本發(fā)明屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種加磁場(chǎng)的熱處理方法。該方法利用了發(fā)熱體本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)，能方便地對(duì)環(huán)形磁性材料器件進(jìn)行加磁場(chǎng)熱處理，磁場(chǎng)屏蔽效應(yīng)低，溫度場(chǎng)分布均勻，提高了磁場(chǎng)熱處理的可控性，并在一定程度上降低了能耗。

背景技術(shù)：

為了在特定方向上獲得更加優(yōu)異的磁性能，通常在對(duì)磁性材料及其所制器件熱處理時(shí)在某一方向加一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，即所謂磁場(chǎng)熱處理。盡管軟磁和硬磁材料都可進(jìn)行磁場(chǎng)熱處理，但是工業(yè)生產(chǎn)中大部分情況是針對(duì)軟磁材料的。經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)熱處理后，磁疇會(huì)大致沿著所加磁場(chǎng)的方向排列，一方面使得沿該方向的磁導(dǎo)率大幅提高，成為易磁化方向，另一方面還能夠提高沿該方向的飽和磁化強(qiáng)度。二者皆對(duì)軟磁材料所制備的器件的性能有改善作用，降低磁滯損耗，拓展其適用范圍。

目前通用的磁場(chǎng)熱處理方法大體相同：由永磁體或電磁鐵產(chǎn)生大致均勻的磁場(chǎng)，由發(fā)熱體在有氣氛保護(hù)下的爐體內(nèi)加熱樣品。這類方法有如下兩個(gè)缺點(diǎn)：

1，磁場(chǎng)的均勻性不易保證，因?yàn)闋t腔和樣品會(huì)在一定程度上改變外磁場(chǎng)的方向或大小，甚至?xí)帘瓮獯艌?chǎng)，使其不再符合預(yù)期分布；另外，無(wú)法產(chǎn)生沿環(huán)形器件周向的磁場(chǎng)，因此在熱處理時(shí)需要將環(huán)形器件繞軸線旋轉(zhuǎn)，這會(huì)使熱處理設(shè)備變得更為龐雜，而且傳動(dòng)裝置使得爐腔的密封更加困難。

2，發(fā)熱體一般分布在爐腔內(nèi)壁，加熱時(shí)熱量逐漸向爐體中心擴(kuò)散，使得升溫初始階段爐體內(nèi)部溫度梯度大，溫度分布不均勻，放置在不同位置的磁性器件經(jīng)歷的受熱歷史是不同的，這對(duì)于所需熱處理時(shí)間較短的器件是尤為不利的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)上述技術(shù)背景中所提及的問(wèn)題，即磁場(chǎng)可控性差、環(huán)形器件磁場(chǎng)熱處理不易實(shí)施、溫度場(chǎng)分布不均勻等，本發(fā)明針對(duì)環(huán)形磁性材料器件提出了一種磁場(chǎng)熱處理方法，利用了發(fā)熱體本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)，能夠很好地解決這些問(wèn)題。

本發(fā)明一種適用于環(huán)形器件的磁場(chǎng)熱處理方法，具體包括如下步驟：

(1)根據(jù)所需磁場(chǎng)強(qiáng)度H的大小由式(a)計(jì)算流經(jīng)直線型發(fā)熱體的電流I，

I＝2πR_wH (a)

式中：R_w為環(huán)形器件的外半徑。

(2)由于流經(jīng)直線型發(fā)熱體的電流I在步驟(1)已經(jīng)被確定，因此功率P的大小只能通過(guò)發(fā)熱體的電阻R大小來(lái)調(diào)節(jié)，如式(b)所示：

P＝I²R (b)

上式給出了單根發(fā)熱體的功率，結(jié)合熱處理爐的總功率，計(jì)算出所需直線型發(fā)熱體的根數(shù)。

(3)將環(huán)形器件穿套于直線型發(fā)熱體之上，然后將環(huán)形器件與直線型發(fā)熱體一起放置于爐體內(nèi)。所述直線型發(fā)熱體均勻分布于爐體內(nèi)。

(4)檢查電路連接情況，確保電流為直流電，并且保證流經(jīng)相鄰兩根直線型發(fā)熱體的電流方向相反。

(5)把爐門關(guān)閉，形成密封狀態(tài)，對(duì)爐體預(yù)抽真空；當(dāng)真空度達(dá)到要求后，將真空閥關(guān)閉，按照氣氛要求充入保護(hù)氣體，然后將充氣閥關(guān)閉。所述保護(hù)氣體為氮?dú)?、二氧化碳或者氬氣?/p>

(6)將電流I調(diào)節(jié)至步驟(1)所確定的值，設(shè)置熱處理時(shí)間，對(duì)爐體內(nèi)環(huán)形器件進(jìn)行磁場(chǎng)熱處理。

本發(fā)明的科學(xué)原理：環(huán)形器件穿套于發(fā)熱體上，與發(fā)熱體大致同軸。首先，由于發(fā)熱體載有電流，根據(jù)安培環(huán)路定理，在發(fā)熱體周圍分布著同軸環(huán)形磁場(chǎng)。其次，一方面可以通過(guò)調(diào)節(jié)流經(jīng)發(fā)熱體的電流確定磁場(chǎng)強(qiáng)度，另一方面可以通過(guò)發(fā)熱體在爐體內(nèi)的空間布置精確控制磁場(chǎng)分布。再次，在電流一定的情況下可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)熱體的電阻來(lái)控制加熱功率，而且發(fā)熱體均勻分布于爐體內(nèi)，加熱時(shí)爐體內(nèi)部各點(diǎn)溫升均勻而又同步，使得所有放置于熱處理爐內(nèi)的器件經(jīng)歷的熱處理過(guò)程嚴(yán)格一致。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、所需熱處理設(shè)備由爐體和發(fā)熱體組成，無(wú)需磁極。環(huán)形磁場(chǎng)由直線型發(fā)熱體載有的直流電產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以通過(guò)流經(jīng)發(fā)熱體的電流調(diào)節(jié)；升溫和保溫時(shí)所需功率可以通過(guò)發(fā)熱體電阻調(diào)節(jié)。

2、能夠方便地對(duì)環(huán)形器件進(jìn)行磁場(chǎng)熱處理，提高了磁場(chǎng)分布及強(qiáng)度的可控性，并能夠精確控制加熱功率，熱處理爐內(nèi)溫度即均勻又同步，因此在一定程度上可以縮短熱處理時(shí)間，從而在提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率和合格率的同時(shí)減少能耗。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)磁場(chǎng)熱處理爐的整體示意圖；

如圖中箭頭所示，該工藝方法只能產(chǎn)生沿水平方向的磁場(chǎng)H，無(wú)法產(chǎn)生環(huán)形磁場(chǎng)。

圖2為圖1的爆炸視圖；

如圖中所示，主要包括兩個(gè)磁極、爐體和發(fā)熱體。

圖3為本發(fā)明設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)熱處理方案所需設(shè)備的整體示意圖；

如圖所示，主要包括爐體和發(fā)熱體；對(duì)比圖1可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)熱體改為直線型，并減少了磁極。

圖4為圖3的爆炸視圖。

圖5為相鄰發(fā)熱體所載電流的方向的相互關(guān)系圖；

如圖所示，相鄰發(fā)熱體的電流方向須相反。

圖6為流經(jīng)發(fā)熱體的電流在其周圍產(chǎn)生的環(huán)形磁場(chǎng)示意圖。

圖7為單個(gè)環(huán)形器件與發(fā)熱體的配合示意圖。

圖8為實(shí)際熱處理滿載裝爐時(shí)環(huán)形器件與發(fā)熱體的配合示意圖。

圖9為結(jié)合外半徑R_w的具體大小根據(jù)所需磁場(chǎng)查閱工作電流的工藝圖表。

圖中：1-爐體，2-傳統(tǒng)發(fā)熱體，3-真空閥，4-充氣閥，5-爐門，6-磁極(N)，7-磁極(S)，8-直線型發(fā)熱體，9-環(huán)形器件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。

本發(fā)明針對(duì)環(huán)形磁性材料器件提出一種磁場(chǎng)熱處理方法，具體步驟如下：

(1)根據(jù)所需磁場(chǎng)強(qiáng)度H的大小由以下(a)式計(jì)算流經(jīng)直線型發(fā)熱體8的電流I，

I＝2πR_wH (a)

式中R_w為環(huán)形器件的外半徑。須注意的是，電流I應(yīng)不小于2πR_wH，否則環(huán)形器件外半徑處的磁場(chǎng)強(qiáng)度H會(huì)偏小，無(wú)法達(dá)到相應(yīng)的工藝要求。然而此時(shí)，在環(huán)形器件的內(nèi)半徑R_n處磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)明顯高于外半徑R_w處，但是磁場(chǎng)熱處理只對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度下限有要求，對(duì)上限無(wú)要求，更高的外加磁場(chǎng)有益而無(wú)害。另外，相鄰發(fā)熱體中的電流流向需相反，如此相鄰發(fā)熱體產(chǎn)生的磁場(chǎng)可相互加強(qiáng)。具體可根據(jù)圖9所示的工藝圖表進(jìn)行查閱，例如當(dāng)R_w＝10mm，所需外加磁場(chǎng)H＝50A/m時(shí)，工作電流應(yīng)為I＝3A；當(dāng)R_w＝20mm，所需外磁場(chǎng)H＝40A/m時(shí)，工作電流應(yīng)為I＝5A；當(dāng)R_w＝30mm，所需外磁場(chǎng)H＝80A/m時(shí)，工作電流應(yīng)為I＝15A。需要說(shuō)明的是，圖9給出的外磁場(chǎng)H最大值為100A/m，這是因?yàn)檐洿挪牧系某C頑力H_c通常小于100A/m。比如工業(yè)純鐵的H_c<80A/m,硅鋼的H_c<60A/m，坡莫合金的H_c<10A/m，鐵基非晶帶材H_c<10A/m，鐵氧體的H_c～10A/m。因此，最大值為100A/m的外磁場(chǎng)完全可以對(duì)常見(jiàn)軟磁材料進(jìn)行飽和磁化。

(2)由所需加熱功率確定發(fā)熱體的根數(shù)。由于流經(jīng)直線型發(fā)熱體8的電流I在上一步已經(jīng)被確定，因此功率P的大小只能通過(guò)發(fā)熱體的電阻R大小來(lái)調(diào)節(jié)，并由下式給出：

P＝I²R (b)

上式給出了單根直線型發(fā)熱體的功率。結(jié)合熱處理爐的總功率，可以計(jì)算出所需直線型發(fā)熱體的根數(shù)。

(3)將環(huán)形器件9按照?qǐng)D7所示穿套于直線型發(fā)熱體8之上，然后將環(huán)形器件9與直線型發(fā)熱體8一起放置于爐體1內(nèi)，按照?qǐng)D5所示的相對(duì)位置關(guān)系布置。

(4)檢查電路連接情況，確保電流為直流電，并且保證流經(jīng)相鄰兩根發(fā)熱體的電流方向相反，如圖5所示。

(5)把爐門5關(guān)閉，形成密封狀態(tài)，對(duì)爐腔預(yù)抽真空。當(dāng)真空度達(dá)到要求后，將真空閥3關(guān)閉，打開(kāi)充氣閥4，按照氣氛要求充入保護(hù)氣體，一般為氮?dú)?、二氧化碳或者氬氣，然后將充氣閥4關(guān)閉。

(6)將電流I調(diào)節(jié)至步驟1所確定的值，設(shè)置熱處理時(shí)間，對(duì)環(huán)形器件進(jìn)行磁場(chǎng)熱處理。