一种适用于环形器件的磁场热处理方法技术领域
本发明属于材料工程技术领域，具体涉及一种加磁场的热处理方法。该方法利用
了发热体本身产生的磁场，能方便地对环形磁性材料器件进行加磁场热处理，磁场屏蔽效
应低，温度场分布均匀，提高了磁场热处理的可控性，并在一定程度上降低了能耗。
背景技术
为了在特定方向上获得更加优异的磁性能，通常在对磁性材料及其所制器件热处
理时在某一方向加一定强度的磁场，即所谓磁场热处理。尽管软磁和硬磁材料都可进行磁
场热处理，但是工业生产中大部分情况是针对软磁材料的。经过磁场热处理后，磁畴会大致
沿着所加磁场的方向排列，一方面使得沿该方向的磁导率大幅提高，成为易磁化方向，另一
方面还能够提高沿该方向的饱和磁化强度。二者皆对软磁材料所制备的器件的性能有改善
作用，降低磁滞损耗，拓展其适用范围。
目前通用的磁场热处理方法大体相同：由永磁体或电磁铁产生大致均匀的磁场，
由发热体在有气氛保护下的炉体内加热样品。这类方法有如下两个缺点：
1，磁场的均匀性不易保证，因为炉腔和样品会在一定程度上改变外磁场的方向或
大小，甚至会屏蔽外磁场，使其不再符合预期分布；另外，无法产生沿环形器件周向的磁场，
因此在热处理时需要将环形器件绕轴线旋转，这会使热处理设备变得更为庞杂，而且传动
装置使得炉腔的密封更加困难。
2，发热体一般分布在炉腔内壁，加热时热量逐渐向炉体中心扩散，使得升温初始
阶段炉体内部温度梯度大，温度分布不均匀，放置在不同位置的磁性器件经历的受热历史
是不同的，这对于所需热处理时间较短的器件是尤为不利的。
发明内容
为了克服现上述技术背景中所提及的问题，即磁场可控性差、环形器件磁场热处
理不易实施、温度场分布不均匀等，本发明针对环形磁性材料器件提出了一种磁场热处理
方法，利用了发热体本身产生的磁场，能够很好地解决这些问题。
本发明一种适用于环形器件的磁场热处理方法，具体包括如下步骤：
(1)根据所需磁场强度H的大小由式(a)计算流经直线型发热体的电流I，
I＝2πRwH (a)
式中：Rw为环形器件的外半径。
(2)由于流经直线型发热体的电流I在步骤(1)已经被确定，因此功率P的大小只能
通过发热体的电阻R大小来调节，如式(b)所示：
P＝I2R (b)
上式给出了单根发热体的功率，结合热处理炉的总功率，计算出所需直线型发热
体的根数。
(3)将环形器件穿套于直线型发热体之上，然后将环形器件与直线型发热体一起
放置于炉体内。所述直线型发热体均匀分布于炉体内。
(4)检查电路连接情况，确保电流为直流电，并且保证流经相邻两根直线型发热体
的电流方向相反。
(5)把炉门关闭，形成密封状态，对炉体预抽真空；当真空度达到要求后，将真空阀
关闭，按照气氛要求充入保护气体，然后将充气阀关闭。所述保护气体为氮气、二氧化碳或
者氩气。
(6)将电流I调节至步骤(1)所确定的值，设置热处理时间，对炉体内环形器件进行
磁场热处理。
本发明的科学原理：环形器件穿套于发热体上，与发热体大致同轴。首先，由于发
热体载有电流，根据安培环路定理，在发热体周围分布着同轴环形磁场。其次，一方面可以
通过调节流经发热体的电流确定磁场强度，另一方面可以通过发热体在炉体内的空间布置
精确控制磁场分布。再次，在电流一定的情况下可以通过调节发热体的电阻来控制加热功
率，而且发热体均匀分布于炉体内，加热时炉体内部各点温升均匀而又同步，使得所有放置
于热处理炉内的器件经历的热处理过程严格一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、所需热处理设备由炉体和发热体组成，无需磁极。环形磁场由直线型发热体载
有的直流电产生，磁场强度可以通过流经发热体的电流调节；升温和保温时所需功率可以
通过发热体电阻调节。
2、能够方便地对环形器件进行磁场热处理，提高了磁场分布及强度的可控性，并
能够精确控制加热功率，热处理炉内温度即均匀又同步，因此在一定程度上可以缩短热处
理时间，从而在提高产品生产效率和合格率的同时减少能耗。
附图说明
图1为传统磁场热处理炉的整体示意图；
如图中箭头所示，该工艺方法只能产生沿水平方向的磁场H，无法产生环形磁场。
图2为图1的爆炸视图；
如图中所示，主要包括两个磁极、炉体和发热体。
图3为本发明设计的磁场热处理方案所需设备的整体示意图；
如图所示，主要包括炉体和发热体；对比图1可以发现，发热体改为直线型，并减少
了磁极。
图4为图3的爆炸视图。
图5为相邻发热体所载电流的方向的相互关系图；
如图所示，相邻发热体的电流方向须相反。
图6为流经发热体的电流在其周围产生的环形磁场示意图。
图7为单个环形器件与发热体的配合示意图。
图8为实际热处理满载装炉时环形器件与发热体的配合示意图。
图9为结合外半径Rw的具体大小根据所需磁场查阅工作电流的工艺图表。
图中：1-炉体，2-传统发热体，3-真空阀，4-充气阀，5-炉门，6-磁极(N)，7-磁极
(S)，8-直线型发热体，9-环形器件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。但本发明不局限于下述实
施例。
本发明针对环形磁性材料器件提出一种磁场热处理方法，具体步骤如下：
(1)根据所需磁场强度H的大小由以下(a)式计算流经直线型发热体8的电流I，
I＝2πRwH (a)
式中Rw为环形器件的外半径。须注意的是，电流I应不小于2πRwH，否则环形器件外
半径处的磁场强度H会偏小，无法达到相应的工艺要求。然而此时，在环形器件的内半径Rn
处磁场强度会明显高于外半径Rw处，但是磁场热处理只对磁场强度下限有要求，对上限无
要求，更高的外加磁场有益而无害。另外，相邻发热体中的电流流向需相反，如此相邻发热
体产生的磁场可相互加强。具体可根据图9所示的工艺图表进行查阅，例如当Rw＝10mm，所
需外加磁场H＝50A/m时，工作电流应为I＝3A；当Rw＝20mm，所需外磁场H＝40A/m时，工作电
流应为I＝5A；当Rw＝30mm，所需外磁场H＝80A/m时，工作电流应为I＝15A。需要说明的是，
图9给出的外磁场H最大值为100A/m，这是因为软磁材料的矫顽力Hc通常小于100A/m。比如
工业纯铁的Hc<80A/m,硅钢的Hc<60A/m，坡莫合金的Hc<10A/m，铁基非晶带材Hc<10A/m，铁氧
体的Hc～10A/m。因此，最大值为100A/m的外磁场完全可以对常见软磁材料进行饱和磁化。
(2)由所需加热功率确定发热体的根数。由于流经直线型发热体8的电流I在上一
步已经被确定，因此功率P的大小只能通过发热体的电阻R大小来调节，并由下式给出：
P＝I2R (b)
上式给出了单根直线型发热体的功率。结合热处理炉的总功率，可以计算出所需
直线型发热体的根数。
(3)将环形器件9按照图7所示穿套于直线型发热体8之上，然后将环形器件9与直
线型发热体8一起放置于炉体1内，按照图5所示的相对位置关系布置。
(4)检查电路连接情况，确保电流为直流电，并且保证流经相邻两根发热体的电流
方向相反，如图5所示。
(5)把炉门5关闭，形成密封状态，对炉腔预抽真空。当真空度达到要求后，将真空
阀3关闭，打开充气阀4，按照气氛要求充入保护气体，一般为氮气、二氧化碳或者氩气，然后
将充气阀4关闭。
(6)将电流I调节至步骤1所确定的值，设置热处理时间，对环形器件进行磁场热处
理。