CN101974728A - 一种铁锅渗铝工艺 - Google Patents

Abstract

本发明一种铁锅渗铝工艺，它包括如下步骤：拉伸，齐口，去除油/脂，除锈，清水洗，表面活化，助镀处理，热浸镀铝，冷却，热扩散等工艺。它克服了现有的钢铁渗氮技术处理的防锈铁锅耐酸和耐盐水腐蚀的综合性能较差，表面的膜层容易掉色，长期使用后铁基层易出现点状腐蚀穿透现象的缺点。本发明工艺具有外形美观、重量适宜、无涂层不锈、耐磨性好(适合于金属铲使用)、耐高温不变色、易于清洁、使用寿命长的特点。

Description

一种铁锅渗铝工艺

技术领域

本发明属于家庭生活用品技术领域，涉及到一种厨具，具体为一种铁锅的渗铝工艺。

背景技术

锅是生活中不可缺少的厨房用品，大致可分为：铁制锅(包括生铁锅和熟铁锅)，铝制锅、铝合金锅、不锈钢锅等。生铁锅较笨重，熟铁锅高温易氧化，寿命短；生铁锅能补充人体所需的铁元素，有利于人体健康。铝制锅、铝合金锅、不锈钢锅性能较佳，但被认为长期使用对人体健康有害。不粘锅中的涂层，不耐高温和金属铲，也不适合中华饮食习惯。

随着科学技术的发展，人类在不断研究各种新的生产工艺技术。有的还申请了专利。如：专利号为CN87100220.5的中华健康渗层铁锅，它是在锅体的受热面一侧通过喷涂经调和的铝粉经高温烧结后形成抗氧化热稳定性的渗铝层；这种结构的铁锅解决了受热面的抗氧化热稳定问题，但没有解决锅体内表面易生锈的问题。专利号为CN200620154112.3的专利，它由热渗铝板材拉伸成型，热渗铝板材由三层构成，中间为铁板，铁板的两面用溶融镀层法镀有内铝层、外铝层，内铝层上涂有不粘涂料保护层，外铝层上涂有耐高温涂层；这种结构的铁锅结构较复杂，它是在铁板的表面镀铝，在镀铝表面再涂涂料和耐高温涂层；产品的价格较高。专利号为CN89200759.1的耐热抗氧化铁锅，它是在基体铁锅的外表面以钢铁渗铝的工艺渗涂一层铝铁合金；这种结构也是仅解决了铁锅基体的外表面的耐热和抗氧化的问题。专利号为CN03211968.2的铁合金不锈炊具锅，其锅体薄板为上、中、下三层复合构成，上、下两层材料是铝铁合金层，中间材料为薄钢板层；这种结构的铁锅虽然是三层结构，但它是采用复合的方式在外层和内层形成铝铁合金层，这种复合的方式工艺复杂，成本很高，工人的劳动强度大。

市场上也有很多通过采用钢铁渗氮技术处理的防锈铁锅，虽然也能解决部分情况下的生锈问题，但其耐酸和耐盐水腐蚀的综合性能较差，表面的膜层容易掉色，长期使用后铁基层易出现点状腐蚀穿透现象。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种新的耐磨、不锈铁锅的生产工艺技术。使用本工艺生产出的产品，具有外形美观、重量适宜、无涂层不锈、耐磨性好(适合于金属铲使用)、耐高温不变色、易于清洁、使用寿命长的特点。

本发明的目的是通过如下措施来达到的：一种铁锅渗铝工艺，其特征在于它包括如下步骤：

(1)拉伸：将预准备的冷轧钢板放入油压机上，压力加压到8-10Mpa，加压成锅身毛坯；

(2)齐口：将加压成型后的锅身毛坯，口部多余材料去除；

(3)去除油/脂：将锅身放入配有常温除油/脂剂的容器内，加热到80℃～90℃，时间为10分钟，完全去除锅身表面油分后取出；

(4)除锈：经脱脂处理后的锅身，浸入浓度为15％的工业硫酸和浓度为12％的盐酸混合水溶液中，经15分钟的酸浸反应，当表面出现银灰色时即可取出；

(5)清水洗：将除锈处理后的锅身用清水冲洗3-5分钟；

(6)表面活化：锅身经清水冲洗干净后立即浸入0.1％铬酐，0.2％高锰酸钾，0.15％亚硝酸钠，余量为水的活化液中，经2～4分钟反应后，取出水洗；再干燥；

(7)助镀处理：将烘干后的锅身浸泡在3％-6％的氟化钾、3％-6％的氯化钾、1％-4％的氟化钠、1％-4％的氯化钠、余量为水的助镀液中4分钟后取出；再干燥；

(8)热浸镀铝：选用99.7％以上纯度的铝锭，经融化，680℃保温4小时去除铝液中的杂质，升温到690℃时加入覆盖剂融解后，按提升速度8～12m/min浸入铝液3分钟后方可取出；

(9)冷却：对镀铝后的锅身进行冷却；

(10)热扩散：将烘干后的锅身放入温度为800℃的空气炉中，进行加热扩散，扩散15分钟-20分钟，方可取出；进行风吹冷却。

在上述技术方案中，在第(9)步骤后设置有去余铝步骤：用锉刀去除炊具上流挂产生的多余的铝层。

在上述技术方案中，在第(10)步骤前设置有酸液清洗步骤：将经过步骤10处理的锅身浸泡在硝酸质量比为2％，余量为水的溶剂中，以去除表面杂质，时间为60分钟；再干燥。

在上述技术方案中，在第(10)步骤后设置有抛光步骤：用抛光机把锅身内外表面抛亮，得到美观的亮白色表面。

在上述技术方案中，在步骤2和步骤3之间还包括冲孔：将齐口加工后的锅身毛坯放入6T装有冲孔模具的冲床上进行冲孔加工，加工出手柄装配孔；去毛刺：将冲好孔的锅身进行去毛刺处理。

在上述技术方案中，所述覆盖剂为由30％-50％KCL、18％-38％Nacl、12％-32％ALF，13％-23％冰晶石组成的混合溶液。

在上述技术方案中，所述冷轧钢板为低碳钢。

在上述技术方案中，所述干燥为烘干或自然干燥。

在上述技术方案中，所述第7步助镀处理是将烘干后的锅身浸泡在5％的氟化钾、4％的氯化钾、3％的氟化钠、2％的氯化钠、余量为水的助镀液中4分钟后取出。

在上述技术方案中，所述覆盖剂为由40％KCL、25％Nacl、20％ALF，15％冰晶石组成的混合水溶液。

本发明的有益效果：采用低碳钢渗铝，使普通钢表面上形成厚度致密耐酸、碱铝铁化合物合金层，以保护内部的铁，因此能显著提高铁锅的耐磨、防锈的功能。试验和实践证明，钢材经过渗铝处理后，能够抵挡大气、水、水蒸汽、油、盐、酱、醋和各种调味品及食物的腐蚀，表面硬度高，适合各种金属铲使用。在300℃的高温下，经过多次干烧，产品表面不会变黄。②本发明制成的产品，内外表面均为渗铝处理，内表面经过镀铝后的除铝、渗铝后的抛光处理后，主要形成铝铁复合层，其化学性能稳定，硬度高，耐磨性好，因此能直接与食物进行接触。同时，表层的合金层膜厚均匀，有了铝的传热作用，因此导热性能稳定，传热均匀。

以下为本工艺生产的产品经过大量实验的结果：

a.发黄实验：将产品放于煤气炉上干烧至300℃，关掉火源，在锅中加入1L室温水，观察锅内表面有无发黄。

结果：市场上传统渗氮不锈铁锅在20个循环之内，内表面即有发黄现象；采用本工艺生产的铁锅，在300℃、20个循环下不会发黄，在400℃、10个循环内也不会发黄；

b.煮酸菜实验：将锅内放入1000克东北酸菜、1000克水和50克盐(锅内液体PH值在2左右)，煮微沸保持1.5小时，记录产品表面生锈状况。若未生锈，更换酸菜，重新实验。

结果：市场上传统渗氮不锈铁锅在4循环之内，内表面膜层严重褪色，开始产生点蚀现象，表面生锈严重；采用本工艺生产的铁锅，在20个循环内，表面无任何目视可见腐蚀现象；

c.长期泡盐水耐腐蚀实验：将产品内表面清洗干净，加入1/3容积5％氯化钠溶液，盖上盖子，室温浸泡30天。

结果：传统渗氮铁锅底部出现严重点腐蚀，腐蚀点呈孔状内渗趋势，而且出现内层腐蚀现象，即表面氮化层无可见孔，其底层铁基已经腐蚀，触压氮化层，可发现底部腐蚀坑点，见附图1。而本工艺生产的炒锅只是底部表层大面积出现锈斑，未见有点腐蚀现象，见附图2。

③与现有相关工艺相比，本发明采用快速热镀、高温快速扩散的工艺方法，效率明显提升。与市场上传统渗氮不锈铁锅的生产工艺相比，生产效率至少能提高5倍以上。采用该工艺技术，整个过程中，镀铝工序时间约3分钟，渗铝工序时间15分钟～20分钟，总时间不会超过30分钟；而传统渗氮不锈铁锅的防锈处理工艺，通常渗氮工序需在炉中处理至少6小时以上。同时，本工艺与其它行业热浸渗铝工艺相比，效率亦有更大提升。在现有已知的热浸渗铝工艺中，通常铝液温度在630～720℃范围内，工件提升速度在2～6米/分钟，时间达20～60分钟；扩散温度也在680～720℃范围内，扩散保温时间约2-4小时。而本发明中，选用99.7％以上纯度的铝锭(A00)，经融化，680度保温4小时去除铝液中的杂质，升温到690度时加入覆盖剂【KCL(30％～50％)、Nacl(18％～38％)、ALF(12％～32％)，冰晶石(13％～23％)】融解后，按提升速度8～12米/分钟，浸入铝液仅3分钟后便可取出；在扩散工序中，采用800℃高温进行加热扩散，仅扩散15分钟～20分钟后，便可取出。

④在本工艺的热浸镀铝过程中，选择99.7％以上纯度高的纯铝，以减少铝液中的杂质。加工过程中，浴液中最有害的元素是铁，它主要是铝液对钢铁零件表面和铁坩埚的浸(腐)蚀产物。浴液中铁的质量分数大于或等于4.6％时，渗层的厚度增加、渗层出现疏松和较大的不均匀体，渗层无光泽，增大渗铝层的脆性等。因此，控制铝液温度在670-690℃，使铝液中的铁铝化合物等沉积到浴槽底部。热浸渗铝温度若太高，钢中的其它不利元素易析出，渗层的质量低，渗层表面色泽变暗，脆件高的铝化合物层变厚，脆性增大，耐蚀性、抗氧化性下降。若渗铝时间过短，渗层薄，甚至不连续；渗铝时间太长、平均渗速下降，效率低，增大能耗和铝耗，延长生产周期。在正常浸铝温度(690℃)下，浸铝时间为3～5min，热浸渗铝层厚度可保证50μm以上。此外，铝液对铁坩埚的浸蚀加剧，缩短其使用寿命。铝液中的铁含量增加，会降低热浸渗铝性能。另外，铝液表面和空气接触时，造成铝的损失和粘性大的氧化铝粘附在零件表面，使浸铝零件表面粗糙，渗层不均匀并在渗层内出现夹杂。因此，在铝液里添加合适的覆盖剂以保护浴槽内铝液表面不被氧化十分重要。

⑤在本工艺过程中，进行热扩散的主要目的是为了进一步增加铝和铁之间的相互扩散，同时还可消除热浸渗层的脆性和提高热浸渗铝层与基体的结合强度。在高温扩散处理中，通过铝、铁原子的扩散，热浸渗层表面的铝层减薄，部分转变为铝铁合金层。部分高铝化合物(Fe2Al5)逐渐转变为含铝较低的、脆性较小的铝铁化合物(FeAl3)，减小热浸渗层的脆性。扩渗层的厚度增大，铝在扩渗层的浓度分布也较平缓，有利于提高扩掺层与基体间的结合强度和进一·步减小扩渗层的脆性。

⑥作为一种厨具，考虑到卫生性能要求，将本工艺生产的产品作相应的卫生性能检测，均符合要求。测试项目及标准如下：

1.参照FDA法规检测树脂类或聚合物类涂层或其他物质中萃取物的含量；

结果：送检样品符合US FDA 21 CFR 175.300中萃取物的含量的要求；

2、参照美国食品与药物管理局(FDA)2005年11月制定的CPG7117.05以及CFSAN PCA第04005号文件，测试送检样品的溶出性铅；

结果：送检样品的测试结果符合美国食品与药物管理局(FDA)2005年11月制定的CPG7117.05以及CFSAN PCA第04005号文件；

3.按GB 5009.81和GB/T 5009.72中的规定进行测试。要求：Ni≤0.5mg/kg；Cr6+≤5mg/kg；Zn≤10mg/kg

结果：送检样品完全满足以上测试标准要求。

⑦采用本生产工艺，设备和操作简单，工艺稳定，过程容易控制，成本低，同时符合环保要求。在生产过程中，不会因镀铝或渗铝而产生明显的污染源。而在传统的渗氮不锈铁锅的生产工艺过程中，设备投入费用较高，渗氮的来源完全是由氮气分解成氮和氢气所提供，因此过程中需要使用大量的NH₃气体，对工作环境会有危害。同时，氨气作为工业有毒气体，不能直接向大气排放，需进行特殊处理(通常用水或酸来吸收)，但仍有一定量的氨气排放到大气中。因此，既提高了成本，又不利于环保。

附图说明

图1为传统渗氮铁锅长期泡盐水耐腐蚀实验的效果图。

图2为本发明渗铝铁锅长期泡盐水耐腐蚀实验的效果图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

本发明一种铁锅渗铝工艺，其特征在于它包括如下步骤：

(1)拉伸：将冷轧钢板放入油压机上，压力加压到8-10Mpa，加压成锅身毛坯；

(2)齐口：将加压成型后的锅身毛坯，口部多余材料切除；

(3)脱脂：将锅身放入配有常温除油剂的容器内，加热到80℃～90℃，时间为10分钟，完全去除锅身表面油分后取出；

(4)除锈：经脱脂处理后的锅身，浸入浓度为15％的工业硫酸和浓度为12％的盐酸混合水溶液中，经15分钟的酸浸反应，当表面出现银灰色时即可取出；

(5)清水洗：将除锈处理后的锅身用清水冲洗3-5分钟；

(6)表面活化：锅身经清水冲洗干净后立即浸入0.1％铬酐，0.2％高锰酸钾，0.15％亚硝酸钠，余量为水的活化液中，经2～4分钟反应后，取出水洗；再干燥；

(7)助镀处理：将烘干后的锅身浸泡在3％-6％的氟化钾、3％-6％的氯化钾、1％-4％的氟化钠、1％-4％的氯化钠、余量为水的助镀液中4分钟后取出；再干燥；

(8)热浸镀铝：选用99.7％以上纯度的铝锭，经融化，680℃保温4小时去除铝液中的杂质，升温到690℃时加入覆盖剂融解后，按提升速度8～12m/min浸入铝液3分钟后方可取出；

(9)清水冷却：用清水对镀铝后的锅身进行冷却；

(10)去余铝：用锉刀去除炊具上流挂产生的多余的铝层；

(11)酸液清洗：将经过步骤10处理的锅身浸泡在硝酸质量比为2％，余量为水的溶剂中，以去除表面杂质，时间为60分钟；再干燥；

(12)热扩散：将烘干后的锅身放入温度为800℃的空气炉中，进行加热扩散，扩散15分钟-20分钟，方可取出；进行风吹冷却；

(13)抛光：用抛光机把锅身内外表面抛亮，得到美观的亮白色表面；

(14)半成品入库：抛光处理后的锅身，经过检验合格后即作为半成品入库，以备后工序进行装配。

在步骤2和步骤3之间还包括冲孔：将齐口加工后的锅身毛坯放入6T装有冲孔模具的冲床上进行冲孔加工，加工出手柄装配孔；去毛刺：将冲好孔的锅身进行去毛刺处理。

所述覆盖剂为由30％-50％KCL、18％-38％NaCl、12％-32％ALF，13％-23％冰晶石组成的混合溶液。所述冷轧钢板为低碳钢。所述干燥为烘干或自然干燥。所述第7步助镀处理是将烘干后的锅身浸泡在5％的氟化钾、4％的氯化钾、3％的氟化钠、2％的氯化钠、余量为水的助镀液中4分钟后取出(优选值)。所述覆盖剂为由40％KCL、25％NaCL、20％ALF，15％冰晶石组成的混合水溶液(优选值)。

实施例1

一种铁锅渗铝工艺，具体通过以下加工步骤来实现：1.拉伸：将适合于拉深的冷轧钢板放入200T(吨)装有模具的油压机上，压力加压到8-10Mpa，加压成型；2.齐口：将拉伸成型后的锅身毛坯，放在加工设备上，通过真空吸附作用定位，切除口部多余材料；3.冲孔：将齐口加工后的锅身毛坯放入6T(吨)装有冲孔模具的冲床上进行冲孔加工，加工出手柄装配孔；4.去毛刺：将冲好孔的锅身进行去毛刺处理。需要说明的是：冲孔和去毛刺步骤可根据加工锅的类型不同决定是否需要。

锅身经以上加工后，即可开始进行热浸镀铝处理，加工工序依次为：1.脱脂：将锅身放入配有常温除油剂的容器内，加热到80℃～90℃，时间为10分钟，完全去除锅身表面油分后取出；2.除锈：经脱脂处理后的锅身，浸入工业硫酸(浓度为15％)和盐酸(浓度为12％)的混合水液中，经15分钟的酸浸反应，当表面出现银灰色时即可取出；3.清水洗：将除锈处理后的锅身用清水冲洗3-5分钟；4.表面活化：锅身经清水冲洗干净后立即浸入铬酐(0.1％)，高锰酸钾(0.2％)，亚硝酸钠(0.15％)，余量为水的活化液中，经2～4分钟反应后，取出水洗；5.烘干或自然干燥：将活化、水洗后的锅身表面烘干或自然干燥；6.助镀处理：将烘干后的锅身浸泡在氟化钾(3％-6％)、氯化钾(3％-6％)、氟化钠(1％-4％)、氯化钠(1％-4％)、余量为水的助镀液中4分钟后取出；7.烘干或自然干燥：将助镀处理后的锅身表面烘干或自然干燥；8.热浸镀铝：选用99.7％以上纯度的铝锭(A00)，经融化，680度保温4小时去除铝液中的杂质，升温到690度时加入覆盖剂【KCL(30％-50％)、NaCL(18％-38％)、ALF(12％-32％)，冰晶石(13％-23％)】融解后，按提升速度8～12m/min浸入铝液3分钟后方可取出；9.清水冷却：用清水对镀铝后的锅身进行冷却；10.去余铝：用锉刀去除炊具上流挂产生的多余的铝层；11.酸液清洗：将经过步骤10处理的锅身浸泡在硝酸质量比为2％，余量为水的溶剂中，以去除表面杂质，时间为60分钟；12.烘干或自然干燥：将酸液清洗后的锅身表面烘干或自然干燥；13.热扩散：将烘干后的锅身放入温度为800℃的空气炉中，进行加热扩散。扩散15分钟-20分钟，方可取出；14.风冷：将扩散后的锅身进行风吹冷却；15.抛光：用抛光机把锅身内外表面抛亮，得到美观的亮白色表面；16.半成品入库：抛光处理后的锅身，经过检验合格后即作为半成品入库，以备后工序进行装配。

需要说明的是以上实施例中说明的浓度均为质量百分比浓度。

实施例2

在第7步助镀处理是将烘干后的锅身浸泡在5％的氟化钾、4％的氯化钾、3％的氟化钠、2％的氯化钠、余量为水的助镀液中4分钟后取出。经实验对比这种助镀液的助镀较好。其它同实施例1。

实施例3

覆盖剂为由40％KCL、25％NaCL、20％ALF，15％冰晶石组成的混合水溶液(优选值)。经实验对比这种比例的覆盖剂的覆盖效果较好。其它同实施例1。

Claims (10)

1.一种铁锅渗铝工艺，其特征在于它包括如下步骤：

(1)拉伸：将预准备的冷轧钢板放入油压机上，压力加压到8-10Mpa，加压成锅身毛坯；

(2)齐口：将加压成型后的锅身毛坯，口部多余材料去除；

(3)去除油/脂：将锅身放入配有常温除油/脂剂的容器内，加热到80℃～90℃，时间为10分钟，完全去除锅身表面油分后取出；

(4)除锈：经脱脂处理后的锅身，浸入浓度为15％的工业硫酸和浓度为12％的盐酸混合水溶液中，经15分钟的酸浸反应，当表面出现银灰色时即可取出；

(5)清水洗：将除锈处理后的锅身用清水冲洗3-5分钟；

(6)表面活化：锅身经清水冲洗干净后立即浸入0.1％铬酐，0.2％高锰酸钾，0.15％亚硝酸钠，余量为水的活化液中，经2～4分钟反应后，取出水洗；再干燥；

(7)助镀处理：将烘干后的锅身浸泡在3％-6％的氟化钾、3％-6％的氯化钾、1％-4％的氟化钠、1％-4％的氯化钠、余量为水的助镀液中4分钟后取出；再干燥；

(8)热浸镀铝：选用99.7％以上纯度的铝锭，经融化，680℃保温4小时去除铝液中的杂质，升温到690℃时加入覆盖剂融解后，按提升速度8～12m/min浸入铝液3分钟后方可取出；

(9)冷却：对镀铝后的锅身进行冷却；

(10)热扩散：将烘干后的锅身放入温度为800℃的空气炉中，进行加热扩散，扩散15分钟-20分钟，方可取出；进行风吹冷却。

2.根据权利要求1所述的铁锅渗铝工艺，其特征在于，在第(9)步骤后设置有去余铝步骤：用锉刀去除炊具上流挂产生的多余的铝层。

3.根据权利要求1所述的铁锅渗铝工艺，其特征在于，在第(10)步骤前设置有酸液清洗步骤：将经过步骤10处理的锅身浸泡在硝酸质量比为2％，余量为水的溶剂中，以去除表面杂质，时间为60分钟；再干燥。

4.根据权利要求1所述的铁锅渗铝工艺，其特征在于，在第(10)步骤后设置有抛光步骤：用抛光机把锅身内外表面抛亮，得到美观的亮白色表面。

5.根据权利要求1所述的一种铁锅渗铝工艺，其特征在于在步骤2和步骤3之间还包括冲孔：将齐口加工后的锅身毛坯放入6T装有冲孔模具的冲床上进行冲孔加工，加工出手柄装配孔；去毛刺：将冲好孔的锅身进行去毛刺处理。

6.根据权利要求1至5中任一所述的铁锅渗铝工艺，其特征在于，所述覆盖剂为由30％-50％KCL、18％-38％Nacl、12％-32％ALF，13％-23％冰晶石组成的混合溶液。

7.根据权利要求1至5中任一所述的铁锅渗铝工艺，其特征在于所述冷轧钢板为低碳钢。

8.根据权利要求1至5中任一所述的铁锅渗铝工艺，其特征在于所述干燥为烘干或自然干燥。

9.根据权利要求1至5中任一所述的铁锅渗铝工艺，其特征在于所述第7步助镀处理是将烘干后的锅身浸泡在5％的氟化钾、4％的氯化钾、3％的氟化钠、2％的氯化钠、余量为水的助镀液中4分钟后取出。

10.根据权利要求9所述的一种铁锅渗铝工艺，其特征在于所述覆盖剂为由40％KCL、25％Nacl、20％ALF，15％冰晶石组成的混合水溶液。

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