，且载物盘2和电加热装置3分别位于椭球形腔体的上、下两个焦点位置处，如图2所示，a和b为椭球形腔体的赤道半径，c为椭球形腔体的极半径，其中a＝b＜c且a+b＞c，以椭球形腔体的中心位置为坐标原点，载物盘2处的焦点f2的坐标为电加热装置3处的焦点f1的坐标为具体地，本实施例的a＝b＝40mm，c＝60mm，则焦点f1和f2的坐标位置分别为(0，0，-44.7)和(0，0，44.7)。

在上述壳体1的外部设置有一温度控制器4，该温度控制器4分别与设置在载物盘2底部的温度传感器(图中未示出)和电加热装置3电连接，温度传感器具体为热电偶，其采集载物盘2的温度信息并反馈给温度控制器4，温度控制器4根据热电偶采集的温度信息，实时调节电加热装置3的功率，以实现对材料热处理温度的精确控制。

具体地，上述载物盘2通过一支撑杆5固定在壳体1的内部，该支撑杆5远离载物盘2的一端贯通壳体1的侧壁且与壳体1焊接，该支撑杆5靠近载物盘2的一端密封，另一端沿支撑杆5的长度方向设有一走线孔(图中未示出)，上述温度传感器具体为热电偶，该热电偶经由走线孔连接在载物盘2的底部，由此，可以对热电偶及其连接导线起到保护作用；连接完成后，将支撑杆5远离载物盘2的一端密封。

具体地，上述电加热装置3通过一连接板6固定于壳体1内，该连接板6采用耐高温且导电性好的材料制成，连接板6远离电加热装置3的一端伸出壳体1的外部并通过导线与温度控制器4电连接。

在上述壳体1的外部还设置有一电磁发生器7，该电磁发生器7包括第一电磁铁701和第二电磁铁702，第一电磁铁701和第二电磁铁702对称设置在壳体1的外部两侧，且第一电磁铁701和第二电磁铁702的磁极性相反，上述载物盘2在竖直方向上位于电磁发生器7的中间位置，实验时，为第一电磁铁701和第二电磁铁702通直流电，即可在待处理的材料周围产生稳恒磁场，结合电加热装置3对材料进行磁热处理。在实际中，也可以为第一电磁铁701和第二电磁铁702通交流电。

此外，在上述底座101的上部设置有一充气口，该充气口内穿设有一充气管8，该充气管8的一端与一充气装置(图中未示出)连接，另一端靠近待处理材料，且该充气管8沿远离载物盘2的方向逐渐向上倾斜设置，上述充气装置为气瓶，其中储存有惰性气体，如氩气，且在充气管8与充气装置之间设置有一流量计(图中未示出)，以用于调节充气管8的进气速率；在底座101的下部设置有一抽气口104，该抽气口104与一抽真空装置(图中未示出)连接。

本实施例的材料磁热处理系统适用于实验室使用，在使用时，打开上盖102，将待处理的材料放入载物盘2中，然后将上盖102与底座101连接，启动抽真空装置，使得壳体1内部的空气从抽气口104处排出，并开启充气装置，通过充气管8向壳体1内部充入惰性气体，以防止材料在磁热处理过程中出现氧化等问题；在壳体1的内部充入足够的惰性气体后，即可开启电加热装置3，该电加热装置3发出的光线在反光镜面涂层的作用下汇聚在载物盘2处，与此同时，为电磁发生器7通电，使得载物盘2内的待处理材料处于温度场和磁场形成的复合物理场中，实现了对材料的磁热处理；在磁热处理过程中，温度控制器4根据温度传感器反馈的信息对电加热装置3的功率进行实时调节，以使得电加热装置3的温度可控，且在需要对材料进行冷却处理时，可以通过充气管8向材料表面释放惰性气体，以加快材料的冷却速度，此外，通过在进行冷却步骤时，可以通过流量计调节充气管8的进气速度，并通过温度控制器4调节电加热装置3的功率，从而实现对材料冷却速度的控制，确保磁热处理的质量。由此可见，本实施例的材料磁热处理系统操作简便，缩短了实验周期，降低了实验成本，拓展了材料处理的手段及应用范围。

为了便于观察壳体1内部的情况，本实施例在上盖102的顶部置有一观察窗105。

本实施例中，壳体1、支撑杆5、载物盘2、观察窗105和反光镜面涂层均采用耐高温且不导磁的材质制成，以适应材料热处理的高温环境，且不影响电磁发生器7产生的磁场，具体地，壳体1采用304不锈钢材质，支撑杆5和观察窗105采用石英材质，载物盘2采用刚玉材质，反光镜面涂层为喷涂在壳体1内壁上的镀金膜。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。