CN112458396A - 一种不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺 - Google Patents

一种不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铁锅的表面处理领域，特别涉及一种具有不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺。步骤S1：原始碳钢炒锅坯料去油清洗和表面去锈；步骤S2：碳钢炒锅表面喷砂；步骤S3：碳钢炒锅表面气体氮化，在碳钢炒锅表面形成一层致密氮化层；步骤S4：碳钢炒锅氮化层表面混合水溶液化学处理；步骤S5：在碳钢炒锅氮化层的基础上，碳钢炒锅表面氧化处理；步骤S6：氧化后的碳钢炒锅表面混合水溶液化学处理；步骤S7：碳钢炒锅的氧化层表面抛光；步骤S8：氧化层表面抛光后,碳钢炒锅表面混合水溶液化学处理。本发明可以克服无涂层碳钢炒锅穿孔等问题，提高无涂层碳钢炒锅不沾性和导热性。

Description

一种不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理 工艺
技术领域
本发明涉及铁锅的表面处理领域，特别涉及一种具有不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺。
背景技术
烹饪食物用的碳钢炒锅，目前的加工工艺一般是采用表面氮化和氧化技术或者表面涂覆特氟龙(Teflon)涂层技术。然而，氮化和氧化技术加工的无涂层铁锅能够提高耐均匀腐蚀性能，但仍然容易穿孔(点腐蚀)，且烹饪食物过程中易粘锅，影响食物的营养和增加清洗铁锅的难度。特氟龙涂层的碳钢炒锅，虽然在不沾性能良好，但在烹饪和清洗铁锅过程中，特氟龙涂层易脱落，这会降低铁锅的不沾性能和使用寿命。同时，由于特氟龙涂层碎片混入烹饪的食物，会影响食物的营养，不利于人的身体健康。
鉴于上述原因，目前出现了通过不同工艺，在碳钢炒锅内表面加工多个独立的、均匀分布的和不同形状(如：方形、椭圆形、多边形)的油槽，油槽表面附着不粘锅涂层。锅内食用油加热后，油槽内的油开始沸腾和蒸发。烹饪的食物被沸腾和蒸发的食用油拖起，减少与碳钢炒锅表面的接触，防止食物粘结在锅内。
带有油槽的碳钢炒锅，在静态(食物无翻动)烹饪时，不沾性能良好。但在食物翻炒(施加外力)过程中，食物容易进入油槽，降低不沾性能。另外，油槽表面的不沾涂层脱落，也会降低铁锅的不沾性能，显著增加铁锅清洗难度。上述三类碳钢炒锅加工工艺，无法实现碳钢炒锅长寿命不沾性、耐穿孔和高导热性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，为了克服无涂层碳钢炒锅穿孔等问题，提高无涂层碳钢炒锅不沾性和导热性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，包括如下步骤：
步骤S1：原始碳钢炒锅坯料去油清洗和表面去锈；
步骤S2：碳钢炒锅表面喷砂；
步骤S3：碳钢炒锅表面气体氮化，在碳钢炒锅表面形成一层致密氮化层；
步骤S4：碳钢炒锅浸在Na2SO4+NaHCO3+CH3COONa+MgSO4的混合水溶液中，Na2SO4、NaHCO3、CH3COONa、MgSO4的浓度分别为3～11wt％、3～12wt％、8～20wt％、12～22wt％，浸泡10～50分钟后，溶液温度50～80℃，清洗并烘干；
步骤S5：在碳钢炒锅氮化层的基础上，碳钢炒锅表面氧化处理；
步骤S6：碳钢炒锅浸在K2CO3+FeSO4+Fe2(SO4)3+CaSO4的混合水溶液中，K2CO3、FeSO4、Fe2(SO4)3、CaSO4的浓度分别为5～12wt％、8～13wt％、4～18wt％、12～22wt％，浸泡20～60分钟后，溶液温度60～90℃，清洗并烘干；
步骤S7：碳钢炒锅的氧化层表面抛光；
步骤S8：碳钢炒锅浸在MgI2+Na2SO4+(CH3COO)2Mg+NaNO3的混合水溶液中，MgI2、Na2SO4、(CH3COO)2Mg、NaNO3的浓度分别为9～15wt％、7～15wt％、7～13wt％、9～20wt％，浸泡30～70分钟后，溶液温度55～85℃，清洗并烘干。
所述的不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，步骤S1中，原始碳钢炒锅坯料冲压成型后，使用中性清洗剂清洗碳钢炒锅表面油污，清洗油污后将碳钢炒锅烘干，烘干后的碳钢炒锅进行表面去锈处理2～9分钟。
所述的不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，步骤S2中，碳钢炒锅表面喷砂处理2～10分钟，喷砂后清除碳钢炒锅表面附着物。
所述的不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，步骤S3中，将碳钢炒锅置于氮化炉内，NH3气直接输进550～650℃的氮化炉内，NH3气压力为0.8～1.5MPa，保持6～10小时后，碳钢炒锅移出氮化炉空冷至室温，将氮化后的碳钢炒锅进行表面清洗后烘干，氮化层的厚度约为18～25微米。
所述的不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，步骤S5中，氧化处理工艺采用碱性发黑液，发黑液的成分为NaNO3、NaOH、NaNO2和水，NaNO3、NaOH、NaNO2的浓度分别为3～9wt％、3～7wt％、9～15wt％，发黑液pH值为10.5～13.4，将碳钢炒锅浸在发黑液中，氧化处理时间3～12min；发黑液温度为260～350℃，氧化处理后，清洗碳钢炒锅表面，氧化层的厚度为18～26微米。
所述的不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，步骤S7中，碳钢炒锅表面进行布轮抛光处理，抛光时间为2～8分钟。
本发明的设计思想是：
通过本发明的抛光工艺，实现炒锅表面微观组织结构均匀，其表面粗糙度和残余应力分布均匀，减少碳钢炒锅表面的组织结构缺陷。通过本发明抛光工艺处理的无涂层碳钢炒锅，可实现氮化层致密且均匀，减少均匀腐蚀速率和降低点腐蚀(穿孔)的风险。本发明的氮化膜致密和均匀，可导致氧化膜更加均匀和致密，也可以减少均匀腐蚀速率和降低点腐蚀(穿孔)的风险。另外，均匀和致密的氧化膜和氮化膜可提高无涂层碳钢炒锅的导热(升温)速率。
本发明通过对氮化层和氧化层不同混合水溶液的化学处理，可降低氮化膜和氧化膜的化学活性，提高无涂层碳钢炒锅的不沾性。在氧化膜磨损后，由于对氮化膜也进行混合水溶液的化学处理，氮化膜会起到耐均匀和点腐蚀(穿孔)、提高不沾性的效果。因此，本发明可提高无涂层碳钢炒锅耐均匀和点腐蚀(穿孔)、不沾性和高导热性的使用寿命。
本发明的优点及有益效果是：
1、采用本发明处理的无涂层碳钢炒锅正常烹饪过程中，烹饪食物(如：煎鸡蛋、炒豆腐和土豆丝、煎鱼等)不粘结在锅表面，且氧化层和氮化层都具有不沾性，只要碳钢炒锅表面存在氧化层和氮化层，其不沾性能不会降低，提高无涂层碳钢炒锅不沾性寿命。
2、采用本发明处理的无涂层碳钢炒锅在酸盐混合浸泡中，100小时后出现腐蚀穿孔现象(普通无涂层碳钢炒锅的出现的穿孔时间一般40小时左右)，提高无涂层碳钢炒锅耐穿孔能力。
3、采用本发明处理的无涂层碳钢炒锅导热性提高，可以减少燃气或者电消耗量。
附图说明
图1为本发明实施例的无涂层碳钢炒锅养锅后，无油煎鸡蛋后锅内表面图。
图2为本发明实施例的无涂层碳钢炒锅养锅后，煎豆腐(正常用油)后锅内表面图。
图3为本发明实施例的无涂层碳钢炒锅养锅后，炒土豆丝(正常用油)后锅内表面图。
图4为本发明实施例的无涂层碳钢炒锅养锅后，煎鱼(正常用油)后锅内表面图。
图5为本发明实施例的无涂层碳钢炒锅，醋酸(5wt％)+氯化钠(3wt％)混合水溶液室温(24±1℃)浸泡165小时的形貌。
图6为本发明实施例的无涂层碳钢炒锅，醋酸(5wt％)+氯化钠(3wt％)混合水溶液室温(24±1℃)浸泡195小时的形貌。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明种不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅具表面处理工艺如下：
步骤S1：原始碳钢炒锅坯料去油清洗和表面去锈；
步骤S2：碳钢炒锅表面喷砂；
步骤S3：碳钢炒锅表面气体氮化，在碳钢炒锅表面形成一层致密氮化层；
步骤S4：碳钢炒锅氮化层表面混合水溶液化学处理；
步骤S5：在碳钢炒锅氮化层的基础上，碳钢炒锅表面氧化处理；
步骤S6：氧化后的碳钢炒锅表面混合水溶液化学处理；
步骤S7：碳钢炒锅的氧化层表面抛光；
步骤S8：氧化层表面抛光后，碳钢炒锅表面混合水溶液化学处理。
下面，结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例中，不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，其工艺步骤如下：
步骤S1：原始碳钢炒锅坯料冲压成型后，使用中性清洗剂清洗碳钢炒锅表面油污，清洗油污后将碳钢炒锅烘干，烘干后的碳钢炒锅进行表面去锈处理6分钟。
步骤S2：碳钢炒锅表面喷砂处理6分钟，喷砂后清除碳钢炒锅表面附着物。
步骤S3：将碳钢炒锅置于氮化炉内，NH3气直接输进590℃的氮化炉内，NH3气压力为0.95MPa，保持8小时后，碳钢炒锅移出氮化炉空冷至室温，将氮化后的碳钢炒锅进行表面清洗后烘干。此步骤中，氮化层的厚度为19.2微米，氮化的作用是减少均匀腐蚀速率和点腐蚀(穿孔)风险。
步骤S4：碳钢炒锅浸在Na2SO4+NaHCO3+CH3COONa+MgSO4的混合水溶液中，Na2SO4、NaHCO3、CH3COONa、MgSO4的浓度分别为6wt％、8wt％、15wt％、20wt％，溶液温度70℃，浸泡30分钟后，清洗并烘干。此步骤中，混合水溶液的作用是降低氮化层的化学活性，提高氮化层的不沾性。
步骤S5：氧化处理工艺采用碱性发黑液，发黑液的成分为NaNO3、NaOH、NaNO2和水，NaNO3、NaOH、NaNO2的浓度分别为6.1wt％、4.2wt％、10.8wt％，发黑液pH值为10.8，将碳钢炒锅浸在发黑液中，氧化处理时间8min。发黑液温度为290℃，氧化处理后，清洗碳钢炒锅表面。此步骤中，氧化层的厚度为23.2微米，发黑液的作用是在氮化层表面形成一层氧化膜，提高碳钢炒锅的耐均匀和点腐蚀(穿孔)。
步骤S6：碳钢炒锅浸在K2CO3+FeSO4+Fe2(SO4)3+CaSO4的混合水溶液中，K2CO3、FeSO4、Fe2(SO4)3、CaSO4的浓度分别为9wt％、10wt％、11wt％、15wt％，溶液温度75℃，浸泡40分钟后，清洗并烘干。此步骤中，混合水溶液的作用是降低氧化膜的化学活性，提高不沾性。
步骤S7：碳钢炒锅表面进行布轮抛光处理(布轮中含有植物油)，抛光时间为6分钟。
步骤S8：碳钢炒锅浸在MgI2+Na2SO4+(CH3COO)2Mg+NaNO3的混合水溶液中，MgI2、Na2SO4、(CH3COO)2Mg、NaNO3的浓度分别为12wt％、11wt％、10wt％、15wt％，溶液温度80℃，浸泡50分钟后，清洗并烘干。此步骤中，混合水溶液的作用是降低氧化膜的化学活性，提高不沾性。
实施例2
本实施例中，不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，其工艺步骤如下：
步骤S1：原始碳钢炒锅坯料冲压成型后，使用中性清洗剂清洗碳钢炒锅表面油污，清洗油污后将碳钢炒锅烘干，烘干后的碳钢炒锅进行表面去锈处理3分钟。
步骤S2：碳钢炒锅表面喷砂处理4分钟，喷砂后清除碳钢炒锅表面附着物。
步骤S3：将碳钢炒锅置于氮化炉内，NH3气直接输进550℃的氮化炉内，NH3气压力为1.1MPa，保持6小时后，碳钢炒锅移出氮化炉空冷至室温，将氮化后的碳钢炒锅进行表面清洗后烘干。此步骤中，氮化层的厚度为21.6微米。
步骤S4：碳钢炒锅浸在Na2SO4+NaHCO3+CH3COONa+MgSO4的混合水溶液中，Na2SO4、NaHCO3、CH3COONa、MgSO4的浓度分别为4wt％、10wt％、12wt％、16wt％，溶液温度55℃，浸泡20分钟后，清洗并烘干。
步骤S5：氧化处理工艺采用碱性发黑液，发黑液的成分为NaNO3、NaOH、NaNO2和水，NaNO3、NaOH、NaNO2的浓度分别为5.5wt％、4.6wt％、11.2wt％，发黑液pH值为11.3，将碳钢炒锅浸在发黑液中，发黑液温度为310℃，氧化处理时间6min。氧化处理后，清洗碳钢炒锅表面。此步骤中，氧化层的厚度为23.5微米。
步骤S6：碳钢炒锅浸在K2CO3+FeSO4+Fe2(SO4)3+CaSO4的混合水溶液中，K2CO3、FeSO4、Fe2(SO4)3、CaSO4的浓度分别为7wt％、12wt％、6wt％、20wt％，溶液温度85℃，浸泡30分钟后，清洗并烘干。
步骤S7：碳钢炒锅表面进行布轮抛光处理(布轮中含有植物油)，抛光时间为4分钟。
步骤S8：碳钢炒锅浸在MgI2+Na2SO4+(CH3COO)2Mg+NaNO3的混合水溶液中，MgI2、Na2SO4、(CH3COO)2Mg、NaNO3的浓度分别为10wt％、14wt％、8wt％、18wt％，溶液温度75℃，浸泡40分钟后，清洗并烘干。
实施例3
本实施例中，不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，其工艺步骤如下：
步骤S1：原始碳钢炒锅坯料冲压成型后，使用中性清洗剂清洗碳钢炒锅表面油污，清洗油污后将碳钢炒锅烘干，烘干后的碳钢炒锅进行表面去锈处理9分钟。
步骤S2：碳钢炒锅表面喷砂处理8分钟，喷砂后清除碳钢炒锅表面附着物。
步骤S3：将碳钢炒锅置于氮化炉内，NH3气直接输进600℃的氮化炉内，NH3气压力为1.25MPa，保持10小时后，碳钢炒锅移出氮化炉空冷至室温，将氮化后的碳钢炒锅进行表面清洗后烘干。此步骤中，氮化层的厚度为21.3微米。
步骤S4：碳钢炒锅浸在Na2SO4+NaHCO3+CH3COONa+MgSO4的混合水溶液中，Na2SO4、NaHCO3、CH3COONa、MgSO4的浓度分别为8wt％、6wt％、10wt％、12wt％，溶液温度75℃，浸泡40分钟后，清洗并烘干。
步骤S5：氧化处理工艺采用碱性发黑液，发黑液的成分为NaNO3、NaOH、NaNO2和水，NaNO3、NaOH、NaNO2的浓度分别为5.8wt％、5.3wt％、10.8wt％，发黑液pH值为13.1，将碳钢炒锅浸在发黑液中，发黑液温度为275℃，氧化处理时间10min。氧化处理后，清洗碳钢炒锅表面。此步骤中，氧化层的厚度为24.7微米。
步骤S6：碳钢炒锅浸在K2CO3+FeSO4+Fe2(SO4)3+CaSO4的混合水溶液中，K2CO3、FeSO4、Fe2(SO4)3、CaSO4的浓度分别为11wt％、9wt％、16wt％、13wt％，溶液温度65℃，浸泡50分钟后，清洗并烘干。
步骤S7：碳钢炒锅表面进行布轮抛光处理(布轮中含有植物油)，抛光时间为8分钟。
步骤S8：碳钢炒锅浸在MgI2+Na2SO4+(CH3COO)2Mg+NaNO3的混合水溶液中，MgI2、Na2SO4、(CH3COO)2Mg、NaNO3的浓度分别为13wt％、9wt％、11wt％、12wt％，溶液温度65℃，浸泡60分钟后，清洗并烘干。
如图1所示，本发明实施例无涂层碳钢炒锅，养锅后用洗洁精清洗3次后，无油煎鸡蛋时，锅内表面状态，没有出现粘结的现象。
如图2-图4所示，分别为为本发明实施例无涂层碳钢炒锅正常烹饪(如：煎豆腐、炒土豆丝和煎鱼)后，锅内表面状态。这三种情况没有发现食物粘结在锅表面的现象。
如图5所示，本发明实施例无涂层铁在醋酸(5wt％)+氯化钠(3wt％)混合水溶液室温(24±1℃)浸泡165小时后，锅内表面形貌。锅底颜色与未腐蚀部位相当，115小时后开始出现点腐蚀。
如图6所示，本发明实施例无涂层碳钢炒锅在醋酸(5wt％)+氯化钠(3wt％)混合水溶液室温(24±1℃)浸泡165小时后，锅内表面形貌。锅底颜色与未腐蚀部位相当，101小时后开始出现点腐蚀。
通过本发明实施例，无涂层碳钢炒锅本发明中的处理工艺，可保证在正常烹饪食物时不沾锅。只要氧化膜和氮化膜存在，不沾性一直存在，提高无涂层碳钢炒锅不沾性的使用寿命。
通过对本发明处理的无涂层碳钢炒锅加热过程，其锅底(内表面)的升温速升温速率(2.17℃/秒)，高于相同加热条件下普通无涂层碳钢炒锅底的升温速率(1.40℃/秒)。
通过上述实施例，本发明处理的无涂层碳钢炒锅在烹饪过程中具有不沾、耐穿孔(点腐蚀)和导热快等性能。
本发明处理的无涂层碳钢炒锅，氮化膜和氧化致密，且碳钢炒锅表面与氮化层、氮化层与氧化结合紧密(耐穿孔和高导热性)，氧化膜和氮化膜化学活性降低(不沾性)。
对公开实施例的上述说明，是本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域专业技术人员是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：原始碳钢炒锅坯料去油清洗和表面去锈；
步骤S2：碳钢炒锅表面喷砂；
步骤S3：碳钢炒锅表面气体氮化，在碳钢炒锅表面形成一层致密氮化层；
步骤S4：碳钢炒锅浸在Na2SO4+NaHCO3+CH3COONa+MgSO4的混合水溶液中，Na2SO4、NaHCO3、CH3COONa、MgSO4的浓度分别为3～11wt％、3～12wt％、8～20wt％、12～22wt％，浸泡10～50分钟后，溶液温度50～80℃，清洗并烘干；
步骤S5：在碳钢炒锅氮化层的基础上，碳钢炒锅表面氧化处理；
步骤S6：碳钢炒锅浸在K2CO3+FeSO4+Fe2(SO4)3+CaSO4的混合水溶液中，K2CO3、FeSO4、Fe2(SO4)3、CaSO4的浓度分别为5～12wt％、8～13wt％、4～18wt％、12～22wt％，浸泡20～60分钟后，溶液温度60～90℃，清洗并烘干；
步骤S7：碳钢炒锅的氧化层表面抛光；
步骤S8：碳钢炒锅浸在MgI2+Na2SO4+(CH3COO)2Mg+NaNO3的混合水溶液中，MgI2、Na2SO4、(CH3COO)2Mg、NaNO3的浓度分别为9～15wt％、7～15wt％、7～13wt％、9～20wt％，浸泡30～70分钟后，溶液温度55～85℃，清洗并烘干。
2.按照权利要求1所述的不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，其特征在于，步骤S1中，原始碳钢炒锅坯料冲压成型后，使用中性清洗剂清洗碳钢炒锅表面油污，清洗油污后将碳钢炒锅烘干，烘干后的碳钢炒锅进行表面去锈处理2～9分钟。
3.按照权利要求1所述的不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，其特征在于，步骤S2中，碳钢炒锅表面喷砂处理2～10分钟，喷砂后清除碳钢炒锅表面附着物。
4.按照权利要求1所述的不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，其特征在于，步骤S3中，将碳钢炒锅置于氮化炉内，NH3气直接输进550～650℃的氮化炉内，NH3气压力为0.8～1.5MPa，保持6～10小时后，碳钢炒锅移出氮化炉空冷至室温，将氮化后的碳钢炒锅进行表面清洗后烘干，氮化层的厚度约为18～25微米。
5.按照权利要求1所述的不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，其特征在于，步骤S5中，氧化处理工艺采用碱性发黑液，发黑液的成分为NaNO3、NaOH、NaNO2和水，NaNO3、NaOH、NaNO2的浓度分别为3～9wt％、3～7wt％、9～15wt％，发黑液pH值为10.5～13.4，将碳钢炒锅浸在发黑液中，氧化处理时间3～12min；发黑液温度为260～350℃，氧化处理后，清洗碳钢炒锅表面，氧化层的厚度为18～26微米。
6.按照权利要求1所述的不沾、耐穿孔和高导热性的无涂层碳钢炒锅表面处理工艺，其特征在于，步骤S7中，碳钢炒锅表面进行布轮抛光处理，抛光时间为2～8分钟。
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