一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理方法及装置与流程

1.本发明涉及软磁材料生产技术领域，尤其涉及一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理方法及装置。本发明提供了一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理方法及装置。


背景技术：

2.随着科技的发展及新材料制备方法的不断进步，智能电子产品得到迅猛发展，而这些变化对于产品的充电技术提出了更高的要求，相应的无线充电技术随之方兴未艾。目前，无线充电技术手段主要包括三种：电磁感应方式、无线电波方式，以及电磁共振方式，其中电磁感应式无线充电技术领域对隔磁片或导磁片的综合磁性能要求更高，随着近代非晶合金新型材料的研发与制备技术的不断完善，非晶合金软磁材料在软磁材料的研发与应用领域崭露头角，这类材料不仅具有高饱和磁感应强度，低损耗的特性，而且能够提高产品的工作效率，减小体积，从而达到节约环保的目的。
3.为了进一步提高非晶合金软磁材料的磁性能，研究人员尝试通过成份设计、退火等方式得到了纳米晶软磁材料，其综合软磁性能尤为突出，无论在高频还是低频领域都有着极大的应用价值，作为新型软磁材料从性能方面它极大地超越了传统软磁材料，非常适合用作无线充电的隔磁片或导磁片原材料。
4.传统的制备软磁材料的热处理方式为单一等温退火，这种方法是先将非晶合金带材进行卷绕成磁芯再进行一定时间的等温退火处理，然后进行空冷或炉冷，但这种方式存在一定的缺陷，首先，卷绕成卷的带材外部和内部的加热速度及所受应力的差异，所制备的纳米晶材料一致性较差；其次，由于非晶态晶化时伴随着约1％的体积致密化，因此非晶合金由于晶化体积收缩，磁芯受到沿圆周的纵向应力而紧箍在圆环上，极易产生内部断裂且不易被发现；另外，由于电磁感应式无线充电技术领域对隔磁片或导磁片的综合磁性能要求更高，若想使纳米晶材料能够广泛的应用于新能源汽车、手机等无线充电材料，就必须改进传统的等温退火方式，通过优化工艺来提高纳米晶材料的综合软磁性能。
5.为了进一步提高纳米晶材料的综合软磁性能，人们通过调整工艺、控制纳米晶粒尺寸、磁场退火等手段对这类材料进行了大量研究，但都具有一定的局限性。按照传统理论，软磁材料要获得优良的软磁性能，主要应满足其磁各向异性常数趋近于零，近年来，人们通过对纳米晶软磁材料的研究发现，通过张力和磁致伸缩的耦合作用可以改变磁畴的取向，从而产生宏观磁各向异性，提高纳米晶软磁合金的恒导磁特性及直流偏置能力，降低合金的饱和磁滞伸缩系数，最终达到提高合金的磁性能的目的。
6.张力退火的方式有两种，一种是对非晶纳米晶带材施加张力后进行随炉加热和冷却；另一种是对非晶纳米晶带材进行连续张力处理。但是，由于张力退火装置的研发还处于初期阶段，缺乏自动化能力，现在还没有应用于制备无线充电纳米晶材料领域。因此，无论是从提高软磁材料综合性能的角度，还是从扩大纳米晶软磁材料在无线充电领域的市场占有率的角度，都必须要考虑研发相应的制备工艺及生产装置以满足市场需求。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理方法及装置，用以制备应用于无线充电的纳米晶材料。本发明所提供的用于无线充电的纳米晶材料的热处理方法及装置，通过优化热处理工艺改善了产品的综合软磁性能，提高了成品的质量，制备工艺简单，自动化程度高。
8.本发明公开的一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理方法及装置是通过下述技术方案予以实现的。
9.一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理方法，包括以下步骤：
10.s1.放料及位置调整：
11.将原始带材置于放带盘上，并将带材通过引带盘，缠绕在张力轮组上，把原始带材固定在引带钢条上，打开退火炉盖板，把引带钢条从进带口穿入，从出带口穿出，同时将带材引出并缠绕在冷却炉内的张力轮组上，最后将其固定在收料轴上；
12.s2.张力、炉温等参数设置：
13.张力退火参数设置主要包括：张力值、退火温度、冷却水温度、连续退火走带速度，以及炉内通入的保护气体类型参数；
14.s3.对带材施加张力并进行连续退火：
15.打开送气装置向退火炉中输入保护气体，待退火炉中充满保护气体后，打开温控仪并设置退火温度，待炉温稳定后，开启走带轮，通过放带盘、引带盘及张力轮组实现小张力放带，通过机械方式进行微调张力，通过张力控制面板对张力轮组进行调整，张力轮组的三轮结构形成固定包角可对非晶带材的张力进行调整，对施加在软磁合金带材上的张力进行精确控制，运转走带轮使带材能够连续缓慢地通过退火炉进入冷却炉；
16.s4.带材冷却收卷：
17.通过冷却炉的窗口观察炉内带材，对张力轮组进行适当调整，以防止带材发生断裂及偏移，观察冷却炉温度，保证退火后的带材得到充分冷却，并进行卷收。
18.一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理装置，整体分为三个部分：放料系统、张力退火系统，以及冷却收料系统；
19.所述放料系统上装有系统过载或空载的报警装置，调整带材受力大小，设置带材初始参数及设备运转速度等参数的控制面板，检测带材所受张力的张力轮组，放置物料的放带盘及引带盘；
20.所述张力退火系统包括调整退火炉前后位置的平移装置，向退火炉中输入保护气的送气装置，控制及调整退火温度的温控仪，以及退火炉体；
21.所述冷却收料系统包括调控冷却炉内温度的温度控制面板，退火后纳米晶带材的出带口，向冷却炉内输送惰性气体的送气接口，冷却炉腔体，输送带材的走带盘，测试带材应力的张力轮组，卷收带材的收带盘，以及冷却水箱体。
22.由放料系统的张力轮组及冷却收料系统的张力轮组构成了前两个部分的应力闭环控制系统，由放料系统的走带盘及冷却收料系统的走带盘协调运转速度，能够起到控制带材走速及所受张力的作用。
23.退火炉体的位置可通过平移装置进行精确调整，以免带材偏离退火炉进料口的中心位置。
24.本发明所提供的一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理方法及装置能够对大部分软磁材料进行张力退火处理，例如1k101、1k107，以及坡莫合金等。
25.本发明从以下几个方面对传统的纳米晶材料热处理方式进行了优化。
26.所述一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理装置上装有张力控制装置，所述张力控制装置包括用于检测应力的张力轮组，放置带材的走带盘，所述张力控制装置还包括检测张力大小的张力传感器，所述张力控制装置、放带盘及收带盘可通过改变走带速度结合带材所受张力在退火过程中对非晶带材施加张力，通过调控带材所受张力的大小，在连续退火的同时对带材施加外力，以感生材料的单轴磁各向异性，从而提高纳米晶材料的综合软磁性能，以满足无线充电隔磁片或导磁片所需性能要求，另外，应力退火下的剩磁要明显低于普通退火下的剩磁。
27.利用张力连续退火的方式得到的纳米晶材料，由于材料各部分受到均匀的张力，因此退火后带材的一致性较好，且退火方式为单片带材等温退火，避免了卷绕时的应力或温度不均匀等问题，能够有效防止带材发生不均匀变形或断裂。
28.所述冷却收料系统的外箱体上设置了检视窗，可通过检视窗口观察内部带材传输实况，冷却炉右侧的外箱面板可以开启，内部带材出现断带或卷曲等情况，可开启冷却炉右侧的外箱面板，及时对内部带材进行调整。
29.与现有技术相比,本发明的有益效果是：
30.本发明公开的一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理方法及装置，通过优化热处理工艺，不仅避免了传统热处理方式一致性较差及产品变形断裂等缺陷，还能够有效提高产品的综合磁性能及良品率。另外，本发明还提供了自动化程度较高的无线充电软磁材料的热处理装置，能够有效提高生产效率，降低生产成本。装置所生产的无线充电纳米晶软磁材料在手机通讯、新能源汽车等领域均具有极其广阔的应用前景。
附图说明
31.图1为本发明装置的整体结构示意图；
32.图2为本发明装置的细节示意图；
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不代表并限制本发明的权利保护范围。
34.本实施例提供的一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理装置，其整体结构如图1所示，包括放料系统100、张力退火系统200以及冷却收料系统300，详细结构如图2所示。
35.一种用于无线充电的纳米晶材料的热处理方法及装置，整体分为三个部分：放料系统100、张力退火系统200，以及冷却收料系统300。
36.所述放料系统100上装有系统过载或空载的报警装置101，调整带材受力大小，设置带材初始参数及设备运转速度等参数的控制面板102，检测带材所受张力的张力轮组103，放置物料的放带盘104及引带盘105。
37.所述张力退火系统200包括调整退火炉前后位置的平移装置201，向退火炉中输入保护气的送气装置202，控制及调整退火温度的温控仪203，以及退火炉体204。
38.所述冷却收料系统300包括调控冷却炉内温度的温度控制面板301，退火后纳米晶带材的出带口302，向冷却炉内输送惰性气体的送气接口303，冷却炉腔体304，输送带材的走带盘305，测试带材应力的张力轮组306，卷收带材的收带盘307，以及冷却水箱体308。
39.由放料系统100的张力轮组103及冷却收料系统300的张力轮组306构成了前两个部分的应力闭环控制系统，由放料系统100的走带盘105及冷却收料系统300的走带盘305协调运转速度，能够起到控制带材走速及所受张力的作用。
40.退火炉体204的位置可通过平移装置201进行精确调整，以免带材偏离退火炉的进料口中心位置。
41.本发明提供了一种连续张力退火的热处理工艺，具体工艺流程如下：
42.s1.放料及位置调整：
43.将原始带材置于放带盘上，并将带材通过引带盘，缠绕在张力轮组上，打开退火炉盖板，把带材从进带口传入，从出带口穿出，引入冷却炉，缠绕在冷却炉内的张力轮组上，最后将带材固定在收料轴上；
44.s2.张力、炉温等参数设置：
45.张力退火参数设置主要包括：原始带材宽度、张力值、退火温度、冷却水温度、连续退火走带速度，以及炉内通入的保护气体类型等参数，可按照原始带材的成分及工艺需要来设置具体数值；
46.s3.对带材施加张力并进行连续退火：
47.打开送气装置向退火炉中输入保护气体，待退火炉中充满保护气体后，打开温控仪并设置退火温度，待炉温稳定后，开启走带轮，通过放带盘、引带盘及张力轮组实现小张力放带，通过机械方式进行微调张力，通过张力控制面板对张力轮组进行调整，张力轮组的三轮结构形成固定包角可对非晶带材的张力进行调整，对施加在软磁合金带材上的张力进行精确控制，运转走带轮使带材能够连续缓慢地通过退火炉进入冷却炉；
48.s4.带材冷却收卷：
49.通过冷却炉的窗口观察炉内带材，对张力轮组进行适当调整，以防止带材发生断裂及偏移，观察冷却炉温度，保证退火后的带材得到充分冷却，并进行卷收。
50.根据本发明内容进行工艺参数的调整，均可实现无线充电纳米晶材料的制备，且经测试表现出与本发明实施例基本一致的性能。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例所做的各种修改、补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。