一种深冷热处理装置的制作方法

1.本发明涉及深冷热处理技术领域，特别是涉及一种深冷热处理装置。


背景技术：

2.深冷热处理是指将金属基材料置于低温环境中(一般是指
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130℃以下)一段时间后放至相对高温环境的一种材料性能调控关键技术。对于一些钢、铝合金、铝基复材等材料，深冷热处理可以促进沉淀相的析出及均匀化分布，有效提升材料尺寸稳定性、强度、硬度与韧性等性能。其中，深冷热处理还有助于降低一些合金材料的淬火残余应力。因此，得以提升零件的整体质量，延长使用寿命，进而降低其维护成本。
3.关于深冷热处理工艺，其工艺关键参数包括低温环境温度、低温环境保温时间、高温环境温度、高温环境保温时间以及环境升降温速率等，不同的工艺参数组合决定着金属基零件的性能。因此，调控上述工艺参数具有十分重要的意义。
4.深冷热处理设备是一种能够调控上述工艺参数以对金属基材料进行降温、升温与保温的设备。而传统的深冷热处理设备，其加热装置为通过将保存在低温环境下一段时间的材料转移至空气为热介质的高温环境中，通过空气与材料的对流换热方式进行加热，该方式与液体换热相比，只能通过改变高温环境温度的方式在一定的范围内改变金属材料的升温速率，且速率仍低于液体等介质，对于具有一定厚度的铝合金/铝基复材结构件，加热效率低，时间长，无法进行上坡淬火工艺。基于此，如何提供一种加热速率快、热处理效果好的深冷热处理设备是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.(1)要解决的技术问题
6.本发明实施例提供了一种深冷热处理装置，包括深冷箱箱体和高温液体箱箱体，深冷箱箱体的上端通过单向管道与高温液体箱箱体连通。本发明能提高了设备的控温范围、速率、精度与稳定性。
7.(2)技术方案
8.本发明的实施例的一种深冷热处理装置，包括：深冷箱箱体和高温液体箱箱体，所述深冷箱箱体的上端通过单向管道与所述高温液体箱箱体连通，且所述单向管道内设有单向通道隔板；所述深冷箱箱体上设有深冷箱上盖板，所述深冷箱箱体下端设有连通其内的液氮进入口，且所述深冷箱箱体内设有第一升降机构、第一液位传感器、第一温度传感器、第一电热装置和助推装置，所述助推装置朝向所述单向管道设置；所述高温液体箱箱体上设有高温液体箱盖板和连通其内的高温液体输入管，所述高温液体输入管与高温液体发生装置连接，所述高温液体箱箱体内设有第二升降机构、第二液位传感器、第二温度传感器、底部电热装置、侧部电热装置和第二升降机构。
9.进一步地，所述高温液体箱箱体设有不少于一个的搅拌器，所述搅拌器连通至所述高温液体箱箱体的腔体内部。
10.进一步地，所述高温液体输入管与所述高温液体发生装置之间还设有第一开关阀门。
11.进一步地，所述深冷箱箱体靠近上端的一侧壁上还设有第一单向排风口。
12.进一步地，所述高温液体箱箱体靠近上端的一侧壁上还设有第二单向排风口，所述第二单向排风口的下方设有第一高温液体收集池。
13.进一步地，所述第一升降机构上设有第一升降托板。
14.进一步地，所述第二升降机构上设有第二升降托板。
15.进一步地，所述高温液体箱箱体的下端设有连通其内腔的排液管道，所述排液管道位于所述高温液体箱箱体外部一端的下方设有第二高温液体收集池，且所述排液管道上设有第二开关阀门。
16.进一步地，所述第一升降机构与所述第二升降机构的升降高度与所述单向管道的下端面齐平。
17.进一步地，所述深冷箱箱体内填充有液氮。
18.(3)有益效果
19.本发明实提供了一种深冷热处理装置，分别通过在深冷箱箱体和高温液体箱箱体内安装有液位传感器、温度传感器以及升降装置等，来保证待处理的金属基材料可以某一恒定冷却速率冷却至目标温度并保温，同时，在深冷箱箱体和高温液体箱箱体内可以使用液态介质进行深冷热处理，配合设置的加热装置具有散热效果好、升温速度快的优点，能降低目标温度的升温时间。
20.可见，本发明提供的深冷热处理装置可实现对待处理的金属基材料的精确温度制冷与制热，缩短了升温时间，提高了设备的控温范围、速率、精度与稳定性，在深冷热处理领域具有重要的实用价值。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明一实施例中深冷热处理装置的结构示意图。
23.图2是本发明一实施例中深冷热处理的工艺路线图。
24.图3是图1中深冷热处理装置的截面结构示意图。
25.图4是本发明一实施例中深冷热处理装置的俯视结构示意图。
26.图中：助推装置1、深冷箱上盖板2、第一零件托盘3、单向通道隔板4、搅拌器5、第二零件托盘6、高温液体箱盖板7、高温液体输入管8、第一开关阀门9、高温液体发生装置10、第一单向排风口11、第一电热装置12、第一升降机构13、液氮进入口14、深冷箱箱体15、第一液位传感器16、第一升降托板17、第一温度传感器18、液氮19、高温液体箱箱体20、第二温度传感器21、底部电热装置22、第二升降机构23、排液管道24、第二开关阀门25、第二升降托板26、第二液位传感器27、侧部电热装置28、液体介质29、第二单向排风口30、第一高温液体收集池31、第二高温液体收集池32。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.下面将参照附图1
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附图4并结合实施例来详细说明本技术。
30.本发明实施例的一种深冷热处理装置，包括：深冷箱箱体15和高温液体箱箱体20，所述深冷箱箱体15的上端通过单向管道与所述高温液体箱箱体20连通，且所述单向管道内设有单向通道隔板4；所述深冷箱箱体15上设有深冷箱上盖板2，所述深冷箱箱体15下端设有连通其内的液氮进入口14，且所述深冷箱箱体15内设有第一升降机构13、第一液位传感器16、第一温度传感器18、第一电热装置12和助推装置1，所述助推装置1朝向所述单向管道设置；所述高温液体箱箱体20上设有高温液体箱盖板7和连通其内的高温液体输入管8，所述高温液体输入管8与高温液体发生装置10连接，所述高温液体箱箱体20内设有第二升降机构23、第二液位传感器27、第二温度传感器21、底部电热装置22、侧部电热装置28和第二升降机构23。
31.在本发明实施例的深冷热处理装置中，参阅附图1、附图3
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附图4所示，包括深冷箱箱体15和高温液体箱箱体20，深冷箱箱体15和高温液体箱箱体20通过位于上端的单向管道连接，而在实际使用时可以在深冷箱箱体15内放入冷媒(如液氮)，可以在高温液体箱箱体20里放入温度较高的高温液体介质(如沸水、热油)，因此，在相关金属基材料需要进行深冷热处理时，可以先将金属基材料放置在深冷箱箱体15中进行低温保持，其中可以通过第一液位传感器16感知深冷箱箱体15中冷媒的量，进而可以通过液氮进入口14补充冷媒，直至达到第一液位传感器16感知的阈值，同时，深冷箱箱体15内设置有第一温度传感器18，用于感知冷媒的实际温度，比如当输入的冷媒为液氮时，由于液氮的温度为
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196℃，而深冷热处理一般需要在
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130℃以下低温环境即可，因此，第一温度传感器18可以实时感知冷媒的温度，并通过设置在其内的第一电热装置12加热冷媒，使其温度达到设置值，比如
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140℃，当深冷箱箱体15内冷媒温度达到设定值时，我们可以打开深冷箱上盖板2，将待处理的金属基材料放置到第一升降机构13上，利用第一升降机构13将待处理的金属基材料沉入到温度调整好的冷媒中进行规定低温环境保温时间下额定低温环境温度的低温处理，低温处理以后需要进行高温处理，因此，可以抬升第一升降机构13，使得待处理的金属基材料上升到与助推装置1齐平位置，并停靠在助推装置1与单向管道之间，因此触发助推装置1以后，其便可以轻松将待处理的金属基材料推送到单向管道上，然后再打开单向通道隔板4，在助推装置1持续的推动下，待处理的金属基材料会持续向高温液体箱箱体20内移动，因此可以在此时抬升第二升降机构23，使得待处理的金属基材料在离开单向管道后直接落到第二升降机构23上。
32.当然，在待处理的金属基材料进入高温液体箱箱体20之前，可以开启高温液体发生装置10，对进入到高温液体箱箱体20内的高温液体介质进行调温，如利用高温液体发生装置10将液态水的温度调整到近100℃、或将装置内热油加热到160℃，这样当高温液体发
生装置10将液体的温度调整到高温处理范围时，可以将液体通过高温液体输入管8输入到高温液体箱箱体20内，进而便于待处理的金属基材料进行高温处理。进一步地，本发明实施例在高温液体箱箱体20内设置有第二升降机构23，第二升降机构23可以将待处理的超低温金属基材料很快沉入到高温液体介质中进行热处理，同时在高温液体箱箱体20内还设置有第二液位传感器27，可以很好地起到监测高温液体箱箱体20内高温液体介质的液位，此时高温液体发生装置10排入适宜量的高温液体介质进来，同时，高温液体箱箱体20内还设有第二温度传感器21，能根据不同待处理的金属基材料对温度的要求进行实时检测，并将温度反馈至底部电热装置22和侧部电热装置28进行处理，以确保高温液体箱箱体20内的高温液体介质迅速恢复到预设的温度。
33.综上所述，本发明实施例提供了一种深冷热处理装置，分别通过在深冷箱箱体15和高温液体箱箱体20内安装有液位传感器、温度传感器以及升降装置等，来保证待处理的金属基材料可以某一恒定冷却速率冷却至目标温度并保温，同时，在深冷箱箱体15和高温液体箱箱体20内可以使用液态介质进行深冷热处理，配合设置的加热装置具有散热效果好、升温速度快的优点，能降低材料整体升至目标温度的升温时间。可见，本发明实施例提供的深冷热处理装置可实现对待处理的金属基材料的精确温度制冷与制热，缩短了升温时间，提高了设备的控温范围、速率、精度与稳定性，在深冷热处理领域具有重要的实用价值。
34.具体地，根据本发明的又一个实施例，所述高温液体箱箱体20设有不少于一个的搅拌器5，所述搅拌器5连通至所述高温液体箱箱体20的腔体内部，搅拌器的设置可以均匀搅拌高温液体箱箱体20内的高温液体介质，使其温度更加均匀。参阅附图1、附图4所示，搅拌器5可以设置两个，当然搅拌器5可以根据需要而设定，不应构成对本技术的限制。
35.具体地，根据本发明的另一个实施例，参阅附图1所示，所述高温液体输入管8与所述高温液体发生装置10之间还设有第一开关阀门9。第一开关阀门9的设置便于根据需要控制高温液体发生装置10中的高温液体介质排入到高温液体箱箱体20中。
36.具体地，根据本发明的另一个实施例，参阅附图1所示，所述深冷箱箱体15靠近上端的一侧壁上还设有第一单向排风口11。第一单向排风口11的设置可以使得当深冷箱箱体15内的气压大于外界大气压时，多余汽化的冷媒可以由处于深冷箱箱体15侧壁的第一单向排风口11排出，从而保持深冷箱箱体15内的压力不变。
37.具体地，根据本发明的另一个实施例，参阅附图1所示，所述高温液体箱箱体20靠近上端的一侧壁上还设有第二单向排风口30，所述第二单向排风口30的下方设有第一高温液体收集池31。这是因为高温液体箱箱体20中高温液体介质在蒸发以后从第二单向排风口30排出至第一高温液体收集池31中进行收集。
38.具体地，根据本发明的一个实施例，参阅附图1所示，所述第一升降机构13上设有第一升降托板17，第一升降托板17的设置可以很好地限制待处理的金属基材料，使其更加稳定，不易脱落。
39.具体地，根据本发明的一个实施例，参阅附图1所示，所述第二升降机构23上设有第二升降托板26，第二升降托板26的设置可以很好地限制待处理的金属基材料，使其更加稳定，不易脱落。
40.具体地，根据本发明的另一个实施例，参阅附图1、附图3所示，所述高温液体箱箱体20的下端设有连通其内腔的排液管道24，所述排液管道24位于所述高温液体箱箱体20外
部一端的下方设有第二高温液体收集池32，且所述排液管道24上设有第二开关阀门25，第二高温液体收集池32的设置可以用于收集高温液体箱箱体20中排出的高温液体介质，排液管道24、第二开关阀门25和第二高温液体收集池32的设置有两个目的：一、在短时间的快热环节期间排出被低温材料瞬时冷却了的液体介质，配合同时输入液体的高温发生装置10，以维持材料周围液体的温度不变，并保持较高流速；二、使高温液体箱箱体20中的液体在深冷热处理结束后能全部回收，避免影响环境。
41.具体地，根据本发明的另一个实施例，参阅附图1所示，所述第一升降机构13与所述第二升降机构23的升降高度与所述单向管道的下端面齐平，可以确保待处理的金属基材料能顺利从深冷箱箱体15中移动到高温液体箱箱体20中。具体地，参阅附图1所示，所述深冷箱箱体15内填充有液氮19，这样可以将液氮19作为冷媒，而液氮19作为冷媒具有成本低、无污染、不具备易燃性等优点。
42.下面以另一个具体实施例来说明本发明的具体工作原理。
43.附图1、附图3
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附图4示出了本发明的深冷热处理装置的一个实施例。本装置选用液氮19作为冷媒，其成本低，无污染，不具备易燃性。但并不应理解为冷媒仅限于液氮，也可采用其他冷却介质。附图1中助推装置1、单向通道隔板4、搅拌器5、第一开关阀门9、高温液体发生装置10、第一电热装置12、第一升降机构13、底部电热装置22、第二升降机构23、第二开关阀门25、侧部电热装置28等皆受电磁控制，其可根据程序指令、温度、液位等反馈信号控制管路的通断，以此，得以实现深冷热处理的工艺过程，并通过工艺过程中液氮、高温液体介质的挥发，限制外部空气进入深冷箱箱体15或高温液体箱箱体20。
44.由于工艺特点，深冷箱上盖板2、深冷箱箱体15、高温液体箱盖板7、高温液体箱箱体20的内外壁板间都需填充绝热材料，因此，深冷箱上盖板2、深冷箱箱体15内外壁板间采用聚胺脂发泡材料填充，而对于相对高温的高温液体箱盖板7、高温液体箱箱体20，其夹层内采用固体石棉填充，以提高整个设备的绝热性。
45.附图1中安置在两个箱体内的第一升降机构13、第二升降机构23可使得第一升降托板17、第二升降托板26沿对应箱体的内壁上下滑动。待处理的金属基材料置于第一零件托盘3内。
46.可以认为，通过深冷箱箱体15内的第一升降机构13带动第一升降托板17上第一零件托盘3内的待处理的金属基材料上下移动，工作时将待处理的金属基材料降至接近深冷箱箱体15底部，如需节省能耗也可实现液态液氮19的浸泡功能，通过控制液氮进入口14的开口大小与第一电热装置12，可使待处理的金属基材料得到室温以下至
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196℃范围内的低温处理。当第一升降托板17、第二升降托板26顶部均移动至与深冷箱箱体15、高温液体箱箱体20之间通道底部水平时，通过控制单向通道隔板4打开，助推装置1可将第一零件托盘3推上高温液体箱箱体20内的第二升降机构23，当第二升降机构23降至高温液体箱箱体20下部时，可使待处理的金属基材料得到高温处理环境。
47.需要说明的是，为避免当第二零件托盘6进入高温液体箱箱体20时箱内液体温度剧烈波动，第二零件托盘6内的金属基材料的最大体积需在高温液体介质所占容积的1/20
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1/60。
48.下面以航空材料颗粒增强铝基复材/铝合金为例，深冷热处理工艺如下：
49.1、打开深冷箱上盖板2，将待处理的金属基材料放入第一零件托盘3中，并盖上深
冷箱上盖板2。
50.2、打开第一开关阀门9，将未工作中的高温液体发生装置10中的待加热高温液体介质注入高温液体箱箱体20中，使其水平面与高温液体箱箱体20的安全刻线处持平。
51.3、参考附图2，设置工艺参数，以规划深冷热处理的工艺路线；
52.4、根据深冷箱电脑程序，控制第一升降机构13、第一升降托板17带动第一零件托盘3下降至深冷箱箱体15底部，此时液氮进入口14打开，液氮19开始流入以实现箱体内温度下降，根据程序设定的降温速率，通过电磁阀控制液氮进入口14的开口大小以控制液氮19流量，当深冷箱箱体15的气压大于外界大气压时，多余汽化的氮气由处于深冷箱侧壁的第一单向排风口11排出；
53.5、当深冷箱箱体15内部第一温度传感器18反馈环境温度已达到目标值(目标值误差范围内)，此时程序运行到保温阶段，计时开始。当第一温度传感器18的温度反馈等于目标值时，液氮进入口14关闭，当温度反馈高于目标值时，液氮进入口14重新开启。
54.6、高温液体箱箱体20内部的底部电热装置22、侧部电热装置28开始加热高温液体箱箱体20内的液体介质29，高温液体发生装置10开始加热液体介质29，目标温度与高温液体箱内的液体目标温度相同，两个搅拌器5开始搅拌以使液体保持温度均匀，当高温液体升温而挥发的蒸汽达到一定压强时，蒸汽从第二单向排风口30排出至第一高温液体收集池31(由于初始时加热高温液体箱20和高温液体发射装置10内的室温液体29到目标温度需要一定时间，例如1小时，因此如输入深冷保温时间较短，如5分钟。可能会出现高温液体箱20和高温发生装置10内的液体先开始被加热，而深冷箱的托盘内的材料尚未开始被冷却的情况)。
55.7、当高温液体箱箱体20内液面下第二温度传感器21反馈环境温度已达到目标值(目标值误差范围内)，此时高温液体箱箱体20进入保温阶段，底部电热装置22、侧部电热装置28的加热多少由高温液体箱箱体20液面下方第二温度传感器21决定，当第二温度传感器21的温度反馈等于目标值时，电热系统停止加热，当温度反馈低于目标值时，电热系统恢复加热。
56.8、当计时显示深冷箱保温时间在几分钟后即将结束，例如2min，此时第一开关阀门9再次开启，输入高温液体，与此同时箱体底部第二开关阀门25开启，排出箱体底部液体至第二高温液体收集池32，此时仍维持液面在高温液体箱箱体20的安全刻线处基本持平。
57.9、当计时显示深冷箱箱体15保温时间到，深冷箱箱体15与高温液体箱箱体20的第一升降机构13、第一升降托板17、第二升降机构23、第二升降托板26均移动至与两箱之间通道底部水平。此时深冷箱上盖板2开启(维持与外界相同气压)，10s后单向通道隔板4开启，此时助推装置1推动深冷箱中的第一零件托盘3将金属基材料平移至第二升降托板26的第二零件托盘6上。助推装置1缩回，单向通道隔板4关闭，同时第一单向排风口11关闭。
58.10、第二升降托板26带动装有待处理的金属基材料的第二零件托盘6下降，浸泡在快速流动的液体介质29中。当第二零件托盘6完成下降动作后，2分钟计时开始，时间到后，第一开关阀门9与箱体底部第二开关阀门25同时关闭。此时，底部电热装置22、侧部电热装置28、搅拌器5持续工作。本环节上述步骤使得待处理的金属基材料在高温的环境中快速升温。与此同时，液氮进入口14关闭，第一电热装置12继续工作，使深冷箱内温度逐渐恢复至室温后停止工作。
59.11、当高温液体箱箱体20内液面下第二温度传感器21反馈箱内液体介质29重新达到目标温度后，此时高温液体箱箱体20再次进入保温阶段，底部电热装置22、侧部电热装置28的加热多少由第二温度传感器21决定，当第二温度传感器21的温度反馈等于目标值时，电热系统停止加热，当温度反馈低于目标值时，电热系统恢复加热。
60.12、当程序设定的高温液体箱保温时间结束后，高温液体箱箱体20内第二升降机构23、第二升降托板26升至与两箱之间通道底部水平，即可打开高温液体箱盖板7，取出已处理过的金属基材料。此时，底部电热装置22、侧部电热装置28停止工作，液体搅拌器5也停止工作，使用结束。
61.综上所述，本发明实施例提供了一种深冷热处理装置，分别通过在深冷箱箱体15和高温液体箱箱体20内安装有液位传感器、温度传感器以及升降装置等，来保证待处理的金属基材料可以某一恒定冷却速率冷却至目标温度并保温，同时，在深冷箱箱体15和高温液体箱箱体20内可以使用液态介质进行深冷热处理，配合设置的加热装置具有散热效果好、升温速度快的优点，能降低目标温度的升温时间。
62.需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
63.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不限制于本技术。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围内。