CN107378400A - 一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体及其制备方法，属于灭火器阀体制备技术领域。本发明首先制备锌合金棒料，再将锌合金棒料切割成一小段，置于加热设备中加热并保温；启动冲压设备对锌合金毛坯棒料进行冲压成型，阀体加工后，对加工的安装孔进行去毛刺，对阀体内螺纹进行回丝去除螺纹毛刺，对阀体内孔进行超精挤压提高粗糙度；对所得阀体进行超声波清洗，制得灭火器阀体成品。本发明制得的锌合金灭火器阀体相比较铜阀体，成本低廉，且能够很好的防止灭火剂腐蚀；相比较铝合金阀体，不需要进行表面阳极极化处理，也无需在加工过程中不断用水冲洗，加工速度得到很大程度提高。
Description
技术领域
本发明涉及灭火器阀体制备技术领域，更具体地说，涉及一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体及其制备方法。
背景技术
灭火器是一种重要的消防工具，无论是在公共建筑、公司，还是家庭都会配置一些灭火器装置，以备发生紧急情况时使用。市场上灭火器的阀体主要有铁制阀体、铝合金阀体和铜制阀体，铁制阀体很容易被锈蚀，阀体金属被腐蚀，密封性能就会逐渐丧失，直接影响了灭火器的保质期，给用户带来很多不便。铜制阀体则造价成本高，且也较容易被锈蚀。相比较铝合金阀体就有造价成本低，重量轻的优点。
但是铝合金也有其缺点，如铝是一种较活泼的金属，具有低的电极电位，与电位较高的金属接触后易产生电位差导致局部腐蚀，使表面生成氧化膜，但这种自然形成的氧化膜疏松多孔、不均匀、不连续，不能满足使用要求，铝合金的这一不足在一定程度上限制了灭火器铝合金阀体的使用，通常都需要借助阳极氧化来在铝合金表面形成致密的氧化层，以提高铝合金的硬度和绝缘性能，进而提高耐腐蚀性能。如申请人申请的专利号为CN201510737519.2的专利，即公开了一种铝合金灭火器阀体的阳极极化及着色处理方法；该申请案是申请人依靠长期的生产经验所设计的，表面极化的氧化膜能很好的防止灭火剂腐蚀，但进行阳极极化工艺，必然导致灭火器阀体的制造成本很大程度的增高，灭火器阀体的生产效率也会受到影响。
另一方面，铝合金具有质软的特性，在灭火器阀体加工过程中，产生的铝屑较大，必须要在加工过程中一直用水将铝屑冲洗干净。否则，残留的铝屑极有可能在铝合金阀体表面产生划痕，或者破坏螺纹。铝合金阀体表面存在划痕缺陷，轻则影响铝合金阀体外观，重则整个产品直接报废；而一旦阀体螺纹部分遭到破坏，其与灭火器瓶等部件的组装势必受到影响，重则会产生安全事故。从上述分析可知，铝合金阀门在加工过程中报废率较高，且为了将铝屑冲洗干净，加工进度会控制的比较慢，这同样会降低灭火器阀体的生产效率，同时增高灭火器阀体的制造成本。
鉴于目前市场上主流的铁制阀体、铝合金阀体和铜制阀体均存在缺陷，经检索，中国专利号CN201220430927.5，申请日为2012年8月14日，发明创造名称为：一种阀门；中国专利号CN201410327680.8，申请日为2014年6月30日，发明创造名称为：一种灭火器阀体的制造方法，均公开了使用锌合金制造灭火器阀体的方案，其中，申请案CN201410327680.8所公开的一种灭火器阀体的制造方法，由压铸得到锌合金阀体坯料，并再经过金加工、镀镍、镀铜、着色、上封闭剂工艺步骤，实现把灭火器阀体由黄铜制造改进为采用锌合金制造，降低灭火器阀体成本，节约较贵重的铜金属，同时缩短生产时间。该申请案想到使用锌合金制造灭火器阀体已算是一种技术进步，但上述申请案重点在研究锌合金阀体的镀镍、镀铜、着色工艺，而众所周知，锌合金的密度低，没有铜的韧性高，强度也较低，利用锌合金替换铜、铝，如何解决灭火器阀体的强度不够问题，是需要重点考虑的，也是不可回避的问题。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体及其制备方法；本发明制备得到的锌合金灭火器阀体相比较铜阀体，成本低廉，且能够很好的防止灭火剂腐蚀；相比较铝合金阀体，本发明不需要进行表面阳极极化处理，也无需在加工过程中不断用水冲洗，加工速度得到提高，可减少设备投入，且能耗低，最重要的是阀体成品率得到很大程度提高。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，包括以下操作步骤：
步骤一、制备锌合金棒料，所述锌合金棒料中铅含量低于0.1％；
步骤二、将锌合金棒料切割成一小段，置于加热设备中加热并保温；
步骤三、将步骤二所得锌合金毛坯棒料送入加工工位，启动冲压设备进行冲压成型，加工成阀体粗品；
步骤四、阀体加工后，对加工的安装孔进行去毛刺，对阀体内螺纹进行回丝去除螺纹毛刺，对阀体内孔进行超精挤压提高粗糙度；
步骤五、对所得阀体进行超声波清洗，制得灭火器阀体成品。
作为本发明更进一步的改进，步骤一中所述锌合金棒料中铝含量占总重量的百分比为0.038～0.078％。
作为本发明更进一步的改进，步骤一中所述锌合金棒料中镁占总重量的百分比为0.3～0.5％；复合孕育变质剂占总重量的百分比为0.9～2.0％，铅、铁、镉、铜等杂质成分占总重量的百分比小于0.17％，余量为锌。
作为本发明更进一步的改进，所述的复合孕育变质剂中各成分的重量百分比为：La 5～10％，Ce 5～10％，Ni 10～15％，Ti 25～35％，B 15～20％，K2ZrF6 10～25％。
作为本发明更进一步的改进，所述的复合孕育变质剂中Ni和Ti的总占比需保持在40％～45％。
作为本发明更进一步的改进，步骤一制备锌合金棒料的过程为：
(1)控制各元素质量百分比，按比例称取原料；
(2)于260℃下预热锌锭1.5～2h；
(3)预热后的锌锭在50～55KPa气压下，在600～630℃的加热炉中完全熔化；
(4)加入镁锭和复合孕育变质剂，保温20～30min后，继续升温至其他金属完全熔化，降温至700℃，在真空的条件下保温20min；
(5)除气除渣后，将熔炼好的金属液进行浇注，形成锌合金棒料。
作为本发明更进一步的改进，步骤二中将锌合金棒料送入中频加热器中进行加热，且在5s内将锌合金棒料加热至200～225℃，在冲压之前一直保持恒温。
作为本发明更进一步的改进，步骤三中使用的冲压设备为400t冲床。
本发明的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体，所述的灭火器锌合金阀体由上述方法制得。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，制备得到的锌合金灭火器阀体相比较铜阀体，成本低廉，且能够很好的防止灭火剂腐蚀；相比较铝合金阀体，本发明不需要进行表面阳极极化处理，也无需在加工过程中不断用水冲洗，加工速度得到提高，可减少设备投入，且能耗低；
(2)本发明的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，在大量的生产实践中，经过试验和综合考虑，得出了锌合金的优化配方，并结合该配方设计了锌合金棒料的制备工艺，从而生产得到的锌合金灭火器阀体具有高强度，高成型性，尤其是力学性能和防腐性能远超本领域技术人员的预期；
(3)本发明的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，经过研究发现，随着含铝量的增加，锌合金熔点升高，可使锌合金软化的共晶体量减少，合金强度提高，但锌合金的韧性有所减小，造成冲压易断裂；而降低含铝量，能够改善锌合金抗冲压性能，不易断裂，但影响了锌合金的强度；基于此，本发明通过多次尝试，最终确定在锌合金棒料中将铝含量控制在0.1％以下，同时在锌合金生产过程中加入复合孕育变质剂改善性能，通过复合孕育变质剂使锌合金在提升抗冲压性能的同时，力学强度、硬度等性能仍然满足使用要求；
(4)本发明的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，为了解决锌合金棒料直接进行冲压易变形的问题，在棒料进入冲压设备之前，增加了预热工序，并通过多次实验确定了，棒料进入冲压设备之前将其快速预热至200℃，并在冲压之前一直保持200℃，通过加入该工序，锌合金棒料的冲压变形问题得到了有效改善，阀体成品率得到提高；
(5)本发明的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，首次尝试使用400t冲床冲压锌合金棒料，该种型号冲床的冲压力能够改进锌合金的密度，锌合金的韧性和强度也能进一步变大，使得锌合金灭火器阀体在冲压工艺中不容易开裂，阀体成品率得到进一步提高。
附图说明
图1为本发明制备灭火器锌合金阀体的流程框图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1，本实施例鉴于目前市场上主流的铁制阀体容易被锈蚀，铜制阀体造价成本高，铝合金阀体需要借助阳极氧化来在铝合金表面形成致密的氧化层，必然导致灭火器阀体的制造成本很大程度的增高，灭火器阀体的生产效率也会受到影响。且铝合金灭火器阀体加工过程中，产生的铝屑需用水冲洗干净，以避免在铝合金阀体表面产生划痕，或者破坏螺纹，这也导致灭火器阀体的生产效率降低，灭火器阀体的制造成本增高，提供了一种利用锌合金替代铝合金、铜制造灭火器阀体的方案。本实施例制备锌合金灭火器阀体具体包括以下操作步骤：
步骤一、制备锌合金棒料，具体过程为：
(1)控制各元素质量百分比，按比例称取原料。鉴于经过研究发现，随着含铝量的增加，锌合金熔点升高，可使锌合金软化的共晶体量减少，合金强度提高，但锌合金的韧性有所减小，造成冲压易断裂；而降低含铝量，能够改善锌合金抗冲压性能，不易断裂，但影响了锌合金的强度。本发明通过多次尝试，最终确定在锌合金棒料中将铝含量控制在0.1％以下。而为了配合本发明设置的锌合金配方，锌合金棒料中铝含量占总重量的百分比为0.038～0.078％更为合适，所以在本实施例锌合金棒料中铝含量占总重量的百分比为0.078％。
另一方面，本实施例为了克服锌合金相对于铜，密度低，没有铜的韧性高，强度也较低，利用锌合金制造出来的灭火器阀体强度不够的问题，在大量的生产实践中，经过试验和综合考虑，设计出了一种锌合金的优化配方，具体为：所用锌合金棒料中镁占总重量的百分比为0.3％；复合孕育变质剂占总重量的百分比为2.0％，铅、铁、镉、铜等杂质成分占总重量的百分比为0.16％，余量为锌。所述的复合孕育变质剂中各成分的重量百分比为：La10％，Ce 8％，Ni 10％，Ti 32％，B 20％，K2ZrF6 20％。本实施例在锌合金生产过程中加入复合孕育变质剂改善性能，通过复合孕育变质剂使锌合金在提升抗冲压性能的同时，力学强度、硬度等性能仍然满足使用要求。
(2)于260℃下预热锌锭1.5h；
(3)预热后的锌锭在50KPa气压下，在600℃的加热炉中完全熔化；
(4)加入镁锭和复合孕育变质剂，保温20min后，继续升温至其他金属完全熔化，降温至700℃，在真空的条件下保温20min；
(5)除气除渣后，将熔炼好的金属液进行浇注，形成锌合金棒料。
步骤二、将锌合金棒料切割成一小段，送入中频加热器中进行加热，在5s内将锌合金棒料加热至200℃，在冲压之前一直保持恒温。本实施例为了解决锌合金棒料直接进行冲压易变形的问题，在棒料进入冲压设备之前，增加了预热工序，并通过多次实验确定了，棒料进入冲压设备之前将其快速预热至200℃，并在冲压之前一直保持200℃，通过加入该工序，锌合金棒料的冲压变形问题得到了有效改善，阀体成品率得到提高。
步骤三、将步骤二所得锌合金毛坯棒料送入加工工位，启动400t冲床进行冲压成型，加工成阀体粗品。值得说明的是，使用400t冲床冲压锌合金毛坯棒料，制备灭火器阀体，是本发明的首次尝试，传统加工铜制阀体，也只是使用80t的冲床就可以解决问题，发明人也是因使用80t冲床冲压锌合金毛坯棒料，一直存在锌合金阀体强度不够的问题，偶然尝试使用400t冲床，发现该种型号冲床的冲压力能够改进锌合金的密度，锌合金的韧性和强度也能进一步变大，使得锌合金灭火器阀体在冲压工艺中不容易开裂，阀体成品率得到进一步提高。
步骤四、阀体加工后，对加工的安装孔进行去毛刺，对阀体内螺纹进行回丝去除螺纹毛刺，对阀体内孔进行超精挤压提高粗糙度。
步骤五、对所得阀体进行超声波清洗，制得灭火器阀体成品。
实施例2
本实施例的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例制备锌合金灭火器阀体具体包括以下操作步骤：
步骤一、制备锌合金棒料，具体过程为：
(1)控制各元素质量百分比，按比例称取原料。本实施例的锌合金优化配方中镁占总重量的百分比为0.5％；复合孕育变质剂占总重量的百分比为1.5％，铅、铁、镉、铜等杂质成分占总重量的百分比为0.1％，余量为锌。所述的复合孕育变质剂中各成分的重量百分比为：La 8％，Ce 10％，Ni 15％，Ti 30％，B 19％，K2ZrF6 18％。为了保证锌合金的强度，且保证锌合金不易断裂，同时配合本发明设置的锌合金配方，本实施例锌合金棒料中铝含量占总重量的百分比为0.038％。
(2)于260℃下预热锌锭2h；
(3)预热后的锌锭在55KPa气压下，在630℃的加热炉中完全熔化；
(4)加入镁锭和复合孕育变质剂，保温30min后，继续升温至其他金属完全熔化，降温至700℃，在真空的条件下保温20min；
(5)除气除渣后，将熔炼好的金属液进行浇注，形成锌合金棒料。
步骤二、将锌合金棒料切割成一小段，送入中频加热器中进行加热，在5s内将锌合金棒料加热至210℃，在冲压之前一直保持恒温。
步骤三、将步骤二所得锌合金毛坯棒料送入加工工位，启动400t冲床进行冲压成型，加工成阀体粗品。
步骤四、阀体加工后，对加工的安装孔进行去毛刺，对阀体内螺纹进行回丝去除螺纹毛刺，对阀体内孔进行超精挤压提高粗糙度。
步骤五、对所得阀体进行超声波清洗，制得灭火器阀体成品。
实施例3
本实施例的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例制备锌合金灭火器阀体具体包括以下操作步骤：
步骤一、制备锌合金棒料，具体过程为：
(1)控制各元素质量百分比，按比例称取原料。本实施例的锌合金优化配方中镁占总重量的百分比为0.4％；复合孕育变质剂占总重量的百分比为0.9％，铅、铁、镉、铜等杂质成分占总重量的百分比为0.12％，余量为锌。所述的复合孕育变质剂中各成分的重量百分比为：La 5％，Ce 10％，Ni 15％，Ti 25％，B 20％，K2ZrF6 25％。为了保证锌合金的强度，且保证锌合金不易断裂，同时配合本发明设置的锌合金配方，本实施例锌合金棒料中铝含量占总重量的百分比为0.048％。
(2)于260℃下预热锌锭1.8h；
(3)预热后的锌锭在52KPa气压下，在620℃的加热炉中完全熔化；
(4)加入镁锭和复合孕育变质剂，保温25min后，继续升温至其他金属完全熔化，降温至700℃，在真空的条件下保温20min；
(5)除气除渣后，将熔炼好的金属液进行浇注，形成锌合金棒料。
步骤二、将锌合金棒料切割成一小段，送入中频加热器中进行加热，在5s内将锌合金棒料加热至225℃，在冲压之前一直保持恒温。
步骤三、将步骤二所得锌合金毛坯棒料送入加工工位，启动400t冲床进行冲压成型，加工成阀体粗品。
步骤四、阀体加工后，对加工的安装孔进行去毛刺，对阀体内螺纹进行回丝去除螺纹毛刺，对阀体内孔进行超精挤压提高粗糙度。
步骤五、对所得阀体进行超声波清洗，制得灭火器阀体成品。
实施例4
本实施例的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例制备锌合金灭火器阀体具体包括以下操作步骤：
步骤一、制备锌合金棒料，具体过程为：
(1)控制各元素质量百分比，按比例称取原料。本实施例的锌合金优化配方中镁占总重量的百分比为0.35％；复合孕育变质剂占总重量的百分比为1.4％，铅、铁、镉、铜等杂质成分占总重量的百分比为0.17％，余量为锌。所述的复合孕育变质剂中各成分的重量百分比为：La 9％，Ce 8％，Ni 12％，Ti 31％，B 17％，K2ZrF6 23％。为了保证锌合金的强度，且保证锌合金不易断裂，同时配合本发明设置的锌合金配方，本实施例锌合金棒料中铝含量占总重量的百分比为0.068％。
(2)于260℃下预热锌锭2h；
(3)预热后的锌锭在58KPa气压下，在610℃的加热炉中完全熔化；
(4)加入镁锭和复合孕育变质剂，保温30min后，继续升温至其他金属完全熔化，降温至700℃，在真空的条件下保温20min；
(5)除气除渣后，将熔炼好的金属液进行浇注，形成锌合金棒料。
步骤二、将锌合金棒料切割成一小段，送入中频加热器中进行加热，在5s内将锌合金棒料加热至210℃，在冲压之前一直保持恒温。
步骤三、将步骤二所得锌合金毛坯棒料送入加工工位，启动400t冲床进行冲压成型，加工成阀体粗品。
步骤四、体加工后，对加工的安装孔进行去毛刺，对阀体内螺纹进行回丝去除螺纹毛刺，对阀体内孔进行超精挤压提高粗糙度。
步骤五、对所得阀体进行超声波清洗，制得灭火器阀体成品。
实施例1～4所述的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，制备得到的锌合金灭火器阀体相比较铜阀体，成本低廉，且能够很好的防止灭火剂腐蚀；相比较铝合金阀体，不需要进行表面阳极极化处理，也无需在加工过程中不断用水冲洗，加工速度得到提高，可减少设备投入，且能耗低。生产得到的锌合金灭火器阀体具有高强度，高成型性，尤其是力学性能和防腐性能远超本领域技术人员的预期。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
步骤一、制备锌合金棒料，所述锌合金棒料中铅含量低于0.1％；
步骤二、将锌合金棒料切割成一小段，置于加热设备中加热并保温；
步骤三、将步骤二所得锌合金毛坯棒料送入加工工位，启动冲压设备进行冲压成型，加工成阀体粗品；
步骤四、阀体加工后，对加工的安装孔进行去毛刺，对阀体内螺纹进行回丝去除螺纹毛刺，对阀体内孔进行超精挤压提高粗糙度；
步骤五、对所得阀体进行超声波清洗，制得灭火器阀体成品。
2.根据权利要求1所述的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，其特征在于：步骤一中所述锌合金棒料中铝含量占总重量的百分比为0.038～0.078％。
3.根据权利要求1或2所述的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，其特征在于：步骤一中所述锌合金棒料中镁占总重量的百分比为0.3～0.5％；复合孕育变质剂占总重量的百分比为0.9～2.0％，铅、铁、镉、铜等杂质成分占总重量的百分比小于0.17％，余量为锌。
4.根据权利要求3所述的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，其特征在于：所述的复合孕育变质剂中各成分的重量百分比为：La 5～10％，Ce 5～10％，Ni 10～15％，Ti 25～35％，B 15～20％，K2ZrF6 10～25％。
5.根据权利要求4所述的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，其特征在于：所述的复合孕育变质剂中Ni和Ti的总占比需保持在40％～45％。
6.根据权利要求5所述的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，其特征在于：步骤一制备锌合金棒料的过程为：
(1)控制各元素质量百分比，按比例称取原料；
(2)于260℃下预热锌锭1.5～2h；
(3)预热后的锌锭在50～55KPa气压下，在600～630℃的加热炉中完全熔化；
(4)加入镁锭和复合孕育变质剂，保温20～30min后，继续升温至其他金属完全熔化，降温至700℃，在真空的条件下保温20min；
(5)除气除渣后，将熔炼好的金属液进行浇注，形成锌合金棒料。
7.根据权利要求6所述的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，其特征在于：步骤二中将锌合金棒料送入中频加热器中进行加热，且在5s内将锌合金棒料加热至200～225℃，在冲压之前一直保持恒温。
8.根据权利要求7所述的一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体制备方法，其特征在于：步骤三中使用的冲压设备为400t冲床。
9.一种长寿命、低成本的灭火器锌合金阀体，其特征在于：所述的灭火器锌合金阀体由权利要求1～8任一项方法制得。
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