[发明专利]一种高温紧邻金属热处理装置及方法

说明书

本发明属于金属热处理相关技术领域，并公开了一种高温紧邻金属热处理装置及方法。该装置包括相对设置的上下两块极板，其中，上下两块极板结构的材料均为焦耳热材料，待处理工件放置在上下两块极板之间，在上下两块极板中通入电流后，该上下极板快速升温，并将温度传递给所述热处理零件，断开电流后，该上下极板快速降温，使得待处理工件中温度下降，以此实现待处理工件的热处理。在热处理过程中，原子扩散、相转变、晶粒长大等过程都符合热激活过程，通过本发明可以提供更快的反应动力学，实现热处理时间的指数级缩短，提供一种速度快、能耗低且能精准控制得到所需金属材料性能的热处理方法，而且该方法适用性广、批量处理效果好。

技术领域

本发明属于金属热处理相关技术领域，更具体地，涉及一种高温紧邻金属热处理装置及方法。

背景技术

热处理是将金属材料以一定速率加热到目标温度，保温一定时间，在介质中以一定速率降温到常温或更低，从而达到调控材料微观组织结构及性能的过程，大多用于金属材料特别是钢材的处理，包含正火、退火、淬火、回火和表面硬化等，也包含有色金属(比如Al合金、Mg合金、Ti合金)等材料的热处理及时效处理等。热处理是金属结构件开发应用过程中至关重要的一环，通过合理巧妙的设计热处理制度可以调节材料的微观组织结构，从而获得优异的性能，不仅能满足各种特殊应用，而且安全性和使用寿命得到很好的保证。

热处理的核心控制因素有：升温方式及速度，保温时间，降温方式及速度，以及热处理制度方式和次数等。比如，45号钢一般需要进行调质处理，即为淬火及回火的热处理过程，其中(1)淬火：将45号钢以约10℃/min升温到800℃保温1-2小时，然后在水中淬火以实现超快速降温淬火处理；(2)回火：淬火后，将45号钢以约10℃/min升温到500℃，保温20分钟至2小时，然后随炉冷却至室温，即完成回火过程。经过调质处理的45号钢，性能得到了极大的提升，拥有优良的力学强度及韧性。

传统的金属热处理一般是在电阻炉中进行，通过加热炉体实现对金属材料的热处理过程。电阻炉通常有较慢的升降温速率(一般5-10℃/min)、高温的限制(一般1200℃)以及能耗大(100kW)等缺点，使得金属热处理一般以较慢的方式进行，普遍花费几个小时甚至几天，不仅花费巨大的时间和能耗成本，而且热处理的可调控范围及方式也有限，从而阻碍了金属材料性能的进一步提升。高频感应加热、激光加热和电流加热是新兴的快速加热技术，它们都具有能量集中，加热速度快等优点。但是高频感应加热和电流加热对待处理材料本身性质及形状是有要求的，且都需要特殊的夹具，激光加热耗能大，不适合广泛应用。这几种技术对单工件可实现快速加热处理，但是都不具备批量处理能力。公开号为CN112094995A的发明专利通过直接对金属材料通电的方法对金属材料进行加热，但是金属材料优异的导电性通常导致加热效果非常不理想且耗电量巨大，需要高真空进行保护，设备安全性和易操作性是极大的挑战。其次，金属件必须制备成为专门的形状以确保与正负极接触并有好的加热效果，而接触处热处理效果欠佳。再次，因为高真空下直接通电加热，故一次只能对一个样品处理，无法实现批量化处理。因此，寻找一种能快速加热、适用性广、批量处理效果好的新型金属热处理技术成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高温紧邻金属热处理装置及方法，利用紧邻热辐射加热对金属材料进行高温快速热处理，提供一种速度快、能耗低且能精准控制得到所需金属材料性能的热处理方法，而且该方法适用性广、批量处理效果好。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种高温紧邻金属热处理装置，该装置包括相对设置的上下两块极板，其中，上下两块极板结构的材料均为焦耳热材料，待处理工件放置在上下两块极板之间，在上下两块极板中通入电流后，该上下极板快速升温，并将温度传递给所述热处理零件，断开电流后，该上下极板快速降温，使得待处理工件中温度下降，以此实现待处理工件的热处理。

进一步优选地，所述上下两块极板距离工件之间的距离小于等于10mm,并且可以根据待处理工件高度进行调节，如有必要可在工件四周设置更多极板进行均匀加热。