一体化金属处理装置及其使用方法
技术领域
本发明涉金属处理设备领域，具体涉及一种一体化金属处理装置及其使用方法。
背景技术
在实验教学中，为充分研究金属各种属性，通常会将金属制成金属带子，然后再将其进行气氛处理或淬火处理等，现有实验过程中，大多采用甩带机制成金属带子，然后再分别放入气氛处理室或淬火池中进行处理，而此处理之前，金属带子往往会与外部空气接触，导致处理结果不准确，也就直接影响到属性研究的精确性，且人工操作步骤繁琐，实验效率较低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种一体化金属处理装置及其使用方法，能够在真空环境下完成甩带制备转移、气氛加热处理和淬火处理，保障处理结果准确性，提高实验结果精确度和实验效率。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种一体化金属处理装置，包括底座和固设于该底座上的甩带机，其关键在于：所述底座上还设有与所述甩带机的机筒连通的处理箱，并在该连通位置设有隔离门，所述处理箱的后部设有与其连通的真空泵连接管和供气咀，前部靠近隔离门的一端设有左真空手套操作组件；
所述处理箱配置有加热机构，底座内设有淬火桶，处理箱的底部对应该淬火桶的位置具有操作口，所述处理箱内具有用于封闭所述操作口的挡板。
采用以上方案，在甩带机内可完成金属带子成型，制作过程中，可通过隔离门将处理箱与机筒内部相对隔离，然后将金属带子直接放入处理箱中，在处理箱的真空环境下进行气氛下加热处理，当然也可以进行淬火处理，将金属带子放入淬火桶中即可，并且淬火也可以在真空环境下进行，从而使处理结果更趋于实际，有利于得到更准确的金属性质。
作为优选：所述淬火桶内设有能够上下升降的沥液架，该沥液架上分布有筛孔，所述淬火桶的内壁上具有该沥液架滑动配合的竖直导轨，所述处理箱内具有用于驱动所述沥液架升降的丝杆电机。采用以上方案，淬火时则可将所有金属带子同时倒入淬火桶内进行淬火处理，然后通过沥液架升起，将所有金属带子捞出，而不必用钳子进行摄取，有利于提高操作效率，且可确保同批次金属带子淬火条件的一致性。
作为优选：所述沥液架呈漏斗状，其周向侧壁上具有螺旋凹槽，所述筛孔位于沥液架底部中心位置。采用以上方案，当沥液架在上升过程中，沥液架上方的淬火液在螺旋凹槽的导向作用下形成涡流，同时又只能从中部的筛孔流出，这样当沥液架底部高于淬火液面时，金属带子则基本都沉积在沥液架的中部区域，便于快速收集取出。
作为优选：所述处理箱顶部具有正对沥液架设置的升降导轨，该升降导轨上具有与其滑动配合的升降滑块，以及用于驱动所述升降滑块升降的电机A，所述升降滑块上固设有竖直向下延伸的拾取杆，该拾取杆的下端端部设有电磁铁。采用以上方案，对于铁磁性金属而言，当淬火完成，沥液架上升到最高位置时，则可升降滑块带动拾取杆下降，使拾取杆下端端部的电磁铁靠近沥液架，将金属带子吸附到电磁铁上，然后再回收入处理箱内，将转运器皿放至电磁铁下方，然后将电磁铁断电，所有金属带子则回收进转运器皿内，进一步提高了金属带子回收效率。
作为优选：所述处理箱顶部对应升降导轨的位置具有沿其长度方向设置的平移导轨，所述平移导轨具有与其滑动配合的平移滑块，处理箱内配置有用于驱动所述平移滑块沿平移导轨滑动的电机B，所述升降导轨固设于该平移滑块上。采用以上方案，可在初始将金属带子倒入淬火桶中后，将转运器皿放置在固定位置，而当电磁铁将金属带子吸附起来之后，则可通过平移导轨将拾取杆平移到转运器皿上方，然后断电投放金属带子，有利于实现自动化操作，减少人工操作步骤。
作为优选：所述沥液架采用非铁磁性材料制成。采用以上方案，可避免电磁铁靠近沥液架时，沥液架对电磁铁的磁力影响，这样只需较弱的电磁即可完成金属带子吸附，且可相对降低驱动电机的功率需求。
作为优选：所述处理箱在远离隔离门的一端设有过渡仓，该过渡仓的内侧与处理箱之间具有内密封门，过渡仓的外侧具有外密封门，且所述过渡仓通过旁通管与所述真空泵连接管贯通，所述处理箱前侧对应过渡仓的位置设有右真空手套操作组件。用过渡仓结构，在取出金属带子时，可先将装有金属带子的器皿放入过渡仓中，然后将内密封门关闭之后，再将外密封门打开，将其取出，从而避免处理箱中的处理气溢出，可重复利用，降低实验成本。
作为优选：所述处理箱底壁上对应挡板的位置具有与其滑动配合的横向导轨。采用以上方案，便于快速实现操作口的遮挡，且能够保证挡板位置相对固定，避免转运器皿或其他操作工具、零部件等掉入淬火桶中，也可更好的防止淬火产生蒸汽进入处理箱内。
作为优选:所述机筒内在甩带辊轮的下方设有收集平台。采用以上方案，便于放置器皿以收集金属带子。
在此基础之上，本申请还提出了针对上述一体化金属处理装置的使用方法，利用本方法最终得到的金属薄带物性更稳定，且容易保持性质均一性等，能够满足更多的实验需求，其技术方案如下：
一种一体化金属处理装置的使用方法，其关键在于，包括如下步骤：将准备好的合金材料放入甩带机的干锅中，关闭炉门和隔离门，然后对处理箱进行抽真空操作，并充入相应惰性气体，保持气氛；
打开甩带机，将合金材料甩带为非晶薄带，然后关闭甩带机，并在甩带机充入与处理箱相同的惰性气体，直至与处理箱气压平衡后打开隔离门，利用真空手套操作组件收集非晶薄带，并转移到处理箱中；
非晶薄带在处理箱内进行加热保温，然后打开挡板，将非晶薄带放入淬火桶中进行淬火处理，最后将非晶薄带从淬火桶捞出，并在处理箱冷却至常温后取出。
采用以上使用方法，实现金属薄带制备到指定气氛环境中加热处理、以及淬火急冷等一体化处理，有效避免处理过程与外界接触，并满足多种条件处理，大大提高本金属薄带成品物理性质的稳定性，且多批次成品同条件下性质的均一性，且整个过程操作简单便捷，有利于提高实验效率
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明提供的一体化金属处理装置及其使用方法，能够在较短的时间及真空环境下完成金属带子制备及转移，指定气氛处理、加热和淬火处理等操作，精准反应金属物性，大大提高实验结果精度和可靠性，同时有利于提高操作效率，减少操作步骤或降低操作时间，获得物性稳定精确的金属薄带成品。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为图1的俯视图；
图4为沥液架俯视图；
图5为甩带机内部结构示意图；
图6为丝杆电机安装位置结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
参考图1至图6所示的一体化金属处理装置，其主要包括底座1，以及固设于该底座1上的甩带机2和处理箱3，如图所示，处理箱3呈中空结构，并沿底座1的长度反向设置，甩带机2的机筒20与处理箱3的一端贯通，同时在二者相互贯通位置设有与贯通口相适应的隔离门21，通过隔离门21可将机筒20内部空间与处理箱3的内部空间相对隔离，而将隔离门21打开之后，则使二者内部相互连通，处理箱3的前侧靠近甩带机2的一端设有左真空手套操作组件3c，通过左真空手套操作组件3c可进行隔离门21的开闭操作，或将机筒20内收集金属带子的器皿拿到处理箱3内。
处理箱3内配置有加热机构(图中未示出)，加热机构可采用高频加热的方式，可对放入处理箱3中的材料进行加热处理，处理箱3的后侧设有与其内部连通的真空泵连接管3a和供气咀3b，通过真空泵连接管3a可与真空泵相连，对处理箱3内部进行抽真空操作，而通过供气咀3b则可向处理箱3中供入不同气体，通常为不同种类惰性气体，从而对金属带子进行气氛处理，当然为便于提高处理效果和操作性，甩带机2的机筒20也与抽真空设备以及气体充入设备相连，可对机筒20进行抽真空操作和气氛充入。
底座1内设有淬火桶4，淬火桶4主要用于盛装淬火液，处理箱3的底部对应淬火桶4顶部敞口位置具有操作口30，通过该操作口30则可将金属带子放入淬火桶4中进行淬火处理。
本申请中为充分提高实验的自动化程度，降低人为操作误差，提高实验结果精度，故在淬火桶4内设有与其相适应的沥液架40，沥液架40上分布有细小的筛孔400，同时，淬火桶4的内壁上具有对称设置，且与沥液架40滑动配合的竖直导轨41，而处理箱3内配置有用于驱动沥液架40相对淬火桶4升降的丝杆电机5，初始时，沥液架40位于淬火液液面之下，倒入金属带子淬火完成之后，通过丝杆电机5则可将所有金属带子一同捞出，而防止有金属带子沉积在淬火桶4的底部。
考虑到金属带子在沥液架40上可能过于分散，也会相对增加收集操作时间，故本实施例中将沥液架40设计呈漏斗状，其上部具有与淬火桶4内部横截面相适应的翻边401，该翻边401具有相对较大的厚度，其上具有与竖直导轨41相适应的滑动配合部404，如图所示，滑动配合部404位于翻边401正对的两侧，翻边401另一侧上设有与所述丝杆电机5的丝杆50螺纹配合的螺母座402，丝杆电机5以可拆卸方式设置在处理箱3的底部，并通过减速机构连接丝杆50，丝杆50竖直向下伸入淬火桶4中，并与螺母座402螺纹配合。
与此同时，在漏斗状沥液架40的内壁上设有螺旋凹槽401，螺旋凹槽401至沥液架40的上部连续蜿蜒朝下延伸，且螺旋凹槽401的宽度和深度至上而下逐渐减小，筛孔400分布在沥液架40的中心最低平台部位，这样当，沥液架40上升时，淬火液在螺旋凹槽401的导向作用下，在沥液架40的内部形成涡流，使所有金属带子更容易最终全部聚集在沥液架40中心最低部位，且螺旋凹槽401采用尺寸渐变的结构，可有效防止金属带子卡在螺旋凹槽401内，有利于提高其工作可靠性。
在此基础之上，为进一步减少人工操作步骤，提高实验效率，本申请中在处理箱3内还设有金属带子自动拾取结构，其主要包括正对沥液架40设置的升降导轨6，如图2所示，升降导轨6竖直设置，其上具有与其滑动配合的升降滑块60，升降导轨6的上端端部具有用于驱动该升降滑块60沿升降导轨6滑动的电机A61，升降滑块60上具竖直朝下延伸的拾取杆62，拾取杆62的下端端部设有电磁铁63，这样当沥液架40将淬火完成的金属带子捞出后，则可通过电机A61驱动升降滑块60下降到一定高度，使拾取杆62的下端的电磁铁63靠近沥液架40上的底部，从而将金属带子吸附起来，此过程中，考虑到铁磁性金属会增加电磁铁63的反作用力，故优选非铁磁性金属作为沥液架40的制造材料，这样确保工作时，只会吸附铁磁性金属带子。
相应的，在处理箱3的顶部对应升降导轨6的位置具有沿处理箱3长度方向设置的平移导轨32，平移导轨32上具有与其滑动配合的平移滑块320，平移导轨32的一端具有用于驱动所述平移滑块320沿其平移导轨32滑动的电机B321，而升降导轨6的上端固设于该平移滑块320上，处理箱3的底部设有中转工位36，中转工位36位于操作口30与隔离门21之间，且位于平移导轨32的正下方，其主要用于放置转运器皿，并且可将加热机构设置在该位置上，可以快速对转运器皿中的金属薄带进行加热保温，这样当电磁铁63将所有金属带子吸起之后，上升至高于转运器皿，然后平移至转运器皿正上方，断开电磁铁63的电源，其磁力消失，则所有金属带子自动装入转运器皿中。
而为充分保证在进行气氛处理或淬火时的真空环境要求，本实施例中淬火桶4采取与处理箱3的底壁固定连接方式，即二者之间完全固定连接，淬火桶4内部空间与处理箱3的内部空间连城一体，这样更有利于完成真空化操作，同时在底座1上另外设置与淬火桶4相连的淬火液进液和出液口，以便于淬火液的更换等，当然也可以将淬火桶4与处理箱3单独设置，只需确保底座1内存放淬火桶4的空间具有良好的密封性即可。
操作口30的存在会减少处理箱3底部有效使用面积，或者使淬火产生的蒸汽快速进入处理箱3中，对气氛环境造成影响，故本实施例中在处理箱3的底部对应操作口30的位置设有挡板31，挡板31可对操作口30形成遮挡，增加有效使用面积，同时防止零部件或工具等掉入淬火桶4中，如图2和图6所示，处理箱3的底壁上在操作口30长度方向的两侧对称设置有横向导轨34，因为需要对丝杆50及相连的减速机构进行避让，故挡板31主要包括均与横向导轨34滑动配合的左挡板311和右挡板310，同时，在二者正对的一侧上设有相互适应的嵌合结构，即当左挡板311和右挡板310相向滑动靠近时，右挡板310的前侧缘全部嵌入左挡板311的前侧缘中，此外，二者与处理箱的底板之间也相应设有密封结构，当二者靠近嵌合时，不仅能对操作口30完成遮挡，还能对其进行密封，使处理箱3内部和淬火桶4相对隔绝，有利于满足处理箱3内进行气氛处理时的真空要求，淬火时，可将挡板31封闭，尽量阻挡蒸汽进入处理箱3中，当然也可以采用在淬火桶4上设置相应的抽气设备。
处理箱3在远离隔离门21的一端设有过渡仓33，过渡仓33的容积远小于处理箱3内部空间，过渡仓33的内侧与处理箱3的中空内部之间具有内密封门330，外侧具有外密封门331，同时，过渡仓33的背侧还设有与真空泵连接管3a贯通的旁通管332，这样当真空泵通过真空泵连接管3a对处理箱3内部进行抽真空时，可同时完成对过渡仓33的抽真空，处理箱3的前侧对应过渡仓33左侧位置设有右真空手套操作组件3d，通过右真空手套操作组件3d可对内侧密封门330进行开闭操作，或将转运器皿放入过渡仓33中，当然过渡仓33配置有压力平衡气管线，以便平衡内外压力，便于从外部打开外密封门331。
从实验的可操作性和便利性角度出发，本实施例甩带机2内设有收集平台23，收集平台23位于甩带辊轮22的正下方，并在收集平台23的两侧设有侧挡板24，使用时，可将转运器皿放置在收集平台23上，而处理箱3的前侧具有倾斜朝上设置的台面37，该台面37上设有透明观察窗35，通过该透明观察窗35可更好的观察或进行内部操作，此外，底座1上相应的配置有用于控制甩带机2、以及处理箱3内电机A61、电机B321、丝杆电机5、气体供入，以及真空处理等控制按钮。
在前述装置基础之上，本申请中提出了针对本装置的使用方法，其主要包括如下步骤，第一步，将准备好的合金材料放入甩带机2的干锅中，关闭炉门和隔离门21，然后对处理箱3进行抽真空操作，并充入相应惰性气体，保持气氛。
第二步打开甩带机2，将合金材料甩带为非晶薄带，然后关闭甩带机2，并往甩带机2中充入与处理箱3相同的惰性气体，直至与处理箱3气压趋于平衡后打开隔离门21，利用真空手套操作组件3c收集非晶薄带，并转移到处理箱3中。
最后，非晶薄带在处理箱3内进行加热保温，然后打开挡板31，将非晶薄带放入淬火桶4中进行淬火处理，最后将非晶薄带从淬火桶4捞出，并在处理箱3冷却至常温后取出。
实施例一、采用本申请的装置及其使用方法进行软磁合金薄带的制备及热处理：打开甩带机2门，将Fe-Nb-Cu-B合金放入甩带机2的坩埚中，然后关闭炉门，关闭左真空手套操作组件3c和隔离门21，关闭挡板31，对处理箱3进行抽真空操作，抽真空至5×10-3Pa以下，然后关闭真空阀门，打开充气阀，通过充气咀3b向处理箱3中充入氩气，反复抽真空，充入惰性气体3次，保持箱内为氩气气氛，且气压约为0.05MPa。
转运器皿7放置在机筒20内的收集平台23上，打开甩带机2的电炉及电机，将合金加热熔化，利用20m/s速度将合金甩带为非晶薄带。
关闭甩带机2的电炉及电机，向机筒20内充入氩气，直至机筒20内气压为0.1MPa，打开左真空手套操作组件3c，利用手套打开隔离门21，并将装有金属薄带的转运器皿7送入处理箱3中，放至中转工位36处，在真空环境下对其进行加热，设置加热温度为700℃，保温时间为10min。
待保温结束，通过手套打开挡板31将转运器皿7中的薄带，倒入淬火桶4中进行急冷，通过沥液架40配合电磁铁63从淬火桶4中取出薄带放进转运器皿7中，即为Fe-Nb-Cu-B非晶纳米晶复合金属软磁薄带，成品薄带磁性稳定均一，有利于将其用于后期各种实验，最后通过右真空手套操作组件3d将装有成品薄带的转运器皿7取出即可。
实施例二、采用本申请的装置及其使用方法用于纳米晶永磁合金薄带的制备：打开甩带机2，将Nd-Fe-B合金放入甩带机2的坩埚中，然后关闭炉门，关闭左真空手套操作组件3c和隔离门21，关闭挡板31，对处理箱3进行抽真空操作，抽真空至5×10-3Pa以下，然后关闭真空阀门，打开充气阀，向处理箱3中充入氩气，反复抽真空，充入惰性气体3次，保持箱内为氩气气氛，且气压约为0.05MPa。
转运器皿7放置在机筒20内的收集平台23上，打开甩带机2的电炉及电机，将合金加热熔化，利用30m/s速度将合金甩带为非晶薄带。关闭甩带机2的电炉及电机，向机筒20内充入氩气，直至机筒20内气压为0.1MPa，打开左真空手套操作组件3c，利用手套打开隔离门21，并将装有金属薄带的转运器皿7送入处理箱3中，放至中转工位36处，在真空环境下利用加热机构对其进行加热，设置加热温度为750℃，保温时间为30min。
待保温结束，打开挡板31，将转运器皿7中的薄带倒入淬火桶4中进行急冷，通过沥液架40配合电磁铁63从淬火桶4中取出薄带放进转运器皿7中，即可得到物性稳定的Nd-Fe-B纳米晶合金薄带，最后通过右真空手套操作组件3d将装有成品薄带的转运器皿7取出即可。
上述两个实施例中成品处理完成之后，通过右真空手套操作组件3d打开内密封门330，并将转运器皿7放入过渡仓33中，然后关闭内密封门330，最后再从外部打开外密封门331，将转运器皿7从过渡仓33中取出，即可进行金属物性的检测，此步大大减少处理箱3中送入稀有惰性气体的消耗，有利于重复利用，降低实验成本。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
