本发明涉及一种纯钛扁形双层真空器皿结构及其制备方法。
背景技术：
近几年的研究表明，铝可以扰乱人体的代谢作用，对人体健康造成缓慢的、长期的危害。同时因铝的导热率大，夏天带开水时，铝质水壶容易引起烫伤；在寒冷冬季的水会被冻在壶中，为了在野外特殊环境下的生存需求，急需一种轻便的、保温的、健康的、便于携带的水壶。而就保温器皿来说，真空保温技术是目前最好的保温手段，市场上不锈钢真空保温杯、壶容量较小，且多以圆形为主，不便于携带，不适用于野外生存使用。此外圆形结构的保温器皿工艺上通常采用对焊方式，这种焊接方式在异型保温器皿上较难实施。而对于异型保温器皿，在内外胆的夹层内形成高真空后，内外表面会形成巨大压力而产生变形接触而达不到保温效果。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种纯钛扁形双层真空器皿结构及其制备方法，本发明解决了异型器皿不易焊接的问题，同时避免了因真空吸瘪产生形变导致器皿不保温的问题；本发明工艺简单，不仅容易焊接，而且有利于提高纯钛材料的刚性及强度。
本发明提供的一种纯钛扁形双层真空器皿结构，其包括钛内胆和钛外胆，所述钛内胆套设于所述钛外胆内，所述钛内胆和所述钛外胆之间为真空结构，其特征在于：所述器皿结构的形状为横截面为椭圆形和/或腰子形的柱状体。
本发明中，所述钛内胆和钛外胆采用纯钛制备。
本发明所述钛扁形双层真空器皿中，所述开口还设有与之相匹配的塞子，所述开口与所述塞子和盖子之间均设有相匹配的螺纹，以便于紧密旋合；所述开口与塞子和盖子之间均设有垫圈，以便于紧密旋合，使所述钛扁形双层真空器皿密封。
本发明中，所述钛内胆和所述钛外胆的形状与所述器皿结构的形状相匹配，其形状为横截面椭圆形和/或腰子形的柱状体。
上述的器皿结构中，所述钛外胆包括侧壁和底部；所述底部的边缘采用凸起设置，所述凸起支撑所述侧壁的底部内侧，所述凸起的边缘与所述侧壁的底部端面焊接，这种结构的配合又称为“内撑+搭边”的方式，这种设置方式以防止真空吸瘪的问题；二者具体可采用氩弧焊和/或激光焊接。
上述的器皿结构中，所述钛内胆的形状设置与所述外胆的形状设置相同，即所述钛内胆包括侧壁和底部；所述底部的边缘采用凸起设置，所述凸起支撑所述侧壁的底部内侧，所述凸起的边缘与所述侧壁的底部端面焊接，这种结构的配合又称为“内撑+搭边”的方式，这种设置方式以防止真空吸瘪的问题；二者具体可采用氩弧焊和/或激光焊接。
上述的器皿结构中，所述钛外胆和/或所述钛内胆的底部内侧与所述凸起为过盈配合。
上述的器皿结构中，所述钛外胆的侧壁的外壁上设有五角星和横条筋，且所述五角星和横条筋均呈凸起状；所述钛外胆的侧壁的内壁上设有横条筋；所述五角星和所述横条筋对所述钛外胆的侧壁起到加强的作用，以防止真空吸瘪的问题；
所述钛内胆的侧壁的内壁上设有呈梯田形、波浪形和沟槽形的台阶中的至少一种，且所述台阶呈内凹状；所述梯田形的台阶或波浪形的台阶或沟槽形的台阶对所述钛内胆的侧壁起到加强的作用，以防止产生真空吸瘪的问题。
上述的器皿结构中，所述五角星和所述横条筋的凸起的高度可为0.5～5mm；
所述台阶的内凹深度均可为0.5～5mm。
本发明中，所述纯钛扁形双真空器皿结构可以作为保温杯、瓶、壶；还可以作为保温的菜盒、饭盒，其配置相应的饭盒焊接件和菜盒拉伸件；其饭盒焊接件的形状设置与所述外胆的形状设置相同，所述饭盒的侧壁和底部也采用“内撑+搭边”的方式焊接；当为饭盒时，为方便携带其上设有吊绳。
本发明上述的器皿结构中，所述钛内胆和所述钛外胆的上壁接口处的结合部采用激光焊接和/或氩弧焊接，
所述钛外胆底部呈一定深度的圆形凹陷，在所述圆形凹陷处设置一个抽真空孔；所述抽真空孔采用高温焊料填充；所述圆形凹陷采用与之相匹配的不锈钢片吻压焊接，同时抽真空；
于所述圆形凹陷上的抽真空孔处所述不锈钢片上设有开孔；
所述圆形凹陷与所述不锈钢片之间采用所述高温焊料焊接；
所述不锈钢片焊接于所述圆形凹陷后形成的圆形凹陷部位采用低温焊料填充，然后实施低温焊接且同时抽真空。
本发明上述的器皿结构中，所述不锈钢片外面覆盖一个装饰片，具体可为不锈钢装饰片或其他本领域常用材料的装饰片；
所述高温焊料为膏状钛基焊料；
所述圆形凹陷的深度可为0.5～3mm。
本发明还提供了上述的纯钛扁形双真空器皿的制备方法，包括如下步骤：
(1)将毛坯料纯钛液压成型分别得到所述钛内胆的侧壁、底部和所述钛内胆的侧壁、底部；
(2)将所述钛内胆的底部压装于所述钛内胆的侧壁内，使所述钛内胆的底部凸起边缘与所述钛内胆的侧壁的底部端面贴平，然后对二者结合部采用激光焊接和/或氩弧焊接，即得到所述钛内胆；
(3)将所述钛内胆套设于所述钛外胆的侧壁内，采用激光焊接和/或氩弧焊接二者开口处的结合部，然后将所述钛外胆的底部压装于所述钛外胆的侧壁内，使所述钛外胆的底部的凸起边缘与所述钛外胆的侧壁的底部端面贴平，接着对底部焊缝采用激光焊接和/或氩弧焊接，然后抽真空，即得到所述纯钛扁形双层真空器皿。
上述的制备方法中，步骤(1)中还包括在所述钛外胆的侧壁的外壁上加工所述五角星和所述横条筋，所述钛外胆的侧壁的内壁上加工所述横条筋，以及所述钛内胆的侧壁的外壁上加工所述台阶，用以克服所述器皿结构因真空负压吸瘪的问题。
上述的制备方法中，步骤(1)之后还包括如下步骤：
1)激光切割，保证所述钛外胆、所述钛内胆修边齐整和尺寸；
2)旋压成型，保证所述钛外胆、所述钛内胆在开口处的形状和尺寸；
3)超声波清洗，保证所述钛外胆、所述钛内胆、饭盒和菜盒清洁度。
本发明中，对所述饭盒a和所述菜盒激光切割，保证其修边齐整和尺寸；
对所述饭盒a和所述菜盒超声波清洗，保证其清洁度。
上述的制备方法中，步骤(2)和步骤(3)中还包括氦质谱检漏的步骤；
步骤(3)之后还包括红外测温、静电喷涂的步骤。
本发明所述纯钛扁形双真空器皿结构应用于制备饭盒和水壶中。
本发明具有以下优点：
1、本发明纯钛的扁形双层真空器皿，结构符合人机工程，方便携带。
2、本发明外胆、内胆及饭盒采用内撑+搭边焊接结构，工艺简单，不仅容易焊接，而且有利于提高纯钛材料的刚性及强度。
3、五角星、横条筋、梯田形台阶或波浪形台阶或沟槽形台阶的加强结构，避免了额外增加加强片的方式，即防止了产生真空吸瘪的问题，又减轻了器皿的质量。
附图说明
图1为本发明纯钛扁形双真空器皿的结构示意图。
图2为图1中钛外胆的侧壁上设置五角星和横条筋及其钛内胆的侧壁上设置台阶，图2(a)为钛内胆的侧壁的外壁上设置的梯田形的台阶；图2(b)为钛内胆的侧壁的外壁上设置的波浪形的台阶；图2(c)为钛内胆的侧壁的外壁上设置的沟槽形的台阶。
图2中各个标记如下：
8横条筋；9五角星；101梯田形的台阶；102波浪形的台阶；103沟槽形的台阶。
图3为本发明纯钛扁形双真空器皿包括吊绳的示意图。
图1、3中各标记如下：
1钛外胆；2钛内胆；3饭盒；4菜盒；5吊绳。
图4为本发明钛外胆的“内撑+搭边”结构示意图。
图4中标记如下：
6侧壁；7底部。
图5为本发明纯钛扁形双真空器皿承压试验示意图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下面结合附图对本发明进行进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例1、
如图1所示，为本发明纯钛扁形双真空器皿，其包括钛外胆1和钛内胆2，钛内胆2套设于钛外胆1内，钛内胆2和钛外胆1之间为真空结构；所述器皿结构的形体为横截面为椭圆形和/或腰子形的柱状体，并作真空处理。
进一步地，如图4所示，钛外胆1包括侧壁6和底部7；底部7的边缘采用凸起设置，凸起支撑侧壁6的底部内侧，凸起的边缘与侧壁6的底部端面焊接，这种结构的配合又称为“内撑+搭边”的方式，这种设置方式以防止真空吸瘪的问题；二者具体可采用氩弧焊和/或激光焊接。
进一步地，钛内胆2的形状设置与所述外胆的形状设置相同，底部也为焊接结构，采用“内撑+搭边”组合形式。钛外胆1和钛内胆2的底部内侧与凸起均为过盈配合
进一步地，如图2所示，钛外胆1的侧壁的外壁上设有五角星9和横条筋8，且五角星9和横条筋8均呈凸起状，五角星9和横条筋8的凸起的高度可为0.5～5mm；钛外胆1的侧壁的内壁上设有横条筋8；五角星9和横条筋8对钛外胆的侧壁起到加强的作用，以防止真空吸瘪的问题；钛内胆2的侧壁的内壁上设有呈梯田形的台阶101、波浪形的台阶102或沟槽形的台阶103，且台阶呈内凹状，台阶的内凹深度均可为0.5～5mm；梯田形的台阶101、波浪形的台阶102或沟槽形的台阶103对钛内胆2的侧壁起到加强的作用，以防止产生真空吸瘪的问题。
进一步地，如图3所示，本发明纯钛扁形双真空器皿为饭盒时，菜盒4可作为饭盒3的盖使用，饭盒3上设有吊绳5。
进一步地，钛内胆2和钛外胆1的上壁接口处的结合部采用激光焊接和/或氩弧焊接，钛外胆1底部呈1mm深度的圆形凹陷，在圆形凹陷处设置一个抽真空孔；抽真空孔采用高温焊料填充；圆形凹陷采用与之相匹配的不锈钢片吻压焊接，同时抽真空；于圆形凹陷上的抽真空孔处不锈钢片上设有开孔；圆形凹陷与不锈钢片之间采用高温焊料焊接；不锈钢片焊接于圆形凹陷后形成的圆形凹陷部位采用低温焊料填充，然后实施低温焊接且同时抽真空。不锈钢片外面覆盖一个不锈钢装饰片；高温焊料具体为膏状钛基焊料。
实施例2、纯钛扁形双真空器皿的制备
本发明纯钛扁形双真空器皿的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将毛坯料纯钛液压成型得到钛内胆的侧壁、底部和钛外胆的侧壁、底部；然后激光切割，保证钛外胆的侧壁和底部与钛内胆的侧壁和底部修边齐整和尺寸；旋压成型，保证钛外胆的侧壁和底部、钛内胆的侧壁和底部、在开口处的形状和尺寸；超声波清洗，保证钛外胆的侧壁和底部、钛内胆的侧壁和底部清洁度；
在钛外胆的侧壁的外壁上加工有五角星和横条筋，内壁也加工有横条筋，五角星和横条筋均呈凸起状，高度为0.5～5mm；钛内胆的侧壁的内壁上加工有梯田形的台阶、波浪形的台阶、沟槽形的台阶，内凹深度为0.5～5mm；
(2)将钛内胆的底部压装于钛内胆的底部内，使钛内胆的底部凸缘与钛内胆的侧壁的底部端面贴平，然后对二者结合部采用激光焊接和/或氩弧焊接，即得到纯钛内胆；
(3)将钛内胆套设于钛外胆的底部内，采用激光焊接和/或氩弧焊接二者开口处的结合部，然后将钛外胆的底部压装于钛外胆的底部内，使钛外胆的底部凸缘与钛外胆的侧壁的底部端面贴平，接着对底部焊缝采用激光焊接和/或氩弧焊接，最后抽真空，得到纯钛扁形双真空器皿结构。
(4)将器皿本体红外测温、静电喷涂，即得到纯钛扁形双真空器皿结构(又可称为纯钛扁形双真空水壶)。
实施例3、纯钛扁形双真空器皿结构的性能测定
对按照本发明实施例2中制备得到的纯钛扁形双真空器皿结构(纯钛扁形双真空水壶)进行如下性能测定：
1、保温性能检验
按gb/t29606-20136.8规定，壶体敞口在环境温度20℃±5℃下，放置30min以上，装入沸水(100℃)至密封筋下端，在壶体内水温实测温度达到95℃±1℃时，立即旋紧壶塞和壶盖，置入温度为-30℃±2℃的试验箱中，经12h后测定壶内水温。水温分别不低于45℃、40℃。
本发明按照上述方法测定，结果符合标准。
2、密封性能试验
密封性能：按照gb/t2606-20135.12的要求，水壶无漏水。
按gb/t2606-20135.12规定测试，在本发明水壶内装入50％容量的90℃以上的热水，经密封后，口部向上，以1次/s的频率、500mm的幅度，上下挥动10次，检测本发明水壶无漏水。
3、涂层附着力试验
按gb/t2606-20135.13规定测试，用切割刀具(如图3所示)以30°的角度，在试样的涂层面上划深度见底的100个(10×10)1mm2的棋盘格子，并且在上面粘上宽25mm、附着力(10±1)n/25mm的压敏胶粘带，然后以与表面成直角的方向用力揭下胶带，涂层保留98个以上的棋盘格数。
4、环境适应性能
将壶盖、壶塞组件、连接圈等试样用中性洗涤剂洗净，放入试验箱中，冷冻至－41℃开始计时，30min后取出试样至常温，然后再将试样放入装有清水的烧杯中，放到炉具上加热至水温70℃并保温计时，30min后停止加热，取出试样至常温，塑胶件无龟裂、起泡脱落。
5、承压性能
如图5所示，本发明壶体能承受压力试验机不小于80kg均匀载荷压力，检查无明显变形。
6、跌落性能
将本发明水壶装满水后，拧紧壶塞和外盖，壶盖朝下，自1.5m高度垂直自由跌落至水泥地面，每个试样重复跌落3次，检查是否破裂及密封性。结果测得本发明水壶无破裂，密封性好。
7、抗老化性性能
将本发明水壶置于高温高湿试验箱中(温度：43℃±2℃、相对湿度：95％±2％)，时间为120h，检查壶盖、壶塞、连接圈等部件完好，壶体外涂层无起泡脱落。结果测定本发明合格。