CN113857797A - 一种铝合金无缝气瓶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铝合金无缝气瓶制备技术领域，涉及一种铝合金无缝气瓶的制备方法。本发明通过对铝合金成分的优化，并在制备过程中利用润滑剂和合理的时效、固溶处理使得铝合金无缝气瓶拉痕、裂纹、气泡、麻点等缺陷大幅度降低。本发明整体制备方法简单，对铝合金无缝气瓶固溶与时效处理有严格要求，且全程自动化生产，大大提高了生产效率。

Description

一种铝合金无缝气瓶的制备方法

技术领域

本发明属于铝合金无缝气瓶制备技术领域，涉及一种铝合金无缝气瓶的制备方法。

背景技术

用于储存和运输永久气体、液化气体、溶解气体或吸附性气体的瓶式金属密闭容器叫做气瓶，气瓶属于移动式的可重复充装的压力容器，因它在使用上存在一些特殊问题，要保证安全使用。目前铝合金无缝气瓶的制备较多，但是现有铝合金无缝气瓶挤压工序制备过程中容易出现拉痕、裂纹、气泡、麻点等缺陷。而缩口作为关键工序，受加热温度、挤压力等因素影响，容易出现褶皱、臃鼓、堆叠、曲线过渡不圆滑等缺陷。

中国专利申请文件（公开号：CN108723235A）公开了一种铝合金无缝气瓶的胚体成型工艺，其在冲压拉伸后对瓶体进行打磨、再经碱洗烘干制备的胚瓶，虽然提高铝合金无缝气瓶的表面附着力，一定程度上改善铝合金无缝气瓶表面摩擦性能，但是冲压拉伸两道工序中工艺影响因素较多，依然存在生产良品率低，生产效率低，且工艺复杂，对设备、模具、材料润滑有较高的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种生产高效、成分均匀、良好物理性能的铝合金无缝气瓶的制备方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种铝合金无缝气瓶的制备方法，所述方法包括如下步骤：

所述方法包括如下步骤：在铝合金短棒表面喷涂润滑剂，然后依次进行挤压成型、缩口成型得铝合金无缝气瓶半成品；将铝合金无缝气瓶半成品先进行固溶处理，然后水冷至室温；再进行时效处理，然后空冷至室温；最后表面处理得成品铝气瓶。

在上述的一种铝合金无缝气瓶的制备方法中，在铝合金短棒表面喷涂润滑剂前先进行退火处理。

在上述的一种铝合金无缝气瓶的制备方法中，步骤S1退火温度为500-550℃，时间为60-120min。

在上述的一种铝合金无缝气瓶的制备方法中，步骤S3固溶温度为525-530℃，时间为110-130min。本发明在固溶时对铝合金无缝气瓶进行加热，使合金中的强化相融入基体，固溶后，获得过饱和的α固溶体，525-530℃高于固溶温度，使合金中的强化相融入固溶体中越充分、固溶体中的成分越均匀，则经固溶时效后的力学性能就越高。固溶保温时间必须保证强化相充分溶解，这样才能使合金获得最大的强化效应。同时需要控制固溶时间，时间过长会出现晶粒长大，使合金性能降低，时间过短强化相不能充分溶解到基体中，使合金力学性能降低。

在上述的一种铝合金无缝气瓶的制备方法中，步骤S4时效温度为170-180℃，时间为520-650min。本发明需要控制时效温度在170-180℃，如果时效温度过高，性能达到最大值后开始下降，进入过时效阶段；如果时效温度过低，合金因共格脱溶相密度增大并长大变粗，但这个过程及相应的强化达到一定程度后基本停止发展，性能没有达到最佳。时效时间控制在550-650min时铝合金达最高的强度，且达到时效强化的峰值。如果时效时间过短铝合金强度降低，塑性增强，属不完全时效；时效时间能会小幅度提高。过长，时效强化程度超过峰值，材料强度会下降，材料抗腐蚀性。

在上述的一种铝合金无缝气瓶的制备方法中，步骤S1铝合金原料的元素配比为：0.55-0.8% Si、0.5-0.7% Fe、0.25-0.40 %Cu、0.10-0.15% Mn、0.8-1.2% Mg、0.25-0.35%Cr、0.15-0.25% Zn，余量为Al及不可避免的杂质。

在上述的一种铝气瓶的制备方法中，步骤S3喷涂润滑剂前对短棒依次进行酸洗和碱洗。

作为优选，润滑剂为硬脂酸锌。

作为优选，酸洗液包括如下质量份数的原料：210-230份磷酸、35-45份十二烷基硫酸钠、15-25份聚乙二醇、15-25份二乙二醇单丁醚、15-23份氢氧化钾、65-75份铬酸、55-65份柠檬酸钠、10-18份有机硅类消泡剂、950-1100份水。

作为优选，酸洗液pH为1-3。

作为优选，碱洗液包括如下质量分数的原料：8-12份氢氧化钠、45-55份磷酸钠、25-33份硅酸钠、950-1100份水。

作为优选，碱洗液pH值为13-14。

作为优选，酸洗和碱洗的温度为40-60℃。

作为优选，挤压成型的压力为18-22MPa，挤压速度为45-55mm/s、保压时间为1-2s。

作为优选，步骤S3缩口成型通过缩口机完成，且缩口机增设有缩口加热管组件，缩口加热管组件包括加热管、温控装置及加热管底座。本发明通过温控装置控制加热管发热，加热管底座与机器设备连接传递信息，实现缩口加热管的工作，不仅利用加热管底座使得缩口机运转时拉伸加热管能精准进行往返的动作，而且温控装置精确得反应加热管的实际温度，实现稳定的加温效果和对缩口所需要的温度进行精确控制。大大提高了铝气瓶拉伸性能以及成品率，而且使用寿命特得到大幅度提升。

在上述的一种铝合金无缝气瓶的制备方法中，步骤S5表面处理为依次采用砂打处理和酸洗。砂打处理除了打磨抛光的作用外，还可以大幅度提高表面喷涂油漆的附着力。

在上述的一种铝合金无缝气瓶的制备方法中，酸洗过程中酸洗液为8-15%的重铬酸钾溶液。用8-15%的重铬酸钾溶液酸洗后不仅清除内外表面附着的杂质，而且能够大幅度提高铝合金无缝气瓶内外表面质量，降低铝合金无缝气瓶的褶皱、臃鼓、堆叠、曲线过渡不圆滑等缺陷。

在上述的一种铝合金无缝气瓶的制备方法中，步骤S5成品铝气瓶瓶口设置有阀门螺纹，上封头和下封头皆为半球结构，瓶体为圆柱筒体，瓶底为H型底或球底。本发明铝合金无缝气瓶为无缝结构，采用压力容器典型结构，瓶口内是阀门螺纹，上封头是半球结构，中间圆柱筒体，下封头是半球结构，底部为H型或球底，瓶体爆破强度在国家标准要求以上，具有重量轻、便携、耐腐蚀性强、瓶体不易出现脆性破裂的优点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过对铝合金成分的优化，并在制备过程中利用润滑剂和合理的时效、固溶处理使得铝合金无缝气瓶拉痕、裂纹、气泡、麻点等缺陷大幅度降低。本发明整体制备方法简单，对铝合金无缝气瓶固溶与时效处理有严格要求，且全程自动化生产，大大提高了生产效率。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1：

S1、配置如下质量百分比的原料：0.65% Si、0.52% Fe、0.30% Cu、0.10% Mn、0.11%Mg、0.30% Cr、0.20% Zn，余量为Al及不可避免的杂质。

S2、先将原料熔铸成短棒，熔炼温度为620℃下，然后进行510℃退火处理100min；

S3、在50℃下对短棒依次进行酸洗和碱洗，然后对短棒喷涂润滑剂硬脂酸锌，对短棒在20MPa压力、50mm/s挤压速度、1s保压时间下进行挤压成型，然后缩口成型得铝瓶半成品。其中酸洗液包括如下质量份数的原料：220份磷酸、40份十二烷基硫酸钠、20份聚乙二醇、20份二乙二醇单丁醚、20份氢氧化钾、70份铬酸、60份柠檬酸钠、15份有机硅类消泡剂、1000份水；碱洗液包括如下质量分数的原料：10份氢氧化钠、50份磷酸钠、30份硅酸钠、1000份水。

S4、将铝合金无缝气瓶半成品在525℃下进行固溶处理，并在该温度下保温120min，然后快速水冷至室温；

S5、对铝合金无缝气瓶半成品在炉温为180℃下进行人工时效处理600min，然后空冷至室温；

S6、对铝合金无缝气瓶半成品依次进行砂打处理和用10%的重铬酸钾进行酸洗得成品气瓶；气瓶瓶口设置有阀门螺纹，上封头和下封头皆为半球结构，瓶体为圆柱筒体，瓶底为H型底。

实施例2：

S1、配置如下质量百分比的原料：0.55% Si、0.5% Fe、0.25% Cu、0.10% Mn、0.8%Mg、0.25% Cr、0.15% Zn，余量为Al及不可避免的杂质。

S2、先将原料熔铸成短棒，熔炼温度为620℃下，然后进行500℃退火处理60min；

S3、在40℃下对短棒依次进行酸洗和碱洗，然后对短棒喷涂润滑剂硬脂酸锌，对短棒在20MPa压力、50mm/s挤压速度、1s保压时间下进行挤压成型，然后缩口成型得铝瓶半成品。其中酸洗液包括如下质量份数的原料：220份磷酸、40份十二烷基硫酸钠、20份聚乙二醇、20份二乙二醇单丁醚、20份氢氧化钾、70份铬酸、60份柠檬酸钠、15份有机硅类消泡剂、1000份水；碱洗液包括如下质量分数的原料：10份氢氧化钠、50份磷酸钠、30份硅酸钠、1000份水。

S4、将铝合金无缝气瓶半成品在525℃下进行固溶处理120min，然后快速水冷至室温；

S5、对铝合金无缝气瓶半成品在炉温180℃下进行时效处理600min，然后空冷至室温；

S6、对铝合金无缝气瓶半成品依次进行砂打处理和用8%的重铬酸钾进行酸洗得成品气瓶；气瓶瓶口设置有阀门螺纹，上封头和下封头皆为半球结构，瓶体为圆柱筒体，瓶底为H型底。

实施例3：

S1、配置如下质量百分比的原料：0.8% Si、0.7% Fe、0.4 %Cu、0.15% Mn、1.2% Mg、0.35% Cr、0.25% Zn，余量为Al及不可避免的杂质。

S2、先将原料熔铸成短棒，熔炼温度为620℃下，然后进行550℃退火处理120min；

S3、在60℃下对短棒依次进行酸洗和碱洗，然后对短棒喷涂润滑剂硬脂酸锌，对短棒在20MPa压力、50mm/s挤压速度、1s保压时间下进行挤压成型，然后缩口成型得铝瓶半成品。其中酸洗液包括如下质量份数的原料：220份磷酸、40份十二烷基硫酸钠、20份聚乙二醇、20份二乙二醇单丁醚、20份氢氧化钾、70份铬酸、60份柠檬酸钠、15份有机硅类消泡剂、1000份水；碱洗液包括如下质量分数的原料：10份氢氧化钠、50份磷酸钠、30份硅酸钠、1000份水。

S4、将铝合金无缝气瓶半成品在炉温525℃下进行固溶处理保温120min，然后快速水冷至室温；

S5、对铝合金无缝气瓶半成品在炉温180℃下进行人工时效处理，保温600min，然后空冷至室温；

S6、对铝合金无缝气瓶半成品依次进行砂打处理和用15%的重铬酸钾进行酸洗得成品气瓶；气瓶瓶口设置有阀门螺纹，上封头和下封头皆为半球结构，瓶体为圆柱筒体，瓶底为球底。

实施例4：

与实施例1的区别，仅在于，步骤S4固溶温度为510℃。

实施例5：

与实施例1的区别，仅在于，步骤S4固溶温度为545℃。

实施例6：

与实施例1的区别，仅在于，步骤S5时效温度为160℃。

实施例7：

与实施例1的区别，仅在于，步骤S5时效温度为200℃。

实施例8：

与实施例1的区别，仅在于，铝合金原料包括如下质量百分比的原料：0.3%Si、0.01%Fe、0.10Cu、0.20%Mn、0.5%Mg、0.01%Cr、0.05%Zn，余量为Al及不可避免的杂质。

实施例9：

与实施例1的区别，仅在于，铝合金原料包括如下质量百分比的原料：1.0% Si、0.85%Fe、0.60%Cu、0.3%Mn、1.5%Mg、0.5%Cr、0.6%Zn，余量为Al及不可避免的杂质。

实施例10：

与实施例1的区别，仅在于，未进行步骤S6砂打处理和酸洗。

实施例11：

与实施例1的区别，仅在于，未进行步骤S2退火处理。

对比例1：

与实施例1的区别，仅在于，未进行步骤S4固溶处理。

对比例2：

与实施例1的区别，仅在于，未进行步骤S5时效处理。

对比例3：

与实施例1的区别，仅在于，步骤S3为未对短棒喷涂润滑剂。

表1：实施例1-11、对比例1-2制备的铝合金无缝气瓶物理性能检测结果

综上所述，本发明通过对铝合金成分的优化，并在制备过程中利用润滑剂和合理的挤压参数使得铝合金无缝气瓶拉痕、裂纹、气泡、麻点等缺陷大幅度降低；本发明通过砂打处理和酸洗的表面处理最大程度降低了产品的褶皱、臃鼓、堆叠、曲线过渡不圆滑等缺陷。本发明整体制备方法简单，对铝合金无缝气瓶固溶与时效处理有严格要求，且全程自动化生产，大大提高了生产效率。

本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例（即一种可行性方案），而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种铝合金无缝气瓶的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在铝合金短棒表面喷涂润滑剂，然后依次进行挤压成型、缩口成型得铝合金无缝气瓶半成品；将铝合金无缝气瓶半成品先进行固溶处理，然后水冷至室温；再进行时效处理，然后空冷至室温；最后表面处理得成品铝合金无缝气瓶。

2.根据权利要求1所述的铝合金无缝气瓶的制备方法，其特征在于，在铝合金短棒表面喷涂润滑剂前先进行退火处理。

3.根据权利要求2所述的铝合金无缝气瓶的制备方法，其特征在于，退火温度为500-550℃，时间为60-120min。

4.根据权利要求1所述的铝合金无缝气瓶的制备方法，其特征在于，固溶温度为525-530℃，时间为110-130min。

5.根据权利要求1所述的铝合金无缝气瓶的制备方法，其特征在于，时效温度为170-180℃，时间为520-650min。

6.根据权利要求1所述的铝合金无缝气瓶的制备方法，其特征在于，铝合金短棒的原料的成分及其质量百分比如下：0.55-0.8% Si、0.5-0.7% Fe、0.25-0.40 %Cu、0.10-0.15%Mn、0.8-1.2% Mg、0.25-0.35% Cr、0.15-0.25% Zn，余量为Al及不可避免的杂质。

7.根据权利要求1所述的铝合金无缝气瓶的制备方法，其特征在于，表面处理为依次采用砂打处理和酸洗。

8.根据权利要求7所述的铝合金无缝气瓶的制备方法，其特征在于，酸洗过程中酸洗液为8-15%的重铬酸钾溶液。