CN110948187A - 一种多层复合锅具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多层复合锅具及其制备方法，涉及厨具用品制造领域，所述多层复合锅具有多层复合结构，其面层为金属合金材质，中间层为纯铝，底层为不锈钢，所述中间层厚度不小于面层和底层厚度之和。通过爆炸焊接技术，将面层、中间层和底层复合一起，再经冲压成型、机加工、抛光等工序，制成多层复合锅具。本发明由于使用纯铝作为中间层，具备较高热传导率的纯铝，使锅具面层能获得均一的加热效果，避免了热点的产生，同时因其操作简单，成本低廉，原料易得，而具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及厨具用品技术领域，具体来说，涉及一种多层复合锅具及其制备方法。
背景技术
锅具是烹饪食品的用具，锅具大多是用金属板材加工制成。在使用时，锅具的底面接触高温的炉具，锅具的里面接触食物，所以对制锅具的金属板材的要求除了强度高、刚性好、导热性好、耐高温腐蚀性强之外，还要求耐化学腐蚀强和不会产生对人体健康有害的物质。
目前制作锅具的金属材料多是铸铁、钢、铝、不锈钢等单一材料。这些单一金属材料远不能达到上述制锅具用金属板材的要求，特别是不能保证在使用时不会产生对人体健康有害的物质，理想的制锅具用金属板材应是不同性能的金属板材复合在一起的复合板材。目前制作锅具的金属材料多是铸铁、钢、铝、不锈钢等单一材料。这些单一金属材料远不能达到上述制锅具用金属板材的要求，特别是不能保证在使用时不会产生对人体健康有害的物质，理想的制锅具用金属板材应是不同性能的金属板材复合在一起的复合板材。
为了提高外层钢板的耐腐蚀性能，中国专利ZL200910010101.6中提出了一种锅具用钛钢铝三层复合板的制造方法，该三层复合板的制造方法是把钢板与钛板的一侧表面磨光叠合在一起，排出层间空气，把周边缝隙焊封，在钢板一面刮涂铝粉膏，把叠合板加热到其共晶温度，铝粉膏在钢板表面熔成铝层，在热轧机上热轧熔接，制成锅具用钛钢铝三层复合板。这种钛钢铝三层复合板的铝层强度不高，耐腐蚀性能不是很好。ZL201720056833公开了一种钛-铝-不锈钢复合锅，该复合锅使用1.5mm钛板，1.5mm铝板，1.0mm不锈钢板，经爆炸复合一次成型，锅厚度为4mm左右，超过了市面上大多数锅具，使用手感仍较重，且钛板较贵，导热系数不高，不是锅具常用材料。因此，开发质量轻，成本低，传热均匀的锅具是锅具开发领域的重要课题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种多层复合锅具及其制备方法，以解决现有技术中锅具重、成本高、传热不均匀的技术问题。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供一种多层复合锅具，包括锅面层、芯层和锅底层；
所述锅面层为金属合金材质；所述芯层为纯铝材质；所述锅底层为不锈钢材质；
所述芯层厚度不小于锅底层和锅面层的厚度之和。
进一步地，所述锅面层可以是不锈钢、铸铁、铝、钛、钛合金、马口铁、白口铁，优选地，所述锅面层为不锈钢，铸铁和铝合金。
进一步地，所述芯层为1080、1080A、1070、107000A(L1)、1370、1060(L2)、1050、1050A(L3)、1A50(LB2)、1350、1145、1035(L4)、1A30(L4-1)等牌号的纯铝。进一步地，所述中间层为1080、1070、1370、1060、1050、、1350、1145牌号的纯铝，优选地，本发明所述中间层为1060号纯铝。
进一步地，所述锅底层为SUS201、202、301、302、304、310、316、321不锈钢，进一步地，所述底层为SUS301、302、304、310、316不锈钢，优选地，本发明所述底层为304不锈钢。
一方面，本发明提供一种多层复合锅具的制备方法，具体过程如下：
1)预处理：将金属板表面经酸洗除油，并打磨去除表面氧化物及脏污，清除毛刺、熔渣或抛光；
2)将作为锅面层的金属板和作为芯层的金属板采用爆炸复合成锅具面层；先将锅面层待焊接面朝上并平放在垫板上，垫板的长宽都大于锅面层的长宽，用支撑件将芯层待焊接面对准锅面层待焊接面，然后再在芯层非焊接面放置纤维板，并在纤维板上均匀布满炸药，和在中心位置配置雷管，通过爆炸焊接制得锅具面层，经超声波探伤且合格后对其进行较平，不平度小于3mm/m；
3)将锅底层和步骤2)制备的锅具面层采用爆炸复合成锅具初材；将芯层的未焊接面与作为锅底层的金属板的焊接面之间用支撑件保持间距，再在锅底层的非焊接面放置纤维板，并在纤维板上均匀布满炸药和在中心位置配置雷管，进行爆炸复合，经超声波探伤且合格后对其进行较平，不平度小于3mm/m；
4)将锅具初材进行轧制成多金属复合板，每道次压下率小于15％，轧制后450℃/0.5小时退火，总压下率小于30％；
5)将多金属复合板经过冲压成型、机加工、刷磨、去毛刺，制成多层复合锅具。
进一步地，所述作为锅面层的金属板厚度为0.1-1.0mm，进一步地，本发明所述作为锅面层的金属板厚度为0.1-0.5mm，优选地，本发明所述作为锅面层的金属板厚度为0.5mm。
进一步地，所述作为芯层的金属板厚度为1.0-5.0mm，进一步地，本发明所述作为芯层的金属板厚度为1.0-3.0mm，优选地，本发明所述作为芯层的金属板厚度为3.0mm。
进一步地，所述作为锅底层的金属板厚度为0.1-1.0mm，进一步地，本发明所述作为锅底层的金属板厚度为0.1-0.5mm，优选地，本发明所述作为锅底层的金属板厚度为0.5mm。
进一步地，所述支撑架高度为1.0-10.0mm，进一步地，所述支撑架高度为2.0-8.0mm，优选地，所述支撑架高度为3.0mm，4.0mm，5.0mm。
进一步地，所述炸药可以是膨化硝铵、2号岩石硝铵炸药、94.5％多孔硝酸铵+5.5％柴油、粉状乳化炸药+食盐、铵梯炸药，进一步地，本发明所述炸药为膨化硝铵、2号岩石硝铵炸药、铵梯炸药，优选地，本发明所述炸药为膨化硝铵类炸药。
进一步地，所述炸药装药量0.1-1.0g/cm2，厚度为1-20mm，进一步地，所述炸药装药量0.5-1.0g/cm2，厚度为5-15mm，优选地，所述炸药装药量为0.4、0.6、0.8g/cm2，厚度为5.0mm，8.0mm，12.0mm。
进一步地，所述炸药布满方式为从中心向四周以环状递增进行排布。中心环最小，四周环最大，逐步递增环的大小，进行使得炸药力度均匀，保证爆炸复合的力学性能。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种多层复合锅具及其制备方法，通过采用爆炸复合的技术，将不能采用熔化方式实现焊接的纯铝与不锈钢材料、金属合金材质与纯铝，实现100％冶金焊接结合，复合界面不仅结合强度高，而且热导率也较高，有利于发挥多层复合锅具的加热功能；复合材料结合界面的力学性能达到或者超过被复合的异种金属中性能较弱的金属的结构力学性能。
使用纯铝材料作为复合锅具中间层，由于铝的热传导率高(铝的热传导率190-233W/M.℃)，可将锅底传导而来的热量，均匀而迅速地传导至锅具面层，使锅具各处的食材几乎受热均一，避免了某一处热点的出现；使用的纯铝的厚度明显大于锅面层和锅底层的厚度之和，利于降低整个锅具的重量，也降低锅具的制造成本；
使用不锈钢作为锅底材料，可适用于电磁炉加热，进一步扩大了复合锅具的应用范围；不锈钢的热传导率为16～17W/M.℃，可在加热结束后，避免热量快速流失。
本发明通过爆炸焊接制作的多层复合锅具具有结合强度高的特点，不会因为长时间的摩擦、振动和温度变化而产生层与层之间的相互错动；结合界面紧密，结合间隙无法混入水或杂质且不引起腐蚀，增加锅具的使用寿命，生产效率高，成本低。
爆炸焊接技术是高危险性的生产方法，设计出一定性能的产品的制造工艺，因其工艺参数较多，仅试验过程就需要耗费大量的人力物理，成本巨大，具有较高的危险性。本发明通过考虑锅具在使用过程中的情况，结合现有技术其他种类产品的生产工艺，经严谨设计，高投入的大量实验，设计出本发明产品，在完全满足使用性能需求的同时达到成本最低化的要求。
附图说明
图1为多层复合锅具截面示意图，1为锅底层，2为锅芯层，3为锅面层；
图2为锅具温度测试取点示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
多层复合锅具的制备方法，具体过程如下：
预处理：将两块不锈钢板经除油、酸洗、打磨等流程，去除表面氧化物、脏污、毛刺、熔渣，再抛光处理；取纯铝板，经除油、碱洗、刷磨、抛光，去除表面油污、氧化物；所述芯层厚度不小于锅底层和锅面层的厚度之和，所述锅底层的厚度为0.1-10mm，锅面层的厚度为0.1-1mm，芯层的厚度为1.0-5.0mm。
将作为锅面层的不锈钢板和作为芯层的纯铝板采用爆炸复合成锅具面层；先将锅面层待焊接面朝上并平放在垫板上，垫板的长宽都大于锅面层的长宽，用铝支撑件将芯层待焊接面对准锅面层待焊接面，然后再在芯层非焊接面放置纤维板，并在纤维板上均匀布满炸药，和在中心位置配置雷管，金属板间间距h＝5mm，放置膨化硝铵类炸药，单位面积药量0.8g/cm3，厚度为5mm；通过爆炸焊接制得锅具面层，经超声波探伤且合格后对其进行较平，不平度小于3mm/m；
将作为锅底层的不锈钢板和上步制备的锅具面层采用爆炸复合成锅具初材；将芯层的未焊接面与作为锅底层的金属板的焊接面之间用铝支撑件保持间距，再在锅底层的非焊接面放置纤维板，并在纤维板上均匀布满炸药和在中心位置配置雷管，金属板间间距h＝1mm，单位面积药量0.5g/cm3，厚度为10mm；进行爆炸复合，经超声波探伤且合格后对其进行较平，不平度小于3mm/m；所述炸药是2号岩石硝铵炸药；
将锅具初材进行轧制成多金属复合板，每道次压下率小于15％，轧制后450℃/0.5小时退火，总压下率小于30％；
将多金属复合板经过冲压成型、机加工、刷磨、去毛刺，制成多层复合锅具。
各层的长宽偏差控制在0-5mm，对角线偏差控制在0-5mm。为减少爆炸焊接过程中的边界效应，芯层的下料尺寸要比基板下料尺寸大10mm，下料按划线进行气割或剪切，允许留适当的修磨余量，机加工后清楚毛刺，保证锅具的平整光洁，否则需要进行修磨处理。所有待焊接面需要进行均匀打磨光洁，不允许出现氧化皮、麻点、凹坑等缺陷，要保证基板和复板的厚度，打磨后及时处理表面磨屑、积尘等杂物，打磨面呈金属光泽。
实施例2
多层复合锅具的制备方法，具体过程如下：
预处理：将一块铸铁板和一块不锈钢板，经除油、酸洗、打磨等流程，去除表面氧化物、脏污、毛刺、熔渣，再抛光处理；取纯铝板，经除油、碱洗、刷磨、抛光，去除表面油污、氧化物；所述芯层厚度不小于锅底层和锅面层的厚度之和，所述锅底层的厚度为0.1-10mm，锅面层的厚度为0.1-1mm，芯层的厚度为1.0-5.0mm。
将作为锅面层的铸铁板和作为芯层的纯铝板采用爆炸复合成锅具面层；先将锅面层待焊接面朝上并平放在垫板上，垫板的长宽都大于锅面层的长宽，用铝支撑件将芯层待焊接面对准锅面层待焊接面，然后再在芯层非焊接面放置纤维板，并在纤维板上均匀布满炸药，和在中心位置配置雷管，金属板间间距h＝10mm，放置94.5％多孔硝酸铵+5.5％柴油，单位面积药量0.6g/cm3，厚度为8mm；通过爆炸焊接制得锅具面层，经超声波探伤且合格后对其进行较平，不平度小于3mm/m；
将作为锅底层的不锈钢板和上步制备的锅具面层采用爆炸复合成锅具初材；将芯层的未焊接面与作为锅底层的金属板的焊接面之间用铝支撑件保持间距，再在锅底层的非焊接面放置纤维板，并在纤维板上均匀布满炸药和在中心位置配置雷管，金属板间间距h＝1mm，单位面积药量0.5g/cm3，厚度为10mm；进行爆炸复合，经超声波探伤且合格后对其进行较平，不平度小于3mm/m；所述炸药是94.5％多孔硝酸铵+5.5％柴油；
将锅具初材进行轧制成多金属复合板，每道次压下率小于15％，轧制后450℃/0.5小时退火，总压下率小于30％；
将多金属复合板经过冲压成型、机加工、刷磨、去毛刺，制成多层复合锅具。
实施例3
多层复合锅具的制备方法，具体过程如下：
预处理：将一块不锈钢板和一块铝合金板经除油、酸洗、打磨等流程，去除表面氧化物、脏污、毛刺、熔渣，再抛光处理；取纯铝板，经除油、碱洗、刷磨、抛光，去除表面油污、氧化物；所述芯层厚度不小于锅底层和锅面层的厚度之和，所述锅底层的厚度为0.1-10mm，锅面层的厚度为0.1-1mm，芯层的厚度为1.0-5.0mm。
将作为锅面层的铝合金板和作为芯层的纯铝板采用爆炸复合成锅具面层；先将锅面层待焊接面朝上并平放在垫板上，垫板的长宽都大于锅面层的长宽，用铝支撑件将芯层待焊接面对准锅面层待焊接面，然后再在芯层非焊接面放置纤维板，并在纤维板上均匀布满炸药，和在中心位置配置雷管，金属板间间距h＝2mm，放置粉状乳化炸药+食盐，单位面积药量0.4g/cm3，厚度为12mm；通过爆炸焊接制得锅具面层，经超声波探伤且合格后对其进行较平，不平度小于3mm/m；
将作为锅底层的不锈钢板和上步制备的锅具面层采用爆炸复合成锅具初材；将芯层的未焊接面与作为锅底层的金属板的焊接面之间用铝支撑件保持间距，再在锅底层的非焊接面放置纤维板，并在纤维板上均匀布满炸药和在中心位置配置雷管，金属板间间距h＝8mm，单位面积药量0.8g/cm3，厚度为10mm；进行爆炸复合，经超声波探伤且合格后对其进行较平，不平度小于3mm/m；所述炸药是铵梯炸药；
将锅具初材进行轧制成多金属复合板，每道次压下率小于15％，轧制后450℃/0.5小时退火，总压下率小于30％；
将多金属复合板经过冲压成型、机加工、刷磨、去毛刺，制成多层复合锅具。
实施例4
分别取实施例1-3中所制得的锅具，放置于电磁炉上，调至中火，加入花生油，如图2所示，取5点(锅中心、锅周长方向前、后、左、右)测其温度如下：
表1锅中各点温度测试结果
由表1中数据可知，锅周边点1-点4温度变化不大，锅中心点与周边各点温度相差较小，表明锅具面层温度分布较为均匀。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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之内。
Claims (10)
1.一种多层复合锅具，其特征在于，包括锅面层、芯层和锅底层；
所述锅面层为金属合金材质；所述芯层为纯铝材质；所述锅底层为不锈钢材质；
所述芯层厚度不小于锅底层和锅面层的厚度之和。
2.根据权利要求1所述的多层复合锅具，其特征在于，所述锅面层材料为不锈钢、铸铁、铝、钛、钛合金、铝合金、马口铁或白口铁。
3.根据权利要求1所述的多层复合锅具，其特征在于，所述芯层材料为纯铝，所述纯铝的牌号为1080、1080A、1070、107000A(L1)、1370、1060(L2)、1050、1050A(L3)、1A50(LB2)、1350、1145、1035(L4)或1A30(L4-1)。
4.根据权利要求1所述的多层复合锅具，其特征在于，所述锅底层材料为不锈钢，所述不锈钢的型号为SUS201、202、301、302、304、310、316或321。
5.一种权利要求1～4任一项所述的多层复合锅具的制备方法，其特征在于，具体过程如下：
1)预处理：将金属板表面经酸洗除油，并打磨去除表面氧化物及脏污，清除毛刺、熔渣或抛光；
2)将作为锅面层的金属板和作为芯层的金属板采用爆炸复合成锅具面层；先将锅面层待焊接面朝上并平放在垫板上，垫板的长宽都大于锅面层的长宽，用支撑件将芯层待焊接面对准锅面层待焊接面，然后再在芯层非焊接面放置纤维板，并在纤维板上均匀布满炸药，和在中心位置配置雷管，通过爆炸焊接制得锅具面层，经超声波探伤且合格后对其进行较平，不平度小于3mm/m；
3)将锅底层和步骤2)制备的锅具面层采用爆炸复合成锅具初材；将芯层的未焊接面与作为锅底层的金属板的焊接面之间用支撑件保持间距，再在锅底层的非焊接面放置纤维板，并在纤维板上均匀布满炸药和在中心位置配置雷管，进行爆炸复合，经超声波探伤且合格后对其进行较平，不平度小于3mm/m；
4)将锅具初材进行轧制成多金属复合板，每道次压下率小于15％，轧制后450℃/0.5小时退火，总压下率小于30％；
5)将多金属复合板经过冲压成型、机加工、刷磨、去毛刺，制成多层复合锅具。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述作为锅面层的金属板厚度为0.1-1.0mm；
所述作为芯层的金属板厚度为1.0-5.0mm；
所述作为锅底层的金属板厚度为0.1-1.0mm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述支撑架高度为1.0-10.0mm。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述炸药选自膨化硝铵、2号岩石硝铵炸药、94.5％多孔硝酸铵+5.5％柴油、粉状乳化炸药+食盐或铵梯炸药。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述炸药装药量0.1-1.0g/cm2，厚度为1-20mm。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述炸药布满方式为从中心向四周以环状递增进行排布。
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