CN101518410B - 一种不锈铸铁炊具的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不锈铸铁炊具的制作方法，属于日常用品的制作技术领域。它解决了现有铸铁炊具成本较高、硬度较低、耐磨性和耐腐蚀性较差、使用寿命较短等问题。本不锈铸铁炊具的制作方法包括以下步骤：A、成型；B、氮化不锈处理；C、涂油处理。本发明具有防锈能力好、使用安全性高、补铁效果好、硬度和耐磨性能好、使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种炊具的制作方法；尤其涉及一种具有较高防锈能力的铸铁炊具的制作方法；该方法同样适合于用普通冷扎铁板拉升或旋压成型的铁制炊具；属于日常用品的制作技术领域。
背景技术
炊具与人的生活息息相关，炊具与人的生活息息相关，现有的炊具主要由铸铁、不锈钢、铜、搪瓷等材料制作而成。采用不锈钢制成的炊具美观大方，轻便耐用，耐腐蚀不生锈。但是，不锈钢炊具是由铁铬合金渗入镍、钼、钛、镉、锰等微量元素制成，这些微量金属对人体有害；采用铜制成的炊具外表华丽，传热快，溶出的少量铜元素，对人体有利；但在生锈后可生“铜绿”和蓝矾，可使人恶心，呕吐甚至中毒，而且铜炊具笨重成本较高。搪瓷制作的炊具中含有有害金属铅和镉也不宜大规模的使用和推广。
为了人体健康，人们采用了各种方法来制作炊具如中国专利申请(申请号：20041002731.8)涉及石锅及石锅加工食物的方法；该石锅用石材一次成形制成锅体，形状各异，并用该锅体加工各种汤(火锅)，鸡、鸭、鱼、牛肉等等锅或煲。用该锅制作出的食品有以下特点：煲汤肉制品能达到鲜、滑、嫩，汤鲜味美，营养成份不易破坏。蒸煮蔬菜能保持原有蔬菜色泽。用该锅加工食物能产生许多人体所需的微量元素，有利于身体健康，但是采用石材制作成石锅比较笨重；而且导热性能较差；不宜大规模的使用和推广。
采用铸铁制成的炊具，其化学性质稳定，不易引起化学反应，而且再使用过程中溶解出来的少量铁元素，可被人体吸收利用。但是按原来常规的处理方法处理的铸铁炊具很容易生锈，且铁锈对人体是有害的。现有技术采用金属涂层(如电镀、喷涂、涂铸和真空镀等)和非金属涂层(无机涂层和有机涂层)来防止铸铁锅生锈，但是金属涂层和非金属涂层不仅会阻碍铁元素的溶解，不能被人体摄入和吸收，而且这些微量金属或非金属元素对人体健康会产生任何危害作用，此外采用金属涂层和非金属涂层防止铸铁炊具生锈成本较高，铸铁炊具的硬度较低，耐磨性和耐腐蚀性较差，使用寿命较短。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷；提出一种硬度高、耐磨性好的不锈铸铁炊具的制作方法。
本发明的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的：一种不锈铸铁炊具的制作方法，该方法包括以下步骤：
A、成型：以铸铁或冷轧铁板为原料，按照炊具的形状铸造成型或拉伸成型或旋压成型为炊具半成品，然后通过砂磨，炊具口部磨圆后钻孔；
B、氮化不锈处理：将上述钻孔后的炊具半成品放入真空氮化炉中，抽出真空氮化炉中体积分数为80～95％的空气，加温条件下通入氨气，然后在温度为500℃～800℃的条件下进行氮化不锈处理3～8小时，停止通入氨气并降温，然后向真空氮化炉中通入氮气或惰性气体，降温至150℃时停止通入氮气或惰性气体，取出炊具半成品；
C、涂油处理：将上述氮化不锈处理的炊具半成品表面涂油后，安装其它零部件后即得不锈铸铁炊具成品。
本发明以铸铁或普通的冷轧铁板作为材料，通过普通的铸造成型或拉伸成型或旋压成型工艺，按照炊具的形状加工成炊具半成品，然后采用砂光设备通过磨砂把炊具半成品表面的氧化皮和锈斑磨掉，露出光亮的铸铁表面，并用磨口设备把炊具口部磨成圆润角，边口部钻出可以安装手柄的孔。
然后上述钻孔后的炊具半成品放入到具有密封性能的真空气体氮化炉(渗氮炉)，抽出里面大部分的空气，然后在设备里面通入一定流量的NH3气体，边通入气体边加温，加温到一定的温度，继续通一定流量的NH3，使NH3在高温度下分解成H2和N，活泼的N在高温条件下和铁元素以及铸造生铁材料中的各种元素反应，生成主要成分为FeXNY的化合物层。其中氮化不锈处理的反应过程中化学方程为：
NH3→〔N〕Fe+2/3H2
没有参加反应的H元素结合成H2，通过排气口排出，还可以和空气的中的O2燃烧成水，其反应过程中化学方程为：
2H2+O2→2H2O
在上述的不锈铸铁炊具的制作方法，步骤A中所述的铸铁的化学成分含量为：
C：3％～4％；Si：1.5％～2.5％；Mn：0.5～0.8％；P：0.3％以下；S：0.1％以下；其余为Fe。采用上述铸铁为22号或标号更高的铸铁，这类铸铁熔点高、载热量大，不易变形，在使用过程中能够补充人体所需的一定铁质。
在上述的不锈铸铁炊具的制作方法，步骤A中所述的铸铁铸造成型的具体步骤为：以铸铁为原料，经过熔炼后按照炊具的形状铸造成炊具半成品，冷却后通过砂磨，炊具口部磨圆后钻孔；其中所述的铸铁熔炼时的温度为800～900℃。在铸造的时候熔炼的温度在800～900℃比较适合，采用普通泥模或钢模铸造，最好是带压力钢模铸造最好，这样铸造出来的炊具半成品次孔较少，产品的密度更大。
在上述的不锈铸铁炊具的制作方法，步骤B中每百只炊具半成品向真空氮化炉中通入氨气的流量为1～3立方米/小时，作为优选，所述的氮化不锈处理的温度为500～700℃，氮化不锈处理的时间为3～6小时。最佳优选，所述的氮化不锈处理的温度为600～700℃，氮化不锈处理的时间为3～4小时。本发明利用NH3对炊具表面进行气体氮化处理，用NH3气分解为原子状态的N与H进行渗氮处理，使铸铁表面产生具有高硬度、耐磨、耐腐蚀的氮化层。该氮化层的厚度约为0.02～0.8mm，其硬度(Hv)可以达到1000～1200。NH3分解率大小与流量的大小以及温度的高低有关，流量越大则分解度越低，流量越小则分解率越高，温度越高分解率越高，温度越低分率解也越低。氮化层的厚度、硬度与氮化的时间、温度以及NH3的通入流量有关。
在上述的不锈铸铁炊具的制作方法，步骤B中每百只炊具半成品向真空氮化炉中通入氮气或惰性气体的流量为10～30立方米/小时；作为优选，向真空氮化炉中通入氮气。本发明向真空氮化炉中通入氮气或惰性气体(如氩气)不仅可以排空炉里面氨气，防止其污染环境；由于空气中的氧气在高温条件下容易将炊具氧化，所以向真空氮化炉中通入氮气或惰性气体可以保持真空氮化炉内保持正压，防止外部空气回流到真空氮化炉中，确保炊具不被氧化。
在上述的不锈铸铁炊具的制作方法，步骤C中在炊具半成品表面涂油时的温度为100～150℃。本发明主要采用食用油(如色拉油)涂覆于炊具半成品表面。在温度100～150℃条件下将食用油均匀的涂在炊具表面，可以让其充分吸收。
综上所述，本发明的不锈铸铁炊具的制作方法具有以下优点：
1、采用本发明的制作方法制作的不锈铸铁炊具具有较强的防锈能力，克服了现有普通铸铁炊具使用过程中容易生锈，使用寿命短，对人体健康产生危害的缺点。
2、采用本发明的制作方法制作的不锈铸铁炊具不仅表面无任何金属或非金属涂层，使用安全，对人体健康不产生任何危害作用。
3、采用本发明的制作方法制作的不锈铸铁炊具，该炊具的表层硬度很高，炊具表面的耐磨性能较好，炊具的使用寿命较长。
4、采用本发明的制作方法制作的不锈铸铁炊具，在基体中存在化合物FeXNY和Fe元素，当炊具内存有液体时即构成了原电池原理可以析出更多的铁离子，使其补铁的效果更佳。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明；但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
选用22号铸铁作为原料，在温度为800～900℃的条件下采用普通技术进行熔炼，经过熔炼后按照锅的形状按照现有铸造加工锅的方法加工成型为锅半成品，然后通过普通的砂光设备把铸铁锅半成品的表层的氧化皮砂掉并去掉表面的灰尘，用普通的磨口设备把铸铁锅半成品口部磨成圆润角，铸铁锅半成品边口部钻可以安装手柄的孔。
将上述钻孔后的铸铁锅半成品放入具有良好密封性能的真空氮化炉中，该真空氮化炉的空间为2立方米，里面可以一次性装200只32厘米的铸铁锅半成品，用真空泵抽出里面的体积分数为90％的空气，炉内的压力保持在为-0.005MPa～-0.009MPa，停止抽气，然后向炉内通入流量为3.0～5.0立方米/小时氨气，同时加热，当炉内达到正压时，打开一点排气阀门，确保炉内压力在0.02～0.06MPa，当温度升高到600℃时候保持4～6小时，在高温下氨气分解出来的氢气点火燃烧。4～6小时后停止通氨气、停止加热，打开热交换器，使炉内温度快速降低，同时改向炉内通高纯度的氮气，流量为20～30立方米/小时，开大排气阀门，使炉里面的氨气尽量的排出，20分钟后流量改小，只要使炉内保持正压就可，待炉内的温度低于150度以下的时候停止通氮气，打开炉门，拿出铸铁锅半成品。把经过氮化不锈处理过的铸铁锅半成品升温到130～150度，然后用食用油均匀的涂在炊具表面，让其充分吸收，擦除表面多余的油。安装手柄即成不锈铸铁锅。
实施例2：
选用22号铸铁作为原料，在温度为800～900℃的条件下采用普通技术进行熔炼，经过熔炼后按照锅的形状按照现有铸造加工锅的方法加工成型为锅半成品，然后通过普通的砂光设备把铸铁锅半成品的表层的氧化皮砂掉并去掉表面的灰尘，用普通的磨口设备把铸铁锅半成品口部磨成圆润角，铸铁锅半成品边口部钻可以安装手柄的孔。
将上述钻孔后的铸铁锅半成品放入具有良好密封性能的真空氮化炉中，该真空氮化炉的空间为2立方米，里面可以一次性装200只32厘米的铸铁锅半成品，用真空泵抽出里面的体积分数为85％的空气。炉内的压力保持在为-0.005MPa～-0.009MPa，停止抽气，然后向炉内通入流量为2.0～4.0立方米/小时氨气，同时加热，当炉内达到正压时，打开一点排气阀门，确保炉内压力在0.02～0.06MPa，当温度升高到500℃时候保持6～8小时，在高温下氨气分解出来的氢气点火燃烧。6～8小时后停止通氨气、停止加热，打开热交换器，使炉内温度快速降低，同时改向炉内通高纯度的氮气，流量为20～30立方米/小时，开大排气阀门，使炉里面的氨气尽量的排出，20分钟后流量改小，只要使炉内保持正压就可，待炉内的温度低于150度以下的时候停止通氮气，打开炉门，拿出铸铁锅半成品。把经过氮化不锈处理过的铸铁锅半成品生温到100～120℃，然后用食用油均匀的涂在炊具表面，让其充分吸收，擦除表面多余的油。安装手柄即成不锈铸铁锅。
实施例3：
选用22号铸铁作为原料，在温度为800～900℃的条件下采用普通技术进行熔炼，经过熔炼后按照锅的形状按照现有铸造加工锅的方法加工成型为锅半成品，然后通过普通的砂光设备把铸铁锅半成品的表层的氧化皮砂掉并去掉表面的灰尘，用普通的磨口设备把铸铁锅半成品口部磨成圆润角，铸铁锅半成品边口部钻可以安装手柄的孔。
将上述钻孔后的铸铁锅半成品放入具有良好密封性能的真空氮化炉中，该真空氮化炉的空间为2立方米，里面可以一次性装200只32厘米的铸铁锅半成品，用真空泵抽出里面的体积分数为80％的空气。炉内的压力保持在为-0.005MPa～-0.009MPa，停止抽气，然后向炉内通入流量为4.0～6.0立方米/小时氨气，同时加热，当炉内达到正压时，打开一点排气阀门，确保炉内压力在0.02～0.06MPa，当温度升高到700℃时候保持3～5小时，在高温下氨气分解出来的氢气点火燃烧。3～5小时后停止通氨气、停止加热，打开热交换器，使炉内温度快速降低，同时改向炉内通高纯度的氮气，流量为40～50立方米/小时，开大排气阀门，使炉里面的氨气尽量的排出，20分钟后流量改小，只要使炉内保持正压就可，待炉内的温度低于150度以下的时候停止通氮气，打开炉门，拿出铸铁锅半成品。把经过氮化不锈处理过的铸铁锅半成品生温到120～140℃，然后用食用油均匀的涂在炊具表面，让其充分吸收，擦除表面多余的油。安装手柄即成不锈铸铁锅。
实施例4
选用普通的冷轧铁板作为原料，按照锅的形状采用现有的拉伸成型工艺成型为锅半成品，然后通过普通的砂光设备把铸铁锅半成品的表层的氧化皮砂掉并去掉表面的灰尘，用普通的磨口设备把铸铁锅半成品口部磨成圆润角，铸铁锅半成品边口部钻可以安装手柄的孔。
将上述钻孔后的铸铁锅半成品放入具有良好密封性能的真空氮化炉中，该真空氮化炉的空间为2立方米，里面可以一次性装200只32厘米的铸铁锅半成品，用真空泵抽出里面的体积分数为90％的空气。炉内的压力保持在为-0.005MPa～-0.009MPa，停止抽气，然后向炉内通入流量为3.0～5.0立方米/小时氨气，同时加热，当炉内达到正压时，打开一点排气阀门，确保炉内压力在0.02～0.06MPa，当温度升高到650℃时候保持4～5小时，在高温下氨气分解出来的氢气点火燃烧。4～5小时后停止通氨气、停止加热，打开热交换器，使炉内温度快速降低，同时改向炉内通高纯度的氮气，流量为30～40立方米/小时，开大排气阀门，使炉里面的氨气尽量的排出，20分钟后流量改小，只要使炉内保持正压就可，待炉内的温度低于150度以下的时候停止通氮气，打开炉门，拿出铸铁锅半成品。把经过氮化不锈处理过的铸铁锅半成品生温到120～140℃，然后用食用油均匀的涂在炊具表面，让其充分吸收，擦除表面多余的油。安装手柄即成不锈铸铁锅。
实施例5
选用普通的冷轧铁板作为原料，按照锅的形状采用现有的旋压成型工艺成型为锅半成品，然后通过普通的砂光设备把铸铁锅半成品的表层的氧化皮砂掉并去掉表面的灰尘，用普通的磨口设备把铸铁锅半成品口部磨成圆润角，铸铁锅半成品边口部钻可以安装手柄的孔。
将上述钻孔后的铸铁锅半成品放入具有良好密封性能的真空氮化炉中，该真空氮化炉的空间为2立方米，里面可以一次性装200只32厘米的铸铁锅半成品，用真空泵抽出里面的体积分数为95％的空气。炉内的压力保持在为-0.005MPa～-0.009MPa，停止抽气，然后向炉内通入流量为4.0～6.0立方米/小时氨气，同时加热，当炉内达到正压时，打开一点排气阀门，确保炉内压力在0.02～0.06MPa，当温度升高到700℃时候保持3～4小时，在高温下氨气分解出来的氢气点火燃烧。3～4小时后停止通氨气、停止加热，打开热交换器，使炉内温度快速降低，同时改向炉内通高纯度的氮气，流量为50～60立方米/小时，开大排气阀门，使炉里面的氨气尽量的排出，20分钟后流量改小，只要使炉内保持正压就可，待炉内的温度低于150度以下的时候停止通氮气，打开炉门，拿出铸铁锅半成品。把经过氮化不锈处理过的铸铁锅半成品生温到130～150℃，然后用食用油均匀的涂在炊具表面，让其充分吸收，擦除表面多余的油。安装手柄即成不锈铸铁锅。
随机抽取实施例1～5所制备的不锈铸铁锅样品各10只，然后对其硬度、耐磨性和耐腐蚀性能进行检测，检测结果如表1所示：
表1：实施例1～5制备的不锈铸铁锅的性能
注：其中耐腐蚀性检测是采用6％～10％硫酸铜溶液加速腐蚀工艺。
从表1可以看出：本发明制作的不锈铸铁锅具有较强的防锈能力，该不锈铸铁锅的表层硬度很高，炊具表面的耐磨性能较好，炊具的使用寿命较长。
本发明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。
本发明的不锈处理，不只限制在铸铁炊具上，对采用普通冷扎、热扎拉升或旋压成型的铁制炊具同样有相同的效果。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (6)
1.一种不锈铸铁炊具的制作方法，该方法包括以下步骤：
A、成型：以铸铁或冷轧铁板为原料，按照炊具的形状铸造成型或拉伸成型或旋压成型为炊具半成品，然后通过砂磨，炊具口部磨圆后钻孔；
B、氮化不锈处理：将上述钻孔后的炊具半成品放入真空氮化炉中，抽出真空氮化炉中体积分数为80～95%的空气，加温条件下通入氨气，每百只炊具半成品向真空氮化炉中通入氨气的流量为1.0～3.0立方米/小时，同时，使炉内的压力控制在0.02MPa～0.06MPa，然后在温度为500℃～800℃的条件下进行氮化不锈处理3～8小时，停止通入氨气并降温，然后向真空氮化炉中通入氮气或惰性气体，降温至150℃时停止通入氮气或惰性气体，取出炊具半成品；
C、涂油处理：将上述氮化不锈处理的炊具半成品表面涂油后，安装其它零部件后即得不锈铸铁炊具成品。
2.根据权利要求1所述的不锈铸铁炊具的制作方法，其特征在于：步骤A中所述的铸铁的化学成分含量为：
C：3%～4%；Si：1.5%～2.5%；Mn：0.5～0.8%；P：0.3%以下；S：0.1%以下；其余为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的不锈铸铁炊具的制作方法，其特征在于：步骤A中所述的铸铁铸造成型的具体步骤为：以铸铁为原料，经过熔炼后按照炊具的形状铸造成炊具半成品，冷却后通过砂磨，炊具口部磨圆后钻孔；其中所述的铸铁熔炼时的温度为800～900℃。
4.根据权利要求1所述的不锈铸铁炊具的制作方法，其特征在于：步骤B中所述的氮化不锈处理的温度为500～700℃，氮化不锈处理的时间为4～6小时。
5.根据权利要求1所述的不锈铸铁炊具的制作方法，其特征在于：步骤B中每百只炊具半成品向真空氮化炉中通入氮气或惰性气体的流量为10～30立方米/小时。
6.根据权利要求1所述的不锈铸铁炊具的制作方法，其特征在于：步骤C中在炊具半成品表面涂油时的温度为100～150℃。
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