一种并联式真空热处理设备及真空热处理方法与流程

本发明涉及一种并联式真空热处理设备和真空热处理方法，属于稀土永磁生产设备领域，主要用于钕铁硼稀土永磁的烧结、时效和渗金属处理，也可用于其它金属材料的热处理。

背景技术

以r2fe14b型化合物为主相的r-fe-b系钕铁硼稀土永磁体，以其优良的磁性能得到越来越多的应用，被广泛用于医疗的核磁共振成像，计算机硬盘驱动器，手机的振动电机，混合动力汽车的电机，风力发电机等。

由于钕铁硼是粉末冶金材料，在烧结、时效和渗金属时会产生粉尘，在抽真空时粉尘会进入到真空系统，污染真空系统，使真空炉的抽真空能力下降，经常需要更换真空泵油。在风冷时，随着冷却气体在换热器和风机中循环，粉尘被带入到换热器和风机中，尤其是换热器，明显降低换热效率。尤其在真空渗金属工艺过程中，钕铁硼器件的表面粘附有渗入金属的粉末，这些粉末一般是重稀土dy或tb，这些粉末非常容易氧化，既会伤害真空炉，也影响产品的性能。另外，由于稀土元素极易氧化，在烧结前，压坯在空气中与易与氧反应，严重时产生燃烧，因此在真空烧结工序中对压坯的无氧转运提出了很高的要求。

技术实现要素：

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种并联式真空热处理设备以及一种稀土永磁真空烧结、真空时效和真空渗稀土dy/tb的方法。

一种并联式真空热处理设备，主要包括真空烧结炉和保护进料车。

真空烧结炉包括真空炉体、真空隔热密封阀门、加热室、风冷换热系统、真空系统、充放气系统和加热电源；真空炉体为卧式结构，前端设置有前法兰，前法兰与真空隔热密封阀门相连；加热室设置在真空炉体内，加热室包含加热筒体、后端盖和炉床，热处理的工件放置在炉床上；加热筒体从内到外包含加热器、筒体金属屏、筒体保温层和筒体框架；真空隔热密封阀门包括真空阀体、真空密封阀板和真空阀板传动机构；带有隔热层的真空密封阀板设置在真空阀体内；真空阀板传动机构带动真空密封阀板压紧和上下移动；风冷换热系统包含风冷粉尘收集器、换热器、风扇、电机、风机壳、换热器罩和电机罩；风扇设置在风机壳内，换热器设置在风机壳的前端，换热器的出风口与风机壳的进风口相通，电机设置在风机壳的后端，与风机壳相连；换热器罩设置在换热器外部与风机壳相连；换热器罩上设置有进风口，换热器罩上的进风口与风冷粉尘收集器的出风口相连；风冷粉尘收集器的进风口与真空炉体相连；风机壳的出风口也与真空炉体相连；电机罩设置在电机的外部，电机罩与风机壳相连。

保护进料车包含箱体、叉车、叉车升降机构和叉车移动机构；保护进料车与真空隔热密封阀门相连；箱体四周有箱板，前端与真空隔热密封阀门的真空阀体相连，后端设置有可以开闭的箱门；叉车、叉车升降机构和叉车移动机构设置在箱体内；叉车移动机构包含叉车导轨和叉车丝杠，叉车在叉车丝杠的带动下沿着叉车导轨水平移动，或在叉车升降机构的带动下上下移动。

在本发明的另一种实施方式中，保护进料车还包含料车底盘和进料阀门。保护进料车与真空隔热密封阀门对接；进料阀门包含进料阀板、阀板导轨、阀板移动装置、阀板升降装置和进料阀体；进料阀板设置在进料阀体内，阀板移动装置与进料阀体相连，进料阀版在阀板移动装置的驱动下相对进料阀体水平运动；阀板导轨设置在进料阀体内的进料阀板的两侧，支撑在阀板移动装置上；阀板升降装置包含阀板丝杠和丝杠驱动机构，阀板丝杠设置在进料阀体内，丝杠驱动机构驱动阀板丝杠，阀板丝杠带动进料阀板沿着阀板导轨上下移动；箱体四周有箱板，前端与进料阀门的进料阀体相连，后端设置有可以开闭的箱门；箱体设置在料车底盘上，随料车底盘沿着垂直于箱体轴线方向横向移动；叉车移动机构包含叉车导轨和叉车丝杠，叉车在叉车丝杠的带动下沿着叉车导轨水平移动，或在叉车升降机构的带动下上下移动。料车底盘包含箱体行走机构、箱体移动机构和底盘架；箱体行走机构包含滚轮、转动轴、轴承座和滚轮驱动装置，箱体行走机构设置在底盘架的下方，通过轴承座与底盘架相连；滚轮安装在转动轴上，转动轴通过轴承座支撑在底盘架上；滚轮驱动装置与转动轴相连，驱动转动轴旋转；安装在转动轴上的滚轮带动保护进料车横向移动；箱体移动机构包含箱体导轨、箱体轮、箱体移动装置；箱体导轨设置在底盘架上，箱体轮与箱体相连，箱体通过箱体轮支撑在箱体导轨上，箱体移动装置带动箱体纵向移动。

所述的并联式真空热处理设备还包括悬挂式配送系统；悬挂式配送系统包含滑槽、滑轮、支架、位置传感器组件、传感接收器组件和滑线；滑槽位于真空烧结炉的上方通过支架支撑，滑轮带动滑线在滑槽内滑动，滑线一端与保护进料车相连，用于对保护进料车供电和传送控制信号；位置传感器组件与支架相连，传感接收器组件与保护进料车相连，位置传感器组件与传感接收器组件无触点感应确定保护进料车的位置。

所述的并联式真空热处理设备还包含箱体拉紧装置；箱体拉紧装置包含阀体组件、箱体组件；阀体组件为2个以上，分别设置在所述的真空隔热密封阀门的真空阀体上，箱体组件设置在保护进料车的进料阀体上，保护进料车与真空隔热密封阀门对接时通过箱体拉紧装置将保护进料车和真空隔热密封阀门拉紧，实现对接密封；箱体拉紧装置有2台以上，分布在保护进料车的两侧。

加热电源包含3台变压器支撑在真空炉体上，变压器的输出端与所述的加热器的电极相连。真空炉体包含前法兰、内炉筒、外炉筒、内封头、外封头；由前法兰、内炉筒、内封头组成的焊接体和由前法兰、外炉筒、外封头组成的焊接体构成双层水冷壁结构。

真空系统包含机械泵、罗茨泵、扩散泵、冷阱、捕集器、真空粉尘收集器、主阀、粗抽阀和前级阀；捕集器的一端与真空炉体相连，另一端与主阀相连；主阀与冷阱相连，冷阱与扩散泵相连；真空粉尘收集器的一端也与真空炉体相连，另一端与粗抽阀相连；粗抽阀与罗茨泵相连，罗茨泵与机械泵相连。

加热筒体外侧还设置有冷却风管，冷却风管分布在筒体框架的周围，冷却风管上的喷嘴，穿过筒体保温体延伸到筒体金属屏内；一个以上的冷却风管汇集在一起与风机壳的出风口相通。

真空粉尘收集器和风冷粉尘收集器都采用旋风收集器的结构，在旋风收集器内设置有金属网和磁铁。

充放气系统包含气动放气阀、消声过滤器、气动充氩气阀、氩气调节阀、氮气调节阀和气动充氮阀；气动放气阀、气动充氩气阀和气动充氮气阀的出气口与炉体相通；气动放气阀的进气口与消声过滤器相连，气动充氩气阀的进气口与氩气调节阀相连，气动充氮气阀的进气口与氮气调节阀相连；氮气调节阀的进气口与氮气源相通，氩气调节阀的进气口与氩气源相通。

在本发明的另一种实施方式中，充放气系统包括气动放气阀、气动充氩气阀、手动放气阀、手动充气阀；气动放气阀、气动充氩气阀、手动放气阀和手动充气阀的出气口与炉体相通；充放气系统充入的气体包含氮气或氩气；风冷换热系统启动时，加热室内的气体压力在0.06mpa至0.7mpa范围。

并联式真空热处理设备还包含控制系统；控制系统包含plc程序控制器、触摸屏、真空转换器件、温度转换器件、压力转换器件；所述的触摸屏设置有多层画面，包含操作画面、工艺参数设定画面、报警及故障画面；在操作画面包含主要部件的运行状态、实时真空度、加热室内的实时温度、3条以上的实时温度曲线，真空度曲线、还包含自动、抽真空、加热、冷却、停机4个按钮；工艺参数设定画面包含温度曲线、pid参数设定。

并联式真空热处理设备的加热温度在400-1350℃范围；真空度在5×10^-1pa-5×10^-5pa范围。

一种并联式稀土永磁真空热处理方法，该真空热处理方法采用上述的并联式真空热处理设备。所述的并联式真空热处理方法包含如下工序：（1）打开并联式真空热处理设备的真空隔热密封阀门将保护进料车内的工件传送到真空炉体内的炉床上，关闭真空隔热密封阀门后开始抽真空；（2）当真空度达到设定值a时开始按设定的加热工艺曲线1加热，加热工艺曲线1的最高加热温度在400-1090℃范围；（3）当加热曲线1运行结束后，关闭真空系统的主阀，启动充放气系统开始充气，当真空度达到设定值b时，启动风冷换热系统对加热室冷却；（4）打开真空隔热密封阀门将热处理后的工件传送到保护进料车上。所述的真空热处理包含真空烧结、真空时效和真空渗金属处理中的一种以上。

在工序（1）前，还包含横向移动保护进料车至真空隔热密封阀门对面，当传感接收器组件接收到位置传感器组件的信号时停止横向移动保护进料车，然后纵向移动保护进料车接近真空隔热密封阀门，当传感接收器组件接收到位置传感器组件的另一个信号时，启动箱体拉紧装置对接并拉紧保护进料车和真空隔热密封阀门。

当所述的真空热处理包含真空渗金属处理时，在工序（1）前，包含将表面涂敷有含稀土成分的物质的钕铁硼稀土永磁器件装入料盒，再将料盒装入保护进料车的工序；所述的稀土成分包含pr、nd、dy、tb元素中的一种以上，渗入的稀土成分元素分布在晶界上；所述的钕铁硼稀土永磁器件包含稀土元素la、ce、pr、nd中的一种以上。

在本发明的一种实施方式中，工序（2）中的加热工艺曲线1的最高加热温度在800-1090℃范围。

在本发明的另一种实施方式中，工序（2）中的加热工艺曲线1的最高加热温度在400-650℃范围。

本发明的有益效果：

1.在真空隔热密封阀门的上方设置了悬挂式配送系统；系统上设置有滑槽、滑轮、支架、位置传感器组件、传感接收器组件、滑线；可以实现一台保护进料车与多台真空烧结炉对接，节省投资，便于自动化和智能化。

2.增加了保护进料车，避免了在氮气保护条件下将成型的毛坯在保护进料车内储存，并传送到真空烧结炉内，防止了氧化。

3.在真空系统增加旋风粉尘收集器，在扩散泵接口增加粉尘捕集器，避免粉尘进入真空系统，提高真空系统使用寿命，尤其是在渗稀土金属时，控制了稀土粉尘氧化真空泵油。

4.在风冷换热系统增加旋风粉尘收集器，避免粉尘进入换热器和风机，提高了换热效率，也避免了换热器中存留的氧化了的稀土氧化物粉尘再次吹入到加热室，在高温下污染稀土永磁器件，破坏器件表面，降低产品合格率。

5.提出了稀土永磁真空烧结、真空时效的新方法，找到了渗稀土的新方法，提出了渗轻稀土pr、nd的方法，平衡利用稀土元素la、ce、pr、nd。

6.改善了控制系统，方便操作，智能化。

附图说明

图1为本发明中的真空烧结炉的主视示意图。

图2为本发明的并联式真空热处理设备的俯视示意图。

图3为本发明的旋风粉尘收集器的结构示意图。

图4为本发明中的保护进料车的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1至图4所示，一种并联式真空热处理设备，主要包括真空烧结炉52和保护进料车40。真空烧结炉52主要包括真空炉体1、真空隔热密封阀门30、加热室2、风冷换热系统56、真空系统11、充放气系统19和加热电源18。真空炉体1呈卧式布置，前端设置有前法兰42，前法兰42与真空隔热密封阀门30相连；加热室2设置在真空炉体1内，加热室2包含加热筒体5、后端盖61和炉床10，热处理的工件放置在炉床10上；加热筒体5从内到外包含加热器9、筒体金属屏6、筒体保温体8和筒体框架7；真空隔热密封阀门30包含真空阀体31、真空密封阀板84和真空阀板传动机构85；真空密封阀板84上带有隔热层83，设置在真空阀体31内；真空阀板传动机构85带动真空密封阀板84压紧和上下移动；风冷换热系统56包含风冷粉尘收集器53、换热器55、风扇58、电机60、风机壳57、换热器罩54和电机罩59；风扇58设置在风机壳57内，换热器55设置在风机壳57的前端，换热器55的出风口与风机壳57的进风口相通，电机60设置在风机壳57的后端，与风机壳57相连；换热器罩54设置在换热器外部与风机壳57相连；换热器罩54上设置有进风口，换热器罩54上的进风口与风冷粉尘收集器53的出风口相连；风冷粉尘收集器53的进风口与真空炉体1相连；风机壳57的出风口也与真空炉体1相连；电机罩59设置在电机60的外部，电机罩59与风机壳57相连。

所述的保护进料车40包含箱体41、叉车80、叉车升降机构72和叉车移动机构79；保护进料车40与真空隔热密封阀门30相连；箱体41四周有箱板82，前端与真空隔热密封阀门30的真空阀体31相连，后端设置有可以开闭的箱门81；叉车80、叉车升降机构72和叉车移动机构79设置在箱体41内；叉车移动机构79包含叉车导轨77和叉车丝杠78，叉车80在叉车丝杠78的带动下沿着叉车导轨77水平移动，或在叉车升降机构72的带动下上下移动。

在本发明的另一种实施方式中，保护进料车40还包含料车底盘71和进料阀门39。保护进料车40与真空隔热密封阀门30对接；所述的进料阀门39包含进料阀板37、阀板导轨35、阀板移动装置38、阀板升降装置86和进料阀体36；进料阀板37设置在进料阀体36内，阀板移动装置38与进料阀体36相连，进料阀板37在阀板移动装置38的驱动下相对进料阀体36水平运动；阀板导轨35设置在进料阀体36内的进料阀板37的两侧，支撑在阀板移动装置38上；所述的阀板升降装置86包含阀板丝杠87和丝杠驱动机构88，阀板丝杠87设置在进料阀体36内，丝杠驱动机构88驱动阀板丝杠87，阀板丝杠87带动进料阀板37沿着阀板导轨35上下移动；所述的箱体41四周有箱板82，其前端与进料阀门39的进料阀体36相连，后端设置有可以开闭的箱门81；所述的箱体41设置在料车底盘71上，随料车底盘71沿着垂直于箱体轴线方向横向移动。叉车移动机构79包含叉车导轨77、叉车丝杠78，叉车80在叉车丝杠78的带动下沿着叉车导轨77水平移动，或在叉车升降机构72的带动下上下移动。

所述的料车底盘71包含箱体行走机构69、箱体移动机构70和底盘架65；所述的箱体行走机构69包含滚轮75、转动轴73、轴承座74和滚轮驱动装置76；箱体行走机构69设置在底盘架65的下方，通过轴承座74与底盘架65相连；滚轮75安装在转动轴73上，转动轴73通过轴承座74支撑在底盘架65上；滚轮驱动装置76与转动轴73相连，驱动转动轴73旋转；安装在转动轴73上的滚轮75带动保护进料车40横向移动；箱体移动机构70包含箱体导轨67、箱体轮66和箱体移动装置68；箱体导轨67设置在底盘架65上，箱体轮66与箱体41相连，箱体41通过箱体轮66支撑在箱体导轨67上，箱体移动装置70带动箱体41纵向移动。

所述的并联式真空热处理设备还包含悬挂式配送系统95。悬挂式配送系统95包含滑槽92、滑轮93、支架94、位置传感器组件91、传感接收器组件90和滑线89；滑槽92位于真空烧结炉52的上方通过支架94支撑，滑轮93带动滑线89在滑槽92内滑动，滑线89一端与保护进料车40相连，用于对保护进料车40供电和传送控制信号；位置传感器组件91与支架94相连，传感接收器组件90与保护进料车40相连，位置传感器组件91与传感接收器组件90无触点感应确定保护进料车40的位置。

并联式真空热处理设备还包含箱体拉紧装置34；所述的箱体拉紧装置34包含阀体组件32和箱体组件33；阀体组件32设置在所述的真空隔热密封阀门30的真空阀体31上，箱体组件33设置在保护进料车40的进料阀体36上，保护进料车40与真空隔热密封阀门30对接时通过箱体拉紧装置34将保护进料车40和真空隔热密封阀门30拉紧，实现对接密封；所述的箱体拉紧装置34有2台以上，分布在保护进料车40的两侧。

所述的加热电源18包含3台变压器17支撑在真空炉体1上，变压器17的输出端与所述的加热器的电极16相连。真空炉体1包含前法兰42、内炉筒49、外炉筒48、内封头51、外封头50；由前法兰42、内炉筒49、内封头51组成的焊接体和由前法兰42、外炉筒48、外封头50组成的焊接体构成双层水冷壁结构。

所述的真空系统11包含机械泵45、罗茨泵46、扩散泵12、冷阱13、捕集器15、真空粉尘收集器47、主阀14、粗抽阀44、前级阀43；捕集器15的一端与真空炉体1相连，另一端与主阀14相连；主阀14与冷阱13相连，冷阱13与扩散泵12相连；真空粉尘收集器47的一端也与真空炉体1相连，另一端与粗抽阀44相连；粗抽阀44与罗茨泵46相连，罗茨泵46与机械泵45相连。

所述的加热筒体5外侧还设置有冷却风管4，冷却风管4分布在筒体框架7的周围，冷却风管4上的喷嘴3穿过筒体保温体8延伸到筒体金属屏6内；一个以上的冷却风管4汇集在一起与所述的风机壳57的出风口相通。

所述的真空粉尘收集器47和风冷粉尘收集器53都采用旋风收集器62的结构，在旋风收集器62内设置有金属网63和磁铁64。

所述的充放气系统19包含气动放气阀26、消声过滤器27、气动充氩气阀25、氩气调节阀23、氮气调节阀20和气动充氮阀22；气动放气阀26、气动充氩气阀25、气动充氮气阀22的出气口与真空炉体1相通；气动放气阀26的进气口与消声过滤器27相连，气动充氩气阀25的进气口与氩气调节阀23相连，气动充氮气阀22的进气口与氮气调节阀20相连；氮气调节阀20的进气口与氮气源21相通，氩气调节阀23的进气口与氩气源24相通。

在本发明的另一种实施方式中，充放气系统19包括气动放气阀26、气动充氩气阀25、手动放气阀29和手动充气阀28；气动放气阀26、气动充氩气阀25、手动放气阀29、手动充气阀28的出气口与真空炉体1相通；充放气系统19充入的气体包含氮气或氩气；风冷换热系统56启动时，所述的加热室2内的气体压力在0.06mpa至0.7mpa范围。

并联式真空热处理设备还包含控制系统。控制系统包含plc程序控制器、触摸屏、真空转换器件、温度转换器件、压力转换器件；所述的触摸屏设置有多层画面，包含操作画面、工艺参数设定画面、报警及故障画面；在操作画面包含主要部件的运行状态、实时真空度、加热室内的实时温度、3条以上的实时温度曲线，真空度曲线、还包含自动、抽真空、加热、冷却、停机4个按钮；工艺参数设定画面包含温度曲线、pid参数设定。

在所述的并联式真空热处理设备的加热温度在400-1350℃范围；真空度在5×10^-1pa-5×10^-5pa范围。

实施例1

首先制备钕铁硼稀土永磁合金，所述的钕铁硼稀土永磁合金包含la、ce、pr、nd元素，并将合金经过氢破碎和气流磨制成合金粉末，使用压机对合金粉末进行成型制成稀土永磁坯料，之后打开并联式真空热处理设备的真空隔热密封阀门将保护进料车内的工件传送到真空炉体内的炉床上，关闭真空隔热密封阀门后进行如下操作：

抽真空至真空度5×10^-1pa以上时开始按着触摸屏设定的工艺曲线1加热，首先用1小时将坯料加热至440℃，保温2小时，然后用3小时将坯料加热至850℃，保温2小时，接着用2.5小时将坯料加热至1030℃，保温2小时，再降温至890℃，保温2小时，然后停止加热，充入氩气，当炉内压力超过0.09mpa时，启动风冷换热系统进行冷却，冷却过程，充放气系统自动控制炉内压力在0.06mpa至0.09mpa；直到将温度冷却到300℃以下停止冷却；接着再开始抽真空，直到真空度达到5×10^-1pa以上，再按着触摸屏工艺曲线开始加热，至480℃保温2小时，保温结束后进行充氮气风冷，制成钕铁硼稀土永磁材料a1。a1的磁性能为：剩磁br为1.39t，内禀矫顽力hcj为16.1koe。

实施例2

将实施例1制备钕铁硼稀土永磁材料加工成30×15×3mm尺寸的器件，之后将器件送到本发明所述的并联式真空热处理设备的真空烧结炉中，进行如下的真空热处理工序：

抽真空至真空度5×10^-1pa以上时开始加热，按着触摸屏加热工艺曲线3加热至910℃，保温3小时，然后停止加热和抽真空，充入氩气后，启动风冷换热系统进行冷却，冷却过程，充放气系统自动控制炉内压力在0.06mpa至0.09mpa；直到将温度冷却到300℃以下停止冷却；接着再开始抽真空，直到真空度达到5×10^-1pa以上，再按着触摸屏工艺曲线开始加热，至480℃保温2小时，保温结束后进行充氮气风冷，制成钕铁硼稀土永磁材料a2；a2的磁性能为：剩磁br为1.40t，内禀矫顽力hcj为18.6koe。

实施例3

将实施例1制备钕铁硼稀土永磁材料加工成30×15×3mm尺寸的器件，之后将器件表面涂敷含有tb元素的涂层，然后将含有tb元素的涂层的器件送到本发明所述的并联式真空热处理炉中，进行如下的真空热处理工序：

抽真空至真空度5×10^-1pa以上时开始加热，按着触摸屏加热工艺曲线3加热至910℃，保温3小时，然后停止加热和抽真空，充入氩气后，启动风冷换热系统进行冷却，冷却过程，充放气系统自动控制炉内压力在0.06mpa至0.09mpa；直到将温度冷却到300℃以下停止冷却；接着再开始抽真空，直到真空度达到5×10^-1pa以上，再按着触摸屏工艺曲线开始加热，至480℃保温2小时，保温结束后进行充氮气风冷，制成钕铁硼稀土永磁材料a3；a3的磁性能为：剩磁br为1.40t，内禀矫顽力hcj为27.1koe。