CN104630588B

CN104630588B - 一种镁基复合材料及复合锅具

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Publication number: CN104630588B
Application number: CN201510006556.6A
Authority: CN
Inventors: 杨茜; 杨永顺; 虞跨海; 陈拂晓; 郭俊卿
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Luoyang Tianjiu Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2015-01-04
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2035-01-07
Also published as: CN104630588A

Abstract

本发明公开了一种镁基复合材料及复合锅具，该镁基复合材料包括以下质量百分含量的组分：Zn 1.0％～3.0％、Zr 0.5％～1.0％、Nd 1.0％～8.0％、Gd 0.5％～1.8％、Cu 0.1％、Ni 0.01％、颗粒增强材料5％～15％，余量为镁和不可避免的杂质。本发明的镁基复合材料，以镁为主要成分，还包括Zn、Zr、Nd、Gd、Cu、Ni和颗粒增强材料，各种成分相互配合，协调作用，所得镁基复合材料具有较好的导热性能、耐蚀性，同时对人体健康非常有利，用于制作锅具的内胆(内层锅体)，在使用过程中镁的析出可有效补充人体内镁的摄入量，有效缓解人体的镁缺乏症状。

Description

一种镁基复合材料及复合锅具

技术领域

本发明属于锅具材料技术领域，具体涉及一种镁基复合材料，同时还涉及一种使用上述镁基复合材料的复合锅具。

背景技术

常见的金属锅具材料有铁、铝、铜、不锈钢等。其中，传统锅具材料为铁，铁锅易生锈，在酸性条件下可溶出铁，破坏新鲜蔬菜中的维生素C。铝锅有轻便、耐用、加热快、不生锈的优点，但不宜用来烧煮酸性或碱性以及过咸的食物，否则炊具中的铝会大量溶出而污染食物；摄入过多铝会损害人的记忆，使人思维迟钝，加速人的衰老，还会引起老年痴呆症、唐氏综合性疾病等。铜锅烹煮食物时溶解出来的少量铜元素对人体有益，且有较强的抗菌能力，但会影响部分菜肴的色味，铜绿也对人体有害，会引起急性中毒。不锈钢餐具由铁、合金等制成，一般认为不锈钢炊具有较强的耐腐蚀作用，但若长期盛放酸性食物，不锈钢中的铬元素会渗进食物中，并随食物一起在人体内慢慢积蓄，致人中毒。

目前，复合材料锅具已成为锅具的发展趋势，如复合底的不锈钢锅具有传热均匀、加热快、烹调效果好等优点。目前市场上所售的复合锅底的不锈钢锅，其复合锅底(不锈钢-铝材-不锈钢/不锈铁)的中间热传导层多为铝材，层间通常采用热压钎焊而成，由于铝材与不锈钢之间的热膨胀系数差别较大，使用过程中易发生变形、脱层等现象。此外，由于热膨胀系数差异引起的热应力也会导致锅具传热不均匀，降低烹调效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于制作锅具内层(内胆)的镁基复合材料，解决现有锅体材料传热及耐蚀性能差、不利于人体健康的问题。

本发明的第二个目的是提供一种使用上述镁基复合材料的复合锅具。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种镁基复合材料，包括以下质量百分含量的组分：Zn 1.0％～3.0％、Zr 0.5％～1.0％、Nd 1.0％～8.0％、Gd 0.5％～1.8％、Cu0.1％、Ni 0.01％、颗粒增强材料5％～15％，余量为镁和不可避免的杂质。

所述颗粒增强材料为SiC或SiO₂。

所述颗粒增强材料的粒径为30～100μm。

所述镁基复合材料中，杂质的质量百分含量≤0.3％。

一种复合锅具，包括锅体，所述锅体包括内层锅体和外层锅体，所述内层锅体材料为镁基复合材料，该镁基复合材料包括以下质量百分含量的组分：Zn 1.0％～3.0％、Zr 0.5％～1.0％、Nd 1.0％～8.0％、Gd 0.5％～1.8％、Cu 0.1％、Ni 0.01％、颗粒增强材料5％～15％，余量为镁和不可避免的杂质；所述外层锅体材料为铝合金材料。

所述锅体包括外层锅体和内层锅体，所述外层锅体的锅底上表面设有一个以上的腔大口小的凹槽，内层锅体下表面具有与所述凹槽数量及形状适配的凸块，所述凸块嵌入凹槽内，形成榫接结构，使内层锅体与外层锅体紧密贴合并固定连接。

所述锅体可以采用复合液态模锻方法成型，锅体的复合液态模锻方法成型技术方案是：先采用液态模锻的方法成型出底部上表面带有口大底小的梯形槽的外层锅体，然后通过热塑性变形使该梯形槽变成腔大口小的燕尾槽，再采用液态模锻的方法在外层锅体内成型出内层锅体，从而形成带有榫接结构的复合锅体。

所述铝合金材料为铝合金ZL305。

所述颗粒增强材料为SiC或SiO₂。

所述颗粒增强材料的粒径为30～100μm。

所述镁基复合材料中，杂质的质量百分含量≤0.3％。

镁是人体中必需的常量元素之一。镁是人体细胞内占第二位(仅次于钾)的阳离子，镁参与蛋白质、核酸的合成；人体内300多种酶的代谢、神经肌肉的传导收缩和中枢神经系统的活动都由镁离子调节；镁能减少血液中胆固醇的含量，防止动脉硬化、高血压和心肌梗塞；镁还可以防止药物或环境对心血管系统的损伤，提高心血管的抗病毒能力。国外医学专家还发现镁有降低癌症发病率的功用。营养学家认为，镁是抗衰老的武器，是一种保持青春的矿物质，镁的这种抗衰作用表现在它对心脏有特别的保护作用；人体缺镁时，表情淡漠、疲劳、抑郁、肌肉震颤、手足抽搐、记忆力减退、定向力降低、重者惊厥、昏迷；缺镁可导致肥胖、高血压、心脑血管病、骨质疏松、糖尿病，甚至有早衰和早逝的危险。

本发明的镁基复合材料，以镁为主要成分，还包括Zn、Zr、Nd、Gd、Cu、Ni和颗粒增强材料，其中，镁是人体必需的常量元素之一；Zn是人体必需元素，可以促进食欲和人体生长，且合适的含量不影响镁合金的耐蚀性能；Zr可以通过细化晶粒提高镁合金的耐蚀性能，且对人体无害；使用时溶解出来适量的Cu元素对人体有益，可减少糖尿病和心血管疾病；稀土元素Nd可以细化晶粒从而提高的合金耐蚀性能；稀土元素Gd也可以提高的合金耐蚀性能，两种稀土元素同时作用，其耐蚀性能更加突出；增强材料SiC和SiO₂对人体无害，且能显著提高材料的强度、和耐磨性。各种成分相互配合，协调作用，所得镁基复合材料具有较好的导热性能、耐蚀性，同时对人体健康非常有利，用于制作锅具的内胆(内层锅体)，在使用过程中镁的析出可有效补充人体内镁的摄入量，有效缓解人体的镁缺乏症状。

本发明的复合锅具，包括内层锅体和外层锅体，外层锅体采用铝合金材料，具有较好的铸造性能、良好的导热性和耐蚀性；内层锅体采用镁基复合材料，具有较好导热性能、耐蚀性和耐磨性，并对人体健康有利；铝合金与镁基复合材料的膨胀系数基本相同，锅体结构稳定，使用过程中不会发生变形、脱层等现象，传热均匀，加热速度快，具有良好的烹调效果。

附图说明

图1为实施例1的复合锅具的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1的俯视图；

图4为实施例1的成型模具中凹模的结构示意图；

图5为实施例1的成型模具中第一凸模的结构示意图；

图6为图5中B处的放大图；

图7为实施例1的成型模具中凹模与第一凸模的装配示意图；

图8为实施例1的成型模具中第二凸模的结构示意图；

图9为实施例1的成型模具中凹模与第二凸模的装配示意图；

图10为实施例2的复合锅具的结构示意图；

图11为图10的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式中所用铝合金ZL305为市售商品，该铝合金包括以下质量百分含量的组分：Mg 7.5％～9.0％、Zn 1.0％～1.5％、Ti 0.1％～0.2％、Be 0.03％～0.1％，余量为铝和不可避免的杂质。

实施例1

本实施例的镁基复合材料，包括以下质量百分含量的组分：Zn 1.0％、Zr 0.7％、Nd 8.0％、Gd 0.5％、Cu 0.1％、Ni 0.01％、颗粒增强材料10％，余量为镁和不可避免的杂质。

其中，所述颗粒增强材料为SiC，粒径为30～100μm；杂质的质量百分含量为0.3％。

本实施例的复合锅具，包括锅体，所述锅体包括内层锅体和外层锅体，所述内层锅体材料为镁基复合材料，该镁基复合材料包括以下质量百分含量的组分：Zn 1.0％、Zr 0.7％、Nd 8.0％、Gd 0.5％、Cu 0.1％、Ni 0.01％、颗粒增强材料10％，余量为镁和不可避免的杂质；所述外层锅体材料为铝合金ZL305。

本实施例的复合锅具，具体结构如图1、2、3所示，包括锅体，锅体为圆盘形、平底、口大底小且口沿外翻的煎锅形式，所述锅体包括外层锅体1和内层锅体2，所述外层锅体1的锅底上表面设有三个燕尾槽3(根据锅体大小可以增减)，燕尾槽3的槽口在外层锅体1上表面以锅体底部中心为圆心呈三层同心圆环状分布；内层锅体2下表面具有与所述燕尾槽3数量、分布及形状适配的凸块4，所述凸块4对应嵌入燕尾槽3内，使内层锅体2与外层锅体1紧密贴合并固定连接。内层锅体2的侧壁低于外层锅体1的侧壁，外层锅体1的外翻口沿与侧壁的连接处设有用于使内层锅体2的外沿抵顶的侧面，使内层锅体2与外层锅体1的衔接处平滑过渡。

本实施例的用于上述复合锅具的成型模具，包括第一凸模、第二凸模和凹模，如图4所示，所述凹模12上设有型腔14，型腔14的形状与复合锅具的外形相适应；所述凹模12上在型腔14的底部设有通孔，通孔内滑配安装有顶出器13。

如图5和6所示，所述第一凸模11的模头15顶端具有三个(可以根据锅体燕尾槽数量增减)凸台16，该凸台16与复合锅具中外层锅体上表面的燕尾槽相适应，单个凸台的台面为圆环状，凸台16以模头15顶端端面中心为圆心呈三层同心圆环状分布；所述凸台16的侧面具有5°的脱模斜度，凸台16侧面与模头15顶端端面相接连处设有斜槽17，第一凸模11用于与凹模12、顶出器13配合，如图7所示，其间隙形成用于使外层锅体成型的闭合模腔。

如图8所示，所述第二凸模18的模头19顶端为平面，第二凸模18的模头19后部设有环形台阶20，在环形台阶20与模头19之间套设有环状的压套21，所述压套21靠近模头19的一端为斜面，该斜面与复合锅具中外层锅体的口沿相适应，用于抵顶外层锅体的口沿使模腔密封；所述环形台阶20上设置有螺栓孔，螺栓孔内滑配安装有螺栓22，所述螺栓22通过螺纹与压套21固定连接；所述环形台阶20上设置有盲孔23，盲孔23中放置有弹簧24；第二凸模18用于与凹模12的型腔14插接配合，如图9所示，使模头19、压套21、顶出器13与外层锅体形成用于使内层锅体成型的闭合模腔。

本实施例的复合锅具的制备方法，采用上述的成型模具，具体包括下列步骤：

1)将模具安装在压力机上；

2)分别按成分配方对镁合金和铝合金进行熔炼，分别制得内层锅体材料熔体和外层锅体材料熔体，静置备用；

3)将成型模具预热至300℃；

4)将外层锅体材料熔体(铝合金熔体)定量注入凹模型腔中，并将第一凸模安放到压力机的工作位置上，压力机下行，将第一凸模压入型腔，使材料熔体反向流动，充满第一凸模的模头与型腔形成的模腔(图7)，保压冷却使材料熔体固化定型，压力机带动第一凸模回程，即得上表面具有梯形沟槽的外层锅体；

5)将第二凸模换到工作位置；

6)压力机下行，使第二凸模的模头压触步骤4)所得外层锅体的梯形沟槽，使梯形沟槽的口沿产生压缩变形，梯形沟槽变形成燕尾槽，压力机带动第二凸模回程，即得上表面具有燕尾槽的外层锅体；

7)向凹模成型槽内外层锅体的内部定量注入内层锅体材料熔体(镁合金熔体)，压力机下行，将第二凸模压入成型槽，压套首先压住外层锅体的口沿进行密封，第二凸模继续下行(在此过程中，螺栓在第二凸模的螺栓孔中滑动，弹簧受力压缩，使压套的斜面与外层锅体的口沿间产生闭合力，防止熔体泄露)，使材料熔体反向流动，充满第二凸模的模头、压套和外层锅体形成的模腔，保压冷却使材料熔体固化定型得到内层锅体；

8)压力机带动第二凸模并通过螺栓使压套一起回程；

9)压力机顶出缸带动顶出器上行将成型的锅体顶出凹模型腔，即得所述复合锅具；

10)顶出缸回程，顶出器也在自身重力作用下向下滑动复位，同时将第一凸模换回到原工作位置；

11)重复上述第4)步至第10)步的过程，重新进行下一个复合锅具的成形。

12)将步骤9)的成形的复合锅具进行后续热处理、少量后续切削加工和表面处理即得复合锅具产品。

实施例2

本实施例的镁基复合材料，包括以下质量百分含量的组分：Zn 2.0％、Zr 1.0％、Nd 5.0％、Gd 1.0％、Cu 0.1％、Ni 0.01％、颗粒增强材料5％，余量为镁和不可避免的杂质。

其中，所述颗粒增强材料为SiO₂，粒径为30～100μm；杂质的质量百分含量为0.3％。

本实施例的复合锅具，包括锅体，所述锅体包括内层锅体和外层锅体，所述内层锅体材料为镁基复合材料，该镁基复合材料包括以下质量百分含量的组分：Zn 2.0％、Zr 1.0％、Nd 5.0％、Gd 1.0％、Cu 0.1％、Ni 0.01％、颗粒增强材料5％，余量为镁和不可避免的杂质；所述外层锅体材料为铝合金ZL305。

本实施例的复合锅具，如图10、11所示，包括锅体，锅体为圆盘形、平底、口大底小且口沿外翻的煎锅形式，所述锅体包括内层锅体5和外层锅体6，所述外层锅体5的锅底上表面设有二十四个(根据锅体大小可以增减)燕尾槽7，单个燕尾槽的槽口为长方形，燕尾槽7在外层锅体5上表面以锅体底部中心为圆心呈两层辐射状分布；内层锅体6下表面具有与所述燕尾槽7数量、分布及形状适配的凸块8，所述凸块8对应嵌入燕尾槽7内，使内层锅体6与外层锅体5紧密贴合并固定连接，形成榫接结构。内层锅体6的侧壁低于外层锅体5的侧壁，外层锅体5的外翻口沿与侧壁的连接处设有用于使内层锅体6的外沿抵顶的侧面，使内层锅体6与外层锅体5的衔接处平滑过渡。

本实施例的用于上述的复合锅具的成型模具，与实施例1不同之处在于：所述第一凸模的模头顶端具有与本实施例外层锅底上表面燕尾槽数量和分布相同的凸台，该凸台与复合锅具中外层锅体上表面的燕尾槽相适应。

本实施例的复合锅具的制备方法，采用上述的成型模具，具体操作步骤同实施例1。

实施例3

本实施例的镁基复合材料，包括以下质量百分含量的组分：Zn 3.0％、Zr 0.5％、Nd 1.0％、Gd 1.8％、Cu 0.1％、Ni 0.01％、颗粒增强材料15％，余量为镁和不可避免的杂质。

本实施例的复合锅具，包括锅体，所述锅体包括内层锅体和外层锅体，所述内层锅体材料为镁基复合材料，该镁基复合材料包括以下质量百分含量的组分：Zn 3.0％、Zr 0.5％、Nd 1.0％、Gd 1.8％、Cu 0.1％、Ni 0.01％、颗粒增强材料15％，余量为镁和不可避免的杂质；所述外层锅体材料为铝合金ZL305。

本实施例的复合锅具，与实施例2不同之处在于：形成榫接结构的各燕尾槽均为矩形，呈等距离平排分布。

Claims

1.一种复合锅具，包括锅体，其特征在于：所述锅体包括内层锅体和外层锅体，所述内层锅体材料为镁基复合材料，该镁基复合材料包括以下质量百分含量的组分：Zn1.0％～3.0％、Zr 0.5％～1.0％、Nd 1.0％～8.0％、Gd 0.5％～1.8％、Cu 0.1％、Ni 0.01％、颗粒增强材料5％～15％，余量为镁和不可避免的杂质；所述外层锅体材料为铝合金材料。

2.根据权利要求1所述的复合锅具，其特征在于：所述铝合金材料为铝合金ZL305。

3.根据权利要求1所述的复合锅具，其特征在于：所述颗粒增强材料为SiC或SiO₂。

4.根据权利要求1或3所述的复合锅具，其特征在于：所述颗粒增强材料的粒径为30～100μm。

5.根据权利要求1所述的复合锅具，其特征在于：所述镁基复合材料中，杂质的质量百分含量≤0.3％。