CN110153372A - 一种抗水垢金属阀及其制造方法 - Google Patents

一种抗水垢金属阀及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗水垢金属阀及其制造方法，该抗水垢金属阀基体采用ZG03Cr18Ni10铸造，内表面密布有覆盖率不低于99％、螺旋条纹状宽5μm‑8μm的沟槽交错结构，并固定有六甲基二硅氧烷憎水膜层。本发明的抗水垢金属阀以奥氏体不锈钢为基材，工艺简单成熟、内表面具有莲叶效应、易清洗。

Description

一种抗水垢金属阀及其制造方法
技术领域
本发明涉及金属阀制造领域，尤其涉及一种抗水垢金属阀及其制造方法。
背景技术
不锈钢，因为其安全无铅、无腐蚀和渗出物，不会使水质造成第二次污染，其实很适合用于制造金属阀。但现在市场上基本上都是铜和锌合金材料的金属阀，会造成水质二次污染，长时间使用就会电镀层脱落或者长出铜锈，铅和铜锈会污染自来水，损害人的身体健康，而不锈钢龙头无需电镀，制造过程不会使环境造成污染，保持水质纯净卫生，也不会因电镀层脱落而需要经常更换。
但现有技术中的不锈钢阀受限于铸造性能差、铸造工艺不成熟、易晶间腐蚀、表面易结垢、内表面粗糙易腐蚀的技术问题而没有大量推广应用。
因此，市面上急需一种以奥氏体不锈钢为基材，工艺简单成熟、内表面具有莲叶效应、易清洗的抗水垢金属阀及其制造方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种以奥氏体不锈钢为基材，工艺简单成熟、内表面具有莲叶效应、易清洗的抗水垢金属阀及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种抗水垢金属阀的制造方法，包括以下步骤：
1)生产前准备
①原材料准备：按重量份准备ZG03Cr18Ni10不锈钢母料100份-120份、足量六甲基二硅氧烷；
②改性工艺材料准备：准备足量粒径5μm-8μm的二氧化硅微粉；
③设备及工装准备：准备沙箱、一次性金属阀仿形蜡模、足量硅酸乙酯水解液、足量粒度800目的粉状高岭土熟料、足量粒度200目的粉状高岭土熟料、磨粒流去毛刺设备、真空铸造设备、足量无水乙醇；
2)熔模制造
①采用无水乙醇将一次性金属阀仿形蜡模表面清洗干净，待无水乙醇挥发后获得洁净蜡模，将800目的粉状高岭土熟料与粒度200目的粉状高岭土熟料按质量比8.5∶1.5的比例混合均匀，获得混合粉状高岭土熟料；
②将洁净蜡模浸入硅酸乙酯水解液，左右上下晃动并持续5s-10s后取出，再将混合粉状高岭土熟料均匀涂洒在涂覆有硅酸乙酯水解液的洁净蜡模表面，获得待处理蜡模；
③将步骤②获得的待处理蜡模静置悬挂相对湿度55％-65％的室温环境内，待其自动干结固型，然后再浸入硅酸乙酯水解液；
④重复步骤②-③10-12次后获得固型蜡芯模；
⑤采用同压蒸汽法熔失步骤④获得的固型蜡芯模中的蜡，获得模壳；
⑥将步骤⑤获得的模壳完全埋入阶段1)步骤③准备的沙箱中，再将沙箱置于850℃-900℃环境内进行培烧，持续1h-2h，取出培烧后模壳，清除砂粒后获得耐火熔模，该耐火熔模即为所需熔模；
3)铸造
①将阶段1)中步骤①准备的ZG03Cr18Ni10不锈钢母料在真空铸造设备内采用温度1500℃-1550℃、真空度1×10-1Pa-2×10-1Pa的工艺参数浇铸到阶段2)获得的熔模中，脱模后获得不锈钢金属阀铸件；
4)表面改性
①将阶段3)获得的不锈钢金属阀采用阶段1)中步骤③准备的磨粒流去毛刺设备，以阶段1)中步骤②准备的二氧化硅微粉为磨粒介质，在阀体内部管道中来回冲击，往复循环10次-12次，获得内表面活化微构型不锈钢金属阀；
②将六甲基二硅氧烷加热至沸腾状态，获得六甲基二硅氧烷蒸汽环境，将步骤①获得的内表面活化微构型不锈钢金属阀在磨粒流结束后5分钟内置于六甲基二硅氧烷蒸汽环境内，对着金属阀孔腔进行单向吹风，持续15min-20min后，即获得所需抗水垢金属阀。
采用上述方法制造的抗水垢金属阀，基体采用ZG03Cr18Ni10铸造，内表面密布有覆盖率不低于99％、螺旋条纹状宽5μm-8μm的沟槽交错结构，并固定有六甲基二硅氧烷憎水膜层。
与现技术比较，本发明由于采用了上述方案，具有以下优点：(1)采用的是ZG03Cr18Ni10不锈钢而不是常见常用的18-8型不锈钢(包括TP304等几乎所有常见奥氏体不锈钢)是由于根据相关研究，18-8型不锈钢不耐受晶间腐蚀，即处于盐雾环境内时间过长后，易腐蚀脆化，含Ti的不锈钢更加明显(如1Cr18Ni9Ti)；另一方面，18-8型不锈钢的铸造性能极差，熔融液易氧化、易粘连、流动性差、充型能力差，不适合制造金属阀这种低价格高复杂度产品，而本发明的不锈钢由于含有Nb和更低的碳，并采用真空熔模铸，大大提升了流动性能、降低了熔融液氧化和气泡产生的可能性，获得了精密铸造的一次成型金属阀，节省了材料和工艺成本；再者，常规奥氏体不锈钢的含碳量均为0.1％左右，其实耐蚀性能一般，只是电极电位高不易被腐蚀，本发明采用的是碳浓度约0.01％的奥氏体不锈钢，耐蚀性更强(当然还有含碳量更低的00级钢，但成本过高，不适宜工业生产)。(2)通过采用常规技术不采用的磨粒流表面改性工艺(常规技术没有内表面改性处理)，并采用一般磨粒流工艺中不会采用的粒径5μm-8μm的二氧化硅微粉进行磨粒流处理(常规技术中的磨粒流介质为碳化硅、立方氮化硼、氧化铝或金钢砂)，主要目的有三个，一是活化奥氏体不锈钢的表面，去除氧化膜并使其表面更易被侵染，二是获得覆盖率不低于99％、粒径5μm-8μm的微坑结构(这个结构代表在绝大部分表面，两个微坑结构边缘的突起间间距均不高于10μm，这个距离是低于水滴的张力作用下最小距离，即会发生莲叶效应)，三是奥氏体不锈钢本质体较软，采用过高硬度的介质成本高却不适用，易造成过深的划痕，导致阀体寿命降低。(3)利用被活化并具有复杂微结构的表面特性，以雾化的方式和状态将常温下呈液态的六甲基二硅氧烷固定附着在不锈钢金属阀的表面(微坑结构大大增强了液态附着物的稳定性，同时具备了集聚能力，另外由于液态六甲基二硅氧烷填充了微坑底部，更增强了拒水效果)。(4)根据本发明的结构，即使被水垢覆盖了表面，由于无法深入侵入基体表面，无法构成强的结合力，易被清洗。
具体实施方式
实施例1：
一种抗水垢金属阀，基体采用ZG03Cr18Ni10铸造，内表面密布有覆盖率不低于99％、螺旋条纹状宽5μm-8μm的沟槽交错结构，并固定有六甲基二硅氧烷憎水膜层。
上述抗水垢金属阀的制造方法，包括以下步骤：
1)生产前准备
①原材料准备：按重量份准备ZG03Cr18Ni10不锈钢母料1Kg、足量六甲基二硅氧烷；
②改性工艺材料准备：准备足量粒径5μm-8μm的二氧化硅微粉；
③设备及工装准备：准备沙箱、一次性金属阀仿形蜡模、足量硅酸乙酯水解液、足量粒度800目的粉状高岭土熟料、足量粒度200目的粉状高岭土熟料、磨粒流去毛刺设备、真空铸造设备、足量无水乙醇；
2)熔模制造
①采用无水乙醇将一次性金属阀仿形蜡模表面清洗干净，待无水乙醇挥发后获得洁净蜡模，将800目的粉状高岭土熟料与粒度200目的粉状高岭土熟料按质量比8.5∶1.5的比例混合均匀，获得混合粉状高岭土熟料；
②将洁净蜡模浸入硅酸乙酯水解液，左右上下晃动并持续5s后取出，再将混合粉状高岭土熟料均匀涂洒在涂覆有硅酸乙酯水解液的洁净蜡模表面，获得待处理蜡模；
③将步骤②获得的待处理蜡模静置悬挂相对湿度55％的室温环境内，待其自动干结固型，然后再浸入硅酸乙酯水解液；
④重复步骤②-③10次后获得固型蜡芯模；
⑤采用同压蒸汽法熔失步骤④获得的固型蜡芯模中的蜡，获得模壳；
⑥将步骤⑤获得的模壳完全埋入阶段1)步骤③准备的沙箱中，再将沙箱置于850℃环境内进行培烧，持续1h，取出培烧后模壳，清除砂粒后获得耐火熔模，该耐火熔模即为所需熔模；
3)铸造
①将阶段1)中步骤①准备的ZG03Cr18Ni10不锈钢母料在真空铸造设备内采用温度1500℃、真空度1×10-1Pa的工艺参数浇铸到阶段2)获得的熔模中，脱模后获得不锈钢金属阀铸件；
4)表面改性
①将阶段3)获得的不锈钢金属阀采用阶段1)中步骤③准备的磨粒流去毛刺设备，以阶段1)中步骤②准备的二氧化硅微粉为磨粒介质，在阀体内部管道中来回冲击，往复循环10次，获得内表面活化微构型不锈钢金属阀；
②将六甲基二硅氧烷加热至沸腾状态，获得六甲基二硅氧烷蒸汽环境，将步骤①获得的内表面活化微构型不锈钢金属阀在磨粒流结束后5分钟内置于六甲基二硅氧烷蒸汽环境内，对着金属阀孔腔进行单向吹风，持续15min后，即获得所需抗水垢金属阀。
实施例2：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
上述抗水垢金属阀的制造方法，包括以下步骤：
1)生产前准备
①原材料准备：按重量份准备ZG03Cr18Ni10不锈钢母料1.2Kg、足量六甲基二硅氧烷；
2)熔模制造
②将洁净蜡模浸入硅酸乙酯水解液，左右上下晃动并持续10S后取出，再将混合粉状高岭土熟料均匀涂洒在涂覆有硅酸乙酯水解液的洁净蜡模表面，获得待处理蜡模；
③将步骤②获得的待处理蜡模静置悬挂相对湿度65％的室温环境内，待其自动干结固型，然后再浸入硅酸乙酯水解液；
④重复步骤②-③12次后获得固型蜡芯模；
⑥将步骤⑤获得的模壳完全埋入阶段1)步骤③准备的沙箱中，再将沙箱置于900℃环境内进行培烧，持续2h，取出培烧后模壳，清除砂粒后获得耐火熔模，该耐火熔模即为所需熔模；
3)铸造
①将阶段1)中步骤①准备的ZG03Cr18Ni10不锈钢母料在真空铸造设备内采用温度1550℃、真空度2×10-1Pa的工艺参数浇铸到阶段2)获得的熔模中，脱模后获得不锈钢金属阀铸件；
4)表面改性
①将阶段3)获得的不锈钢金属阀采用阶段1)中步骤③准备的磨粒流去毛刺设备，以阶段1)中步骤②准备的二氧化硅微粉为磨粒介质，在阀体内部管道中来回冲击，往复循环12次，获得内表面活化微构型不锈钢金属阀；
②将六甲基二硅氧烷加热至沸腾状态，获得六甲基二硅氧烷蒸汽环境，将步骤①获得的内表面活化微构型不锈钢金属阀在磨粒流结束后5分钟内置于六甲基二硅氧烷蒸汽环境内，对着金属阀孔腔进行单向吹风，持续20min后，即获得所需抗水垢金属阀。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种抗水垢金属阀的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)生产前准备
①原材料准备：按重量份准备ZG03Cr18Ni10不锈钢母料100份-120份、足量六甲基二硅氧烷；
②改性工艺材料准备：准备足量粒径5μm-8μm的二氧化硅微粉；
③设备及工装准备：准备沙箱、一次性金属阀仿形蜡模、足量硅酸乙酯水解液、足量粒度800目的粉状高岭土熟料、足量粒度200目的粉状高岭土熟料、磨粒流去毛刺设备、真空铸造设备、足量无水乙醇；
2)熔模制造
①采用无水乙醇将一次性金属阀仿形蜡模表面清洗干净，待无水乙醇挥发后获得洁净蜡模，将800目的粉状高岭土熟料与粒度200目的粉状高岭土熟料按质量比8.5∶1.5的比例混合均匀，获得混合粉状高岭土熟料；
②将洁净蜡模浸入硅酸乙酯水解液，左右上下晃动并持续5s-10s后取出，再将混合粉状高岭土熟料均匀涂洒在涂覆有硅酸乙酯水解液的洁净蜡模表面，获得待处理蜡模；
③将步骤②获得的待处理蜡模静置悬挂相对湿度55％-65％的室温环境内，待其自动干结固型，然后再浸入硅酸乙酯水解液；
④重复步骤②-③10-12次后获得固型蜡芯模；
⑤采用同压蒸汽法熔失步骤④获得的固型蜡芯模中的蜡，获得模壳；
⑥将步骤⑤获得的模壳完全埋入阶段1)步骤③准备的沙箱中，再将沙箱置于850℃-900℃环境内进行培烧，持续1h-2h，取出培烧后模壳，清除砂粒后获得耐火熔模，该耐火熔模即为所需熔模；
3)铸造
①将阶段1)中步骤①准备的ZG03Cr18Ni10不锈钢母料在真空铸造设备内采用温度1500℃-1550℃、真空度1×10-1Pa-2×10-1Pa的工艺参数浇铸到阶段2)获得的熔模中，脱模后获得不锈钢金属阀铸件；
4)表面改性
①将阶段3)获得的不锈钢金属阀采用阶段1)中步骤③准备的磨粒流去毛刺设备，以阶段1)中步骤②准备的二氧化硅微粉为磨粒介质，在阀体内部管道中来回冲击，往复循环10次-12次，获得内表面活化微构型不锈钢金属阀；
②将六甲基二硅氧烷加热至沸腾状态，获得六甲基二硅氧烷蒸汽环境，将步骤①获得的内表面活化微构型不锈钢金属阀在磨粒流结束后5分钟内置于六甲基二硅氧烷蒸汽环境内，对着金属阀孔腔进行单向吹风，持续15min-20min后，即获得所需抗水垢金属阀。
2.一种采用权利要求1所述方法制造的抗水垢金属阀，其特征在于：该抗水垢金属阀的基体采用ZG03Cr18Ni10铸造，内表面密布有覆盖率不低于99％、螺旋条纹状宽5μm-8μm的沟槽交错结构，并固定有六甲基二硅氧烷憎水膜层。
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