CN105838952B

CN105838952B - 一种镁合金壶及其制造方法

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Publication number: CN105838952B
Application number: CN201610294623.3A
Authority: CN
Inventors: 张金山; 王斌兵
Original assignee: TAIYUAN JINGCHENG MAGNESIUM ALLOY Ltd
Current assignee: TAIYUAN JINGCHENG MAGNESIUM ALLOY Ltd
Priority date: 2016-05-06
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2036-05-06
Also published as: CN105838952A

Abstract

一种镁合金壶及其制造方法，属于金属的制备及其成型领域，所述镁合金的化学成分质量百分含量为Zn：3.0～7.0%，Ca：0.1～0.5%，Sr：0.01～0.05%，其余为Mg。其制备方法：将配置好的原材料放入通有SF₆保护气体的坩埚电阻炉中进行熔炼，将熔炼好的符合设计成分要求的镁合金在常规铸造条件下浇注到已烧结成型并经预热的熔模铸造陶瓷型壳中，冷却凝固，铸造成型为镁合金壶。本发明镁合金组织特征主要由α‑Mg+Mg₇Zn₃ +Mg₂Ca三相复合组成，合金的抗拉强度≥180MPa，具有组织致密，腐蚀速率慢且腐蚀均匀，能活化饮用水的特色。

Description

一种镁合金壶及其制造方法

技术领域

本发明涉及金属壶领域，特别是涉及镁合金及镁合金成型制造领域。

背景技术

壶作为一种人们常用的煮水用具，其壶体一般由铝、铜、锡、铁、不锈钢制成。为使壶体起到良好的加热效果，作为壶体的材料导热性能越好就越利于节能和提高时效。

在常用的材料中铝的导热性能比铁、钢好得多，但由于铝是对人体有害的元素，铝壶现在基本淘汰。而锡、铜在我国是稀缺资源现也不用，铁、不锈钢作为壶体材料由于导热性欠佳，耗能较大，影响加热效率。

镁合金具有导热快，节能环保重量轻的优点，镁又是人体必需的宏量元素之一，对水的活化有益。因此镁及镁合金正逐渐走向人们的生活，受到消费者的青睐，为能在较短的时间内生产出外形精美、品质优良、经久耐用的镁合金壶，是目前人们急需解决的问题。

发明内容

本发明提供导热性能好、耗能低、热得快且对人体有益的一种镁合金壶及其制造方法。

本发明的技术方案：一种镁合金壶，其特征在于所述镁合金的化学成分质量百分含量为Zn：3.0～7.0%，Ca：0.1～0.5%，Sr：0.01～0.05%，其余为Mg。

一种镁合金壶的制造方法，其工艺步骤是：

（1）将称量好的高纯镁锭、高纯锌锭预热后加入坩埚电阻炉中，在保护气体保护下进行熔炼和精炼处理成为基础Mg-Zn合金熔体；Mg的加入量是Mg总量的93～97%；

（2）将基础Mg-Zn合金熔体扒渣；

（3）在730～750℃条件下加入Mg-Ca-Sr中间合金进行复合变质处理，经保温，扒渣，静置后成为Mg-Zn-Ca-Sr镁合金熔体；所述Mg-Ca-Sr中间合金中Mg含量是Mg总量中步骤（1）用后的剩余量；

（4）将Mg-Zn-Ca-Sr镁合金熔体在炉中降温到710～730℃，采用熔模铸造成型方法，浇注到经预热的熔模铸造陶瓷型壳中，冷却凝固成型后获得镁合金壶毛坯，经进一步打磨、抛光、磨砂为成品镁合金壶。

所述镁合金壶由壶身、壶底、壶嘴和壶盖组成。

壶底有两种结构形式，其中有一种是由两层金属层复合而成的双层复合结构。两层金属层的内层为镁合金材料层，外层为坡莫合金板。

双层复合结构壶底的制备方法包括下述内容：

（4）将与镁合金壶底大小相同且厚度是0.5～0.8mm的坡莫合金板材在放入蜡模中；

（5）将装有坡莫合金板材的蜡模放入模具中压制并在凝固时将蜡和坡莫合金板材粘接在一起成为板蜡模；

（6）从模具中取出板蜡模与浇注系统焊接后进行挂壳；

（6）脱蜡后坡莫合金板材留在熔模铸造陶瓷型壳中，并将熔模铸造陶瓷型壳预热到300～400℃；

（7）向熔模铸造陶瓷型壳内浇入镁合金熔体，经冷却凝固成型，使镁合金与坡莫合金铸接在一起形成双层复合结构壶底。

本发明的技术效果：本发明导热性能好、耗能低、热得快且能够将酸性水经过本发明壶煮1～3分钟时间后，PH值提高1.0～1.5个单位，变为碱性水，对人体有益。

本发明镁合金组织特征主要由α-Mg+Mg₇Zn₃ +Mg₂Ca三相复合组成，合金的抗拉强度≥180MPa，具有组织致密，腐蚀速率慢且腐蚀均匀，能活化饮用水的优点。

本发明合金的抗拉强度≥180MPa，具有组织致密，腐蚀速率慢且腐蚀均匀，能活化饮用水的特色。

具体实施方式

实施例1

一种镁合金壶，所述镁合金的化学成分质量百分含量为Zn：3.0～7.0%，Ca：0.1～0.5%，Sr：0.01～0.05%，其余为Mg。

一种镁合金壶的制造方法，其工艺步骤是：

（1）按上述比例称量好高纯镁锭、高纯锌锭并预热，然后将高纯镁锭，高纯锌锭加入坩埚电阻炉中，在保护气体保护下进行快速熔炼和精炼处理成为基础Mg-Zn合金熔体；高纯镁锭占Mg总量的95%，所述高纯镁锭为镁含量是99.9%，高纯锌锭为锌含量是99.9%；

（2）将基础Mg-Zn合金扒渣；

（3）在730～750℃下加入3.0～6.0%的Mg-Ca-Sr中间合金进行复合变质处理，经保温5～15分钟，扒渣，静置30～60分钟，成为Mg-Zn-Ca-Sr镁合金熔体；

其中，Mg-Ca-Sr中间合金中Mg的含量占Mg总量的5%；

（4）将Mg-Zn-Ca-Sr镁合金熔体在炉中降温到710～730℃，在预热后的熔模精铸陶瓷型壳内浇注成型；

（5）冷却凝固成型后获得镁合金壶毛坯，镁合金壶毛坯经过打磨、抛光、磨砂为成品镁合金壶。

本发明经过挂壳、硬化、阴干、脱蜡、自然干燥、焙烧，制得熔模精铸陶瓷型壳。

所述挂壳就是在蜡模的表面涂阻燃面层涂料。

挂壳用的阻燃面层涂料的化学成分组成为：细度>320目的耐火骨料（宝珠粉）60～70%，硅溶胶粘结剂25～35%，聚乙烯醇悬浮剂0.15～0.50%，阻燃剂4.5～8.0%，辅加物0.35～0.6%。

所述辅加物为消泡剂+润滑分散剂+粉液比调节剂T₃混合而成。其中，消泡剂为0.050～0.100%/阻燃面层涂料总重量，润滑分散剂为0.100～0.150%/阻燃面层涂料总重量，粉液比调节剂T₃为0.200～0.300%/阻燃面层涂料总重量。

阻燃面层涂料的制备方法是：

首先将硅溶胶粘结剂、聚乙烯醇悬浮剂装入球磨机混制5～10分钟（混匀）；

然后加入宝珠粉混合2小时；

最后将辅加物和阻燃剂一起装入球磨机中混1～2小时，制得符合要求的阻燃面层涂料。

实施例2

本实施例的阻燃面层涂料由细度>320目的宝珠粉65%，硅溶胶粘结剂29.4%，聚乙烯醇悬浮剂0.2 %，辅加物0.4%，阻燃剂5%组成。其它与实施例1相同。

实施例3

本实施例熔模铸造型壳用的阻燃面层涂料的化学组成是：硼酸40～70%，氟硼酸钾10～30%，细度>320目的硫铁矿粉20～30%，按上述组分称量好装入搅拌器中搅拌半小时后使用。其它与实施例1相同。

实施例4

一种镁合金壶的制造方法，所述镁合金的化学成分质量百分含量为Zn：3.0～7.0%，Ca：0.1～0.5%，Sr：0.01～0.05%，其余为Mg。

该镁合金壶的壶底的内层为镁合金材料层，外层为坡莫合金板。

（1）按实施例1的比例称量好高纯镁锭、高纯锌锭并预热，然后将高纯镁锭，高纯锌锭加入坩埚电阻炉中，在保护气体保护下进行快速熔炼和精炼处理成为基础Mg-Zn合金熔体；

（2）将基础Mg-Zn合金熔体扒渣；

（3）在730～750℃下加入3.0～6.0%的Mg-Ca-Sr中间合金进行复合变质处理，经保温，扒渣，静置成为Mg-Zn-Ca-Sr镁合金熔体；

所述壶底的制备方法包括下述内容：

（1）将与镁合金壶底大小相同且厚度是0.5～0.8mm的坡莫合金板材在放入蜡模中；

（2）将装有坡莫合金板材的蜡模放入模具中压制并在凝固时将蜡和坡莫合金板材粘接在一起成为板蜡模；

（3）从模具中取出板蜡模与浇注系统焊接后进行挂壳；

（4）脱蜡后坡莫合金板材留在熔模铸造陶瓷型壳中，并将熔模铸造陶瓷型壳预热到300～400℃；

（5）向熔模铸造陶瓷型壳内浇入镁合金熔体，经冷却凝固成型，使镁合金与坡莫合金铸接在一起形成双层复合结构壶底。

实施例5

镁合金的化学成分质量百分含量为Zn：4 %，Ca：0.3%，Sr：0.02%，其余为Mg。其它内容与实施例1或实施例4相同。

实施例6

镁合金的化学成分质量百分含量为Zn：5%，Ca：0.15%，Sr：0.05%，其余为Mg。其它内容与实施例1或实施例4相同。

实施例7

镁合金的化学成分质量百分含量为Zn： 7.0%，Ca：0.1%，Sr：0.01%，其余为Mg。其它内容与实施例1或实施例4相同。

实施例8

镁合金的化学成分质量百分含量为Zn：6%，Ca：0.5%，Sr：0.02%，其余为Mg。其它内容与实施例1或实施例4相同。

实施例9

镁合金的化学成分质量百分含量为Zn：3.5%，Ca：0.4%，Sr： 0.04%，其余为Mg。其它内容与实施例1或实施例4相同。

实施例10

镁合金的化学成分质量百分含量为Zn：5.5%，Ca：0.3%，Sr： 0.03%，其余为Mg。其它内容与实施例1或实施例4相同。

上述各实施例中的熔模精铸陶瓷型壳制备工艺步骤：

（1）先将蜡模浸一层阻燃面层涂料，撒一层细宝珠砂粉（粒度是50~100），再将蜡模浸一层阻燃面层涂料，撒一层细宝珠砂粉，自然晾干60~90分钟；

（2）将蜡模在加固层涂料中㓎一层加固层涂料后撒一层宝珠砂（粒度是50~100）；所述加固层涂料即阻燃面层涂料的配方中不加阻燃剂。

（3）重复步骤（2）2~3遍；第1遍撒宝珠砂的粒度是40~70目，第二遍撒宝珠砂的粒度是20~40目，第三遍撒宝珠砂的粒度是10~20目；

（4）待阴干后，利用开水煮沸的方式脱蜡，形成模壳；

（5）模壳继续阴干5～10小时，放入箱式电炉中加热到800～900度保温5～10小时后烧结瓷化成熔模精铸陶瓷型壳；

（6）随炉冷却到300～400℃保温待下一步浇注使用。

蜡模制作：将石蜡50%，硬脂酸50%(质量比)混合熔化成熔蜡；熔蜡在70～75℃保温；制蜡车间环境温度是18～27℃，蜡模的压型温度是20～25℃，压蜡枪预热温度是35～45℃，熔蜡在0.1～0.3MPa压注压力作用下压注到模腔中，蜡模冷却水温度是15～25℃，开型时间1min取出蜡模待用。

下面是本发明的阻燃面层涂料的化学成分组成各实施例：

1、细度>320目的耐火骨料68%，硅溶胶粘结剂25%，聚乙烯醇悬浮剂0.15%，阻燃剂6.5%，辅加物0.35%。

2、细度>320目的耐火骨料70%，硅溶胶粘结剂25%，聚乙烯醇悬浮剂0.15%，阻燃剂4.5%，辅加物0.35%。

3、细度>320目的耐火骨料60%，硅溶胶粘结剂34%，聚乙烯醇悬浮剂0.2%，阻燃剂5.2%，辅加物0.6%。

4、细度>320目的耐火骨料65%，硅溶胶粘结剂29%，聚乙烯醇悬浮剂0.5%，阻燃剂5%，辅加物0.5%。

5、细度>320目的耐火骨料63%，硅溶胶粘结剂30%，聚乙烯醇悬浮剂0.40%，阻燃剂6.2%，辅加物0.4%。

6、细度>320目的耐火骨料64%，硅溶胶粘结剂30%，聚乙烯醇悬浮剂0.5%，阻燃剂5%，辅加物0.5%。

Claims

1.一种镁合金壶，其特征在于所述镁合金的化学成分质量百分含量为Zn：3.0～7.0%，Ca：0.1～0.5%，Sr：0.01～0.05%，其余为Mg；所述镁合金壶的壶底为镁合金层与坡莫合金板材铸接而成的双层复合结构，壶底具有高导磁、快加热功能；其特征在于所述壶底的制备方法包括下述内容：

（1）将与镁合金壶底大小相同且厚度是0.5～0.8mm的坡莫合金板材放入制作蜡模的模具中；

（2）将装有坡莫合金板材的蜡模放入模具中并压入熔融的蜡料使其在凝固时将蜡和坡莫合金板材粘接在一起成为蜡模；

（3）从模具中取出蜡模与浇注系统焊接后进行挂壳；

（4）脱蜡后坡莫合金板材留在熔模铸造陶瓷型壳中，并将焙烧好的熔模铸造陶瓷型壳预热到300～400℃，浇入镁合金熔体，经冷却凝固成型，使镁合金与坡莫合金铸接在一起形成双层复合结构壶底。

2.根据权利要求1所述一种镁合金壶，其特征在于所述熔模铸造陶瓷型壳的制备工序包括挂壳、硬化、阴干、脱蜡、自然干燥、焙烧，具体操作步骤如下：

（1）将蜡模㓎一层阻燃涂料后撒一层宝珠砂，再㓎一层阻燃涂料后再撒一层细宝珠砂，自然晾干60-90分钟；

（2）将蜡模在加固层涂料中㓎一层加固层涂料后撒一层珠宝砂；

（3）重复步骤（2）3遍后阴干；

（4）利用开水煮沸的方式脱蜡，形成模壳；

（5）模壳继续阴干5～10小时，放入箱式电炉中加热到800～900度保温5～10小时后烧结瓷化成熔模铸造陶瓷型壳；

（6）随炉冷却到300～400℃保温待用来浇注成型。

3.根据权利要求2所述一种镁合金壶，其特征在于所述阻燃面层涂料的化学成分为：细度>320目的耐火骨料是60～70%，硅溶胶粘结剂25～35%，聚乙烯醇悬浮剂0.15～0.50%，消泡剂为0.050～0.100%，润滑分散剂为0.100～0.150%，粉液比调节剂T₃为0.200～0.300%，阻燃剂4.50～8.00%。

4.根据权利要求3所述一种镁合金壶，其特征在于所述阻燃剂的化学成分为：硼酸是40～70%，氟硼酸钾是10～30%，细度>320目的硫铁矿粉是20～30%，按上述组分称量好装入搅拌器中搅拌半小时后使用。

5.根据权利要求3所述一种镁合金壶，其特征在于所述阻燃面层涂料的制备方法是：首先将硅溶胶粘结剂、聚乙烯醇悬浮剂装入球磨机混制5～10分钟，混匀后加入耐火骨料，混制2小时后将阻燃剂、消泡剂、润滑分散剂和粉液比调节剂T₃装入球磨机中再混1～2小时。

6.根据权利要求1所述一种镁合金壶，其特征在于所述蜡模的制作方法是将质量百分比是石蜡50%，硬脂酸50%混合并熔化成熔融的蜡料后在70～75℃保温；熔融的蜡料在0.1～0.3MPa的压注压力作用下压注到温度是20～25℃的模腔中；压蜡枪预热温度是35～45℃，冷却水温度15～25℃。

7.根据权利要求1所述一种镁合金壶，其特征在于由于坡莫合金的激冷作用使壶底部位的镁合金熔体与其他部位的镁合金熔体同时凝固，使壶壁与壶底的凝固组织同样致密均匀和耐腐蚀。