CN110257761A - 一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅及其制造工艺，包括如下步骤：1)将毛坯铁锅先采用氮基气氛奥氏体氮碳共渗后氧化处理得铁锅；2)采用超级计算机建立仿荷叶模型，然后利用光能在步骤1)得到的铁锅内侧蚀刻出荷叶一样的表面结构。本发明的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺采用新型氮基气氛奥氏体氮碳共渗+后氧化的环保新型复合热处理工艺，目的是在氮碳共渗层ε单相或ε+γ′相白亮层的表面覆盖一层≥2um的主要以黑色Fe3O4膜为基体的防锈层，可显著提高铁锅表面的抗腐蚀性能，在性能提升后的无涂层耐磨防锈铁锅表面进行光刻荷叶效应处理，加热时还能从荷叶效应中产生空气动力，最终使铁锅表面达到不粘的优良特性。

Description

一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅及其制造工艺
技术领域
本发明涉及炊具制备技术领域，尤其涉及一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅及其制造工艺。
背景技术
目前市面上有一类无涂层耐磨防锈铁锅，采用氮碳共渗后氧化的工艺处理，该产品表面硬度较高，适用金属铲。耐酸和耐盐腐蚀性较好，黑色表面不易变色，适合猛火爆炒的优点。该产品的生产工艺是：采用冷轧低碳钢板、落圆片、拉伸/旋压成型、氮碳共渗后氧化处理、内外表面抛光。无涂层耐磨防锈铁锅不粘性能很差，由于其白亮层相结构为γ′+ε，且γ′相含量较高，所以耐磨防锈性能也仍然需要提升。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种无涂层耐磨防锈效果好和不粘效果好的无涂层耐磨防锈不粘铁锅及其制造工艺。
本发明的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺，包括如下步骤：
1)将毛坯铁锅先采用氮基气氛奥氏体氮碳共渗后氧化处理得铁锅；采用超级计算机建模，然后利用光能在步骤1)得到的铁锅内侧蚀刻出荷叶一样的表面结构。
优选的，步骤1)中在气体氮化炉中进行氮基气氛奥氏体氮碳共渗处理分为两个阶段；第一阶段：先向炉气中通入二氧化碳气体反应一段时间；第二阶段：再通入甲醇反应一段时间。第一阶段的主要作用是获得较厚的白亮层；第二阶段的主要作用是给白亮层中渗入较多的碳原子提高其含碳量。在第一阶段时已经获得的由γ′+ε组成的白亮层中，第二阶段提高其含碳量将促使γ′向ε转变。
优选的，第一阶段：炉内温度：590～650℃；渗剂体积比：氮气:氨气:二氧化碳＝8～10:6～9:0.8～1；炉压：0.01MPa～0.1MPa；反应时间：2～4h。
优选的，第二阶段：温度：590～650℃；渗剂体积比：氮气：氨气＝8～10:6～9；时间2～4h；炉压：0.01MPa～0.1MPa。
优选的，步骤1)氧化处理的温度为500～570℃，氧化时间为1～2h。
优选的，步骤1)得到的铁锅的白亮层厚度≥20um，白亮层相结构为ε单相
或至少ε相:γ′相≥10。
优选的，步骤2)中光能蚀刻深度≤10um。
优选的，在步骤1)之前还包括对毛坯铁锅进行如下处理：预氧化处理:预氧化温度:360～400℃，预氧化时间1～2小时；预抽真空抽真空至-0.05MPa～-0.08MPa。
优选的，在步骤1)中毛坯铁锅用优质低碳钢冷轧板通过冲压拉伸或者旋压的工艺制作出锅坯,然后对锅坯进行除油清洗烘干制得。
一种由上述的制造工艺制备的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅。
本发明的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺采用氮基气氛奥氏体氮碳共渗+后氧化的环保新型复合热处理工艺，它是在铁锅软氮化表面硬化处理的基础上，再连续进行氧化处理，一次性完成氮碳共渗和氧化两道工序，目的是在氮碳共渗层ε单相或ε+γ′相白亮层的表面覆盖一层≥2um的主要以黑色Fe3O4膜为基体的防锈层，可显著提高铁锅表面的抗腐蚀性能，使其能够抵抗大气、水、水蒸汽、油、盐、酱、醋、茶、糖和各种调味品的腐蚀；在性能提升后的无涂层耐磨防锈铁锅表面进行光刻荷叶效应处理，加热时还能从荷叶效应中产生空气动力，最终使铁锅表面达到不粘的优良特性。这样本发明的制备方法制备出来的铁锅耐磨防锈且不粘效果都特别好。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
1.毛坯成型:选用优质低碳钢冷轧板通过冲压拉伸或者旋压的工艺制作出锅的毛坯,然后对锅坯进行除油清洗烘干；
2.无涂层耐磨防锈处理采用新型氮基气氛奥氏体氮碳共渗后氧化工艺:
2.1装夹入炉:采用专用料架对铁锅进行装夹,用行车将铁锅吊入气体氮化炉；
2.2预氧化处理:预氧化温度:360℃，预氧化时间1小时；
2.3预抽真空:锁紧炉盖，启动真空泵，抽真空至-0.05MPa；
2.4氮基气氛奥氏体氮碳共渗：
2.4.1第一阶段使用的弱渗碳添加气是二氧化碳气，在炉气中产生水煤气反应，并产生活性碳原子
CO2+H2→CO+H2O(注：H2来自氨气分解气)
2CO→CO2+[C]
二氧化碳气的加入，不仅可以提供碳原子，而且由于消耗了炉气中的氢气，氢气的减少将使炉气的氮势提高，高氮势气氛下对铁锅表面加速白亮层的生成有益，可以在较短的时间内获得较厚的白亮层。但要指出，二氧化碳气的添加量一般不多，白亮层中的含碳量较低，所获得的是γ′+ε双相组织。温度：590℃；渗剂比例：氮气：氨气：二氧化碳＝10:9:1；
时间2小时；炉压：0.01MPa；氮势≥1；要想在表层化合物层获得单相ε相表层组织，就要控制渗氮时的临界氮势，它是温度的函数；
(T为绝对温度)
2.4.2第二阶段添加剂是甲醇，温度：590℃；渗剂比例：氮气：氨气＝10:9；时间4小时；炉压：0.01MPa；甲醇滴注于炉中发生分解后生成有氢气和一氧化碳(还有甲烷等)
CH3OH→2H2+CO
2CO→CO2+[C]
反应式告诉我们，所提供的碳原子数量较多，也就是说，炉气的碳势较高，白亮层中的含碳量将增多。同时炉气中的氢气量增加而使炉气的氮势下降，对继续增厚白亮层的作用减弱。这期间压制白亮层继续增厚有益于渗入碳元素对白亮层的穿透。
2.5后氧化：2.4完成之后，将炉温降至500℃进行后氧化处理，时间1小时；
2.6检测:金相显微镜下观察铁锅氧氮化层，外表面至基体显微微观组织形态依次为：氧化层厚度≥2um→氮碳共渗白亮层厚度≥20um(白亮层相结构为ε单相或至少ε相:γ′相≥10)→{含氮马氏体层/含氮奥氏体缓冷层≥10um}→氮化过度层→基体。
3.无涂层不粘处理采用仿生荷叶光刻工艺:用光能在锅内侧蚀刻出荷叶一样的表面结构。荷叶不沾水，是因为他的表面布满了10～200纳米左右的荷叶效应，而水分子团均大于200纳米，水滴的直径均超过200微米，所以就被架空在荷叶表面。而铁锅如果具备这种结构，加热时还能从荷叶效应中产生空气动力，肯定能实现不粘。
3.1利用超级计算机建模，仿生荷叶表面结构；
3.2将上述制得的耐磨防锈铁锅，在其表面进行光刻荷叶效应处理，光刻荷叶效应深度≤10um，以使氮化白亮层在不会被击穿的同时保证了良好的耐磨防锈性能。
实施例2
1.毛坯成型:选用优质低碳钢冷轧板通过冲压拉伸或者旋压的工艺制作出锅的毛坯,然后对锅坯进行除油清洗烘干；
2.无涂层耐磨防锈处理采用氮基气氛奥氏体氮碳共渗后氧化工艺:
2.1装夹入炉:采用专用料架对铁锅进行装夹,用行车将铁锅吊入气体氮化炉；
2.2预氧化处理:预氧化温度:400℃，预氧化时间2小时；
2.3预抽真空:锁紧炉盖，启动真空泵，抽真空至-0.08MPa；
2.4氮基气氛奥氏体氮碳共渗：
2.4.1第一阶段使用的弱渗碳添加气是二氧化碳气，在炉气中产生水煤气反应，并产生活性碳原子
CO2+H2→CO+H2O(注：H2来自氨气分解气)
2CO→CO2+[C]
二氧化碳气的加入，不仅可以提供碳原子，而且由于消耗了炉气中的氢气，氢气的减少将使炉气的氮势提高，高氮势气氛下对铁锅表面加速白亮层的生成有益，可以在较短的时间内获得较厚的白亮层。但要指出，二氧化碳气的添加量一般不多，白亮层中的含碳量较低，所获得的是γ′+ε双相组织。温度：650℃；渗剂比例：氮气：氨气：二氧化碳＝8:6:0.8；
时间2小时；炉压：0.1MPa；氮势≥1；要想在表层化合物层获得单相ε相表层组织，就要控制渗氮时的临界氮势，它是温度的函数；
(T为绝对温度)
2.4.2第二阶段添加剂是甲醇，温度：650℃；渗剂比例：氮气：氨气＝10:9；时间2小时；炉压：0.1MPa；甲醇滴注于炉中发生分解后生成有氢气和一氧化碳(还有甲烷等)
CH3OH→2H2+CO
2CO→CO2+[C]
反应式告诉我们，所提供的碳原子数量较多，也就是说，炉气的碳势较高，白亮层中的含碳量将增多。同时炉气中的氢气量增加而使炉气的氮势下降，对继续增厚白亮层的作用减弱。这期间压制白亮层继续增厚有益于渗入碳元素对白亮层的穿透。
2.5后氧化：2.4完成之后，将炉温降至570℃进行后氧化处理，时间2小时；
2.6检测:金相显微镜下观察铁锅氧氮化层，外表面至基体显微微观组织形态依次为：氧化层厚度≥2um→氮碳共渗白亮层厚度≥20um(白亮层相结构为ε单相或至少ε相:γ′相≥10)→{含氮马氏体层/含氮奥氏体缓冷层≥10um}→氮化过度层→基体。
3.无涂层不粘处理采用仿生荷叶光刻工艺:用光能在锅内侧蚀刻出荷叶一样的表面结构。荷叶不沾水，是因为他的表面布满了10～200纳米左右的荷叶效应，而水分子团均大于200纳米，水滴的直径均超过200微米，所以就被架空在荷叶表面。而铁锅如果具备这种结构，加热时还能从荷叶效应中产生空气动力，肯定能实现不粘。
3.1利用超级计算机建模，仿生荷叶表面结构；
3.2将上述制得的耐磨防锈铁锅，在其表面进行光刻荷叶效应处理，荷叶效应深度≤10um，以使氮化白亮层在不会被击穿的同时保证了良好的耐磨防锈性能。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，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来做出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方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺，其特征在于：包括如下步骤：
1)将毛坯铁锅先采用氮基气氛奥氏体氮碳共渗后氧化处理得铁锅；
2)采用超级计算机建立仿荷叶模型，然后利用光能在步骤1)得到的铁锅内侧蚀刻出荷叶一样的表面结构。
2.如权利要求1所述的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺，其特征在于：步骤1)中在气体氮化炉中进行氮基气氛奥氏体氮碳共渗处理分为两个阶段；第一阶段：先向炉气中通入二氧化碳气体反应一段时间；第二阶段：再通入甲醇反应一段时间。
3.如权利要求2所述的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺，其特征在于：第一阶段：炉内温度：590～650℃；渗剂体积比：氮气:氨气:二氧化碳＝8～10:6～9:0.8～1；炉压：0.01MPa～0.1MPa；反应时间：2～4h。
4.如权利要求3所述的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺，其特征在于：第二阶段：温度：590～650℃；渗剂体积比：氮气：氨气＝8～10:6～9；时间2～4h；炉压：0.01MPa～0.1MPa。
5.如权利要求4所述的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺，其特征在于：步骤1)氧化处理的温度为500～570℃，氧化时间为1～2h。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺，其特征在于：步骤1)得到的铁锅的白亮层厚度≥20um，白亮层相结构为ε单相或至少ε相:γ′相≥10。
7.如权利要求6所述的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺，其特征在于：步骤2)中光能蚀刻深度≤10um。
8.如权利要求1-5任一项所述的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺，其特征在于：步骤2)先如权利要求1-5任一项所述的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺，其特征在于：在步骤1)之前还包括对毛坯铁锅进行如下处理：预氧化处理:预氧化温度:360～400℃，预氧化时间1～2小时；预抽真空抽真空至-0.05MPa～-0.08MPa。
9.如权利要求1-5任一项所述的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅的制造工艺，其特征在于：在步骤1)中毛坯铁锅用优质低碳钢冷轧板通过冲压拉伸或者旋压的工艺制作出锅坯,然后对锅坯进行除油清洗烘干制得。
10.一种由权利要求1-9任一项所述的制造工艺制备的一种无涂层耐磨防锈不粘铁锅。
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