CN115852180B - 一种镁合金水杯制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁合金水杯制作方法，其包括如下步骤：1)熔炼，在熔炼炉内将镁合金材料熔化，升温至650～690℃后保温，熔炼过程中，向镁合金熔体表面吹二氧化碳CO2和氩气Ar组成的混合气，氩气Ar的体积分数不低于30％，且，该混合气中还含有硫磺粉，其含量为2～20g/m3；2)铸造，通过浇注泵，将镁合金液输送到压铸机的熔杯内，压铸出镁合金水杯，模具温度为180～280℃，增压比压不低于60MPa；3)喷砂处理，采用湿喷砂工艺，选择直径不大于1.5mm的砂和水混合成砂浆，在0.1～0.15MPa压缩空气作用下，将砂浆喷向镁合金水杯表面。本发明方法生产过程无有毒害的气体、水、粉尘等污染物产生，具有低成本、轻量化(壁厚薄)、致密(不渗水)和美观的特点。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金材料应用技术领域，特别涉及一种镁合金水杯制作方法。
背景技术
镁是人体健康必需的重要元素。镁能激活人体内300多种酶反应，其中包含脂肪、蛋白质和葡萄糖的新陈代谢，肌肉和酶转移以及能量生产。镁还能抑制神经异常兴奋性，维持核酸结构的稳定性。常见的脑血管病、高血压病、糖尿病都与人体严重缺镁相关。此外，缺镁还会引起蛋白质合成系统的停滞，荷尔蒙分泌的减退，消化器官机能异常，脑神经系统障碍等等。人体对镁的每日需要量大约300-700毫克。饮用水是人体中镁的主要来源，约60％镁由含镁离子的饮用水提供，剩下的镁来自于食物，以绿色蔬菜含镁量最高。根据美国国家科学院的资料显示，引用水中镁和钙含量较少的人容易更容易患心血管疾病。国际镁研究发展协会主席让·杜拉赫医生同样发现，在饮用水中含镁的地区，心脏病发病率也比较低。目前，德国、瑞典、法国、捷克、智利、新加坡等国科学家也都指出“饮用水中镁元素含量和心血管疾病发病率显著相关”。然而，美国农业科研服务部的研究结果表明“75％的人无法摄取足够的镁元素”。俄罗斯专家称“在习惯饮水机的同时，大多数人也就拒绝了对镁元素的摄取”。赵德雷在《海上瓶装饮用水中钙镁含量调查及卫士学探讨》中，选取某知名瓶装水品牌(天然矿泉水)作为研究对象，结果表明瓶装水中镁元素含量偏低。
在水中，镁析出同时还产生氢气H2，富含氢气的水即富氢水，又称水素水(直接使用日语原名)。由于分子氢具有极强穿透力，进入人体能够有效清除羟基，也就是氢氧基。分子氢对人体自由基有良好的选择性，能够祛除不利于人体的毒性自由基，保留有益的自由基。因此，富氢水能够起到促进人体新陈代谢，改善高血压病和糖尿病，降低血尿酸值从而缓解痛风及其它骨关节疾病，抑制记忆力减退，阻止癌细胞分裂，减少炎症损伤和加速炎症修复的作用。
在人们日常饮水过程中，若采用镁合金材质容器盛水，析出的微量镁可以达到补充镁元素作用，析出的氢可以祛除人体内毒性自由基。在空气中的，镁合金表面会形成腐蚀产物，主要是氢氧化镁Mg(OH)2和碳酸镁MgCO3。其中，氢氧化镁广泛应用于医药上制作抗酸药、缓泻剂，保护溃疡面；碳酸镁是一种常见的医药中间体，和食品中的作添加剂、镁元素补偿剂。因此，采用镁合金水杯，产生的镁、氢分子、氢氧化镁和碳酸镁都是对身体有益的。
如中国专利申请号201210302147.7公开了“便于为人体所吸收的营养元素镁的便捷获得方法”，其文中提及若每天饮用600ml镁合水杯盛装的碳酸饮料，即可提供人体所需的每日补镁量(大约100ml)。可见，镁合金材质水杯是名副其实保健杯。同时，镁合金还是常用的“轻量化”材料，其密度大约为铝的2/3，钢的1/4，镁合金材质的水杯还具有轻量化效果。
但是，市场上很少有镁合金材质水杯。当前，金属水杯主要是通过塑性变形方式获得。形状简单的筒形且深度不大的水杯，可以通过金属板冲压方式获得；常见的不锈钢真空保温杯，是通过对金属圆管施加胀形、滚角、平口、缩底等塑性变形处理获得保温杯的外壳和内壳，然后通过焊接的方式将外壳和内壳装配起来。
中国专利申请号201810357993.6公开了“一种制备镁合金保健杯的模具套件及保健杯的制备工艺”，其采用塑性变形中的反挤压工艺生产镁合金水杯。但是，镁合金的塑性变形能力差，常见的用于生产金属水杯的原料，即金属板和金属圆管，很难获得，导致通过塑性变形方法制备的镁合金水杯的生产成本高昂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁合金水杯制作方法，该镁合金水杯生产过程无有毒害的气体、水、粉尘等污染物产生，且，其具有保健功能，低成本、轻量化(壁厚薄)、致密(不渗水)和美观的特点。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种镁合金水杯制作方法，其包括如下步骤：
1)熔炼
在熔炼炉内将镁合金材料熔化，升温至650～690℃后保温，熔炼过程中，向镁合金熔体表面吹二氧化碳CO2和氩气Ar组成的混合气，氩气Ar的体积分数不低于30％，且，该混合气中还含有硫磺粉，硫磺粉的含量为2～20g/m3；
2)铸造
通过定量浇注泵，将镁合金液输送到压铸机的熔杯内，压铸出镁合金水杯，模具温度为180～280℃，增压比压不低于60MPa；压铸结束去除压铸镁合金水杯上的浇口、集渣包和飞边；
3)喷砂处理
采用湿喷砂工艺对镁合金水杯进行喷砂处理，选择直径不大于1.5mm的砂和水混合成砂浆，在0.1～0.15MPa压缩空气作用下，将砂浆喷向镁合金水杯表面；其中，砂和水的重量比为1：20-1：10；砂为石英砂、刚玉砂、镁砂中任意一种。
优选的，步骤3)喷砂处理中，砂和水的重量比为1：15。
优选的，所述砂的直径不大于0.5mm。
在本发明所述的镁合金水杯制作方法中：
熔炼过程中，为防止镁合金熔体氧化和燃烧，向镁合金熔体表面吹二氧化碳CO2和氩气Ar组成的混合气，混合气中还含有少量的硫磺粉。在上述气氛中，氩气Ar的作用是将硫磺粉与空气隔离，防止硫磺粉与空气中的氧气反应生成有毒气体二氧化硫SO2；二氧化碳CO2的作用，一方面将硫磺粉与空气隔离，另一方面与镁液反应产生氧化镁MgO和Mg2C保护膜；硫磺粉与镁液反应生成致密的MgS保护膜。在上述保护气氛作用下，镁合金熔体表面形成的由氧化镁MgO、Mg2C和MgS组成的致密保护膜，防止镁合金熔体氧化和燃烧。与传统的含SF6气体的保护气相比，由于SF6具有很高的温室效应(是二氧化碳CO2的23900倍，在大气中能纯在3200年)，而本发明的保护气氛中无有毒有害气体，因而更环保。
由于镁合金表面的大气腐蚀产物，即氢氧化镁和碳酸镁，是对人体有益的物质，因此镁合金水杯表面不做基于增强防腐能力的表面处理。
传统水杯制作方法即塑性变形方法，存在原材料镁合金板和镁金管难获得、难变形和难焊接的缺点，因此很难大规模工业化生产，无法向市场提供高性价比的镁合金水杯。镁合金的铸造性能优良，镁合金水杯更适合用铸造方法获得。镁合金的铸造方法很多，包括砂型铸造、低压铸造、熔模铸造和高压铸造等，但是基于镁合金水杯形状简单和壁厚较薄的特点，本发明选择高压压铸方式生产镁合金水杯，高压铸造特别适合镁合金薄壁件的铸造成型，也具有低成本高效率的生产优势。
在本发明所述铸造过程中，采用定量浇注泵，将650-690℃镁合金液输送到压铸机的熔杯内，采用压铸工艺压铸镁合金水杯，可以获得致密(不渗水)的镁合金压铸水杯，镁合金水杯的平均壁厚为1～6mm。
本发明对压铸获得的镁合金水杯进行喷砂处理，喷砂处理采用湿喷砂工艺。通过湿喷砂工艺，可以有效去除镁合金水杯铸件表面的毛刺和油污。
传统的干喷砂或抛丸处理，由于干喷砂或抛丸处理有引燃镁屑的风险，湿喷砂工艺则类似没有安全隐患。
传统湿喷砂工艺砂水重量大于1：10，主要目的是去除镁合金铸件表面氧化膜，为后续的表面处理提供高活性的(镁金属表面)基底，但是含砂量较高的砂浆有损坏镁合金铸件表面质量的风险。降低砂浆中砂的比重，有利于减轻水喷砂工艺对镁合金表面的损害。由于镁合金压铸水杯喷砂的主要目的是去除铸件表面的毛刺和油污。与氧化膜相比，铸件表面的毛刺和油污更容易清除，因此本发明选择含砂量较低的砂浆，从而避免水喷砂工艺对镁合金水杯表面的破坏。
本发明的有益效果：
基于镁合金水杯天然的保健功能，和易铸造难变形的加工特性，提出一种镁合金水杯制作方法。镁合金的铸造方包括砂型铸造、低压铸造、高压铸造和熔模铸造等，基于镁合金水杯具有形状简单和壁厚较薄的结构特点，本发明提出采用高压铸造方式生产镁合金水杯。在镁合金熔体保护过程中，为兼顾环境保护和镁合金熔体防护的效果，本发明提出采用“向镁合金熔体表面吹二氧化碳和氩气组成的混合气，保护气中含有少量的硫磺粉”的方法。为清除镁合金水杯表面油污和毛刺，但是又不损伤镁合金表面，本发明选择采用含砂量较低的砂浆的湿喷砂工艺。
本发明的镁合金水杯制造工艺，可以大批量生产出廉价的镁合金水杯，其制造成本(含原材料费用)为镁合金原材料价格的1.2～1.5倍。
在本发明的镁合金水杯制造工艺过程中，无有毒害的气体、水、渣及粉尘出现，属于绿色环保的制造工艺。在人们日常工作和生活中，尤其是对于长期在海上生活和工作的以饮用桶装水为主的，饮用本发明制备的镁合金水杯盛装的水，即可以补充体内必需的镁元素，也可以获得能够清除人体内有害羟基的氢分子。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明实施例的工艺参数参见表1。
实施例1
一种AZ91D材质镁合金水杯制作方法，其包括如下步骤：
1)熔炼
在熔炼炉内将AZ91D镁合金材料熔化，升温至660℃后保温，熔炼过程中，向镁合金熔体表面吹二氧化碳CO2和氩气Ar组成的混合气，氩气Ar的体积分数30％，且，该混合气中还含有硫磺粉，硫磺粉的含量为10g/m3；
2)铸造
通过定量浇注泵，将镁合金液输送到压铸机的熔杯内，压铸出镁合金水杯，模具温度为200℃，以0.1-3m/s速度将熔杯内AZ91D液压射到模具型腔，在70MPa增压比压条件下凝固；压铸结束去除压铸镁合金水杯上的浇口、集渣包和飞边；
3)喷砂处理
采用湿喷砂工艺对镁合金水杯进行喷砂处理，选择直径不大于1.5mm的砂和水混合成砂浆，在0.1～0.15MPa压缩空气作用下，将砂浆喷向镁合金水杯表面；其中，砂和水的重量比为1：15；砂为石英砂。
优选的，步骤3)喷砂处理中，砂和水的重量比为1：15。
优选的，所述砂的直径不大于0.5mm。
表1
Claims (4)
1.一种镁合金水杯制作方法，其特征是，包括如下步骤：
1)熔炼
在熔炼炉内将镁合金材料熔化，升温至650～690℃后保温，熔炼过程中，向镁合金熔体表面吹二氧化碳CO2和氩气Ar组成的混合气，氩气Ar的体积分数不低于30％，且，该混合气中还含有硫磺粉，硫磺粉的含量为2～20g/m3；
2)铸造
通过定量浇注泵，将镁合金液输送到压铸机的熔杯内，压铸出镁合金水杯，模具温度为180～280℃，增压比压不低于60MPa；压铸结束去除压铸镁合金水杯上的浇口、集渣包和飞边；
3)喷砂处理
采用湿喷砂工艺对镁合金水杯进行喷砂处理，选择直径不大于1.5mm的砂和水混合成砂浆，在0.1～0.15MPa压缩空气作用下，将砂浆喷向镁合金水杯表面；其中，砂和水的重量比为1：20-1：10；砂为石英砂、刚玉砂、镁砂中任意一种。
2.如权利要求1所述的镁合金水杯制作方法，其特征是，步骤3)喷砂处理中，砂和水的重量比为1：15。
3.如权利要求1或2所述的镁合金水杯制作方法，其特征是，所述砂的直径不大于0.5mm。
4.如权利要求1所述的镁合金水杯制作方法，其特征是，所述镁合金水杯的平均壁厚为1～6mm。
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