CN112545298A - 一种轻量化不锈铁锅及其制备方法 - Google Patents

一种轻量化不锈铁锅及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉厨房用具技术领域，尤其涉及一种轻量化不锈铁锅及其制备方法，包括铁锅本体，所述铁锅本体包括铁质内层和成型于所述铁质内层外的铝质外层3；所述铁质内层2表面形成有ε‑氮化铁膜层，所述铁质内层2表面硬度为500‑700HV。本发明的不锈铁锅，其内表面形成的ε‑氮化铁膜具有较好的致密性和硬度，耐磨性能优越，采用铁铝两层复合材料，内表面铁层尽可能的做到最薄，外层铝层具有质量轻、热导性好的特点，可以使产品尽可能的轻量化，同时还避免了传统铁锅容易局部聚热，产生油烟点的缺点；其制备工艺简单。

Description

一种轻量化不锈铁锅及其制备方法
【技术领域】
本发明属于厨房用具技术领域，尤其涉及一种轻量化不锈铁锅及其制备方法。
【背景技术】
铁锅是烹饪食物的传统厨具，多采用生铁制成，具有几乎不含有对人体有害的重金属元素、耐用的优点，现有的铁锅一般整体采用铁板拉伸或铸铁成型，为保证烹饪时不易产生油烟，防止局部聚热，需保证一定的厚度，导致锅身沉重，不易拿起。同时铁为一种活泼金属，在空气中暴露或与盐、酸的接触中，容易氧化生锈，人体吸收过多氧化铁，即锈迹后，会对肝脏产生危害。为消除铁锈对人体的危害，市面上出现了一种耐磨防锈铁锅,其内外表面经过氮化处理,有较好的耐磨性耐腐蚀性，同时，为达到好的耐磨防烧穿效果，一般制造得较为厚重，产品重量较重，并不方便使用。铁的密度为7.8g/mm3，而铝的密度为2.7g/mm3，同厚度体积材料，铝比铁的重量轻65％。
公开号为CN210748695U的实用新型专利，提供一种轻质少油烟复合防锈铁锅，铁锅基体包括依次层叠、一体成型的铁层、铝芯层、铁层。基体内表面喷涂层、基体外表面涂层构成了铁锅的耐磨防锈层，虽然做到了防锈轻便的效果，但结构复杂，工艺繁杂，还未达到最佳效果。
【发明内容】
本发明提供一种轻量化不锈铁锅及其制备方法，达到锅身轻便，不易生锈，同时保留铁锅原有烹饪特性的效果。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种烹饪器具，包括铁锅本体，所述铁锅本体包括铁质内层和成型于所述铁质内层外的铝质外层；所述铁质内层表面形成有ε-氮化铁膜层，所述铁质内层表面硬度为500-700HV。
优选地，所述铁锅本体外底部冷喷涂有导磁层，所述导磁层材料为磁性复合材料或者金属铁或者不锈钢。
优选地，所述铁锅本体外底部喷涂有耐温涂料层，所述耐温涂料层为高温漆涂层、有机硅树脂或搪瓷涂层。
优选地，所述铁质内层厚度为0.5～2.5mm，所述铝质外层厚度为1.0～5.5mm。
一种轻量化不锈铁锅的制备方法，包括如下制备步骤：
S1.锅坯成型：将金属板材压模或旋压成型为锅坯体，所述锅坯体内表面为铁层，外表面为铝层；
S2.对步骤S1的锅坯体进行除油清洗处理；
S3.深层氮化：将经步骤S2处理后的锅坯体在氮化炉中进行盐浴氮化，其中，盐浴氮化液中氰酸根的质量浓度为30％～34％；
S4.对经步骤S3深层氮化后的锅坯体进行保温处理后，再次对锅坯体进行同样的除油清洗处理；
S5.盐浴氧化：对经步骤S4处理的锅坯体在氧化炉中进行盐浴氧化；
S6.对经步骤S5处理的锅坯体进行清洗并烘干，然后对所述锅坯体进行抛光，即可制得轻量化不锈铁锅。
优选地，步骤S2中，除油槽液温度≥60℃，第一段除油槽液pH值≥12，第二段除油槽液pH值≥9；清洗后对锅坯体的烘干温度为150℃～170℃。
优选地，步骤S3中，盐浴氮化盐配方组成按质量份数计包括：CO(NH2)2 30～50份、Na2CO3 4～8份、K2CO3 6～10份、Li2CO3 5～10份、KCNO 12～25份、NaCNO 8～15份、NaCl 5～8份。
优选地，步骤S3中，盐浴氮化处理温度为580℃～600℃，氮化时间为170～190min，氮化炉中的氮化盐至炉口的距离≤180mm。
优选地，步骤S5中，盐浴氧化盐按质量份数计，包括CNO-38～41份、CO3 ＝14～18份、M+43～46份、CN-1～4份，其中，M+为K+、Na+和Li+中的一种或几种。
优选地，步骤S5中，盐浴氧化处理温度为420℃～440℃，氧化时间为170min～190min。
优选地，步骤S6中，清洗温度≥90℃，烘干温度为150℃～170℃。
优选地，步骤S4中，保温处理条件为：在350℃～400℃下保温15～20min。
本发明的有益效果至少包括：1)本发明采用盐浴工艺，铁材料在590±10℃的工作温度下与盐浴液体发生反应，可以在金属表面形成一层品质优良的致密的化合物层。该化合物完全由ε-氮化铁组成，能够高效地提高金属表面的硬度、致密性，处理后金属材料表面硬度值可达到500～700HV，从而使金属表面拥有良好的耐磨性能；
2)本发明铁材料经过盐浴复合工艺处理后与1Cr18Ni9Ti不锈钢以及镀铬材料的中性盐雾试验对比，中性盐雾测试能达到20～60h，耐腐蚀性接近1Cr18Ni9Ti不锈钢，是镀硬铬的12倍左右，更是普通发黑的50倍左右；
3)本发明采用铁铝两层复合材料，内表面铁层尽可能的做到最薄，外层铝层具有质量轻、热导性好的特点，可以使产品尽可能的轻量化，同时还避免了传统铁锅容易局部聚热，产生油烟点的缺点；
4)本发明工序简单，无需采用高精度加工设备，对加工设备投入少，工人劳动强度低，有效减少了生产投入，降低了产品的加工成本。
【附图说明】
图1为本发明中烹饪器具的剖视图。
图2为本发明的制备方法流程示意图。
【具体实施方式】
下面通过具体实施例并结合附图，对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
一种轻量化不锈铁锅，包括铁锅本体1，所述铁锅本体1包括铁质内层2和成型于所述铁质内层2外的铝质外层3；所述铁质内层2表面形成有ε-氮化铁膜层，所述铁质内层2表面硬度为500-700HV。
进一步地，所述铁锅本体1外底部冷喷涂有导磁层，所述导磁层材料为磁性复合材料或者金属铁或者不锈钢。
进一步地，所述铁锅本体1外底部喷涂有耐温涂料层，所述耐温涂料层为高温漆涂层、有机硅树脂或搪瓷涂层。
进一步地，所述铁质内层2厚度为0.5～2.5mm，所述铝质外层3厚度为1.0～5.5mm。
一种上述轻量化不锈铁锅的制备方法，包括如下制备步骤：
S1.锅坯成型：将金属板材压模或旋压成型为锅坯体，所述锅坯体内表面为铁层，外表面为铝层；
S2.对步骤S1的锅坯体进行除油清洗处理；
S3.深层氮化：将经步骤S2处理后的锅坯体在氮化炉中进行盐浴氮化，其中，盐浴氮化液中氰酸根的质量浓度为30％～34％；
S4.对经步骤S3深层氮化后的锅坯体进行保温处理后，再次对锅坯体进行同样的除油清洗处理；
S5.盐浴氧化：对经步骤S4处理的锅坯体在氧化炉中进行盐浴氧化；
S6.对经步骤S5处理的锅坯体进行清洗并烘干，然后对所述锅坯体进行抛光，即可制得轻量化不锈铁锅。
进一步地，步骤S2中，除油槽液温度≥60℃，第一段除油槽液pH值≥12，第二段除油槽液pH值≥9；清洗后对锅坯体的烘干温度为150℃～170℃。
进一步地，步骤S3中，盐浴氮化盐配方组成按质量份数计包括：CO(NH2)230～50份、Na2CO3 4～8份、K2CO3 6～10份、Li2CO3 5～10份、KCNO 12～25份、NaCNO 8～15份、NaCl 5～8份。
进一步地，步骤S3中，盐浴氮化处理温度为580℃～600℃，氮化时间为170～190min，氮化炉中的氮化盐至炉口的距离≤180mm。
进一步地，步骤S5中，盐浴氧化盐按质量份数计，包括CNO-38～41份、CO3 ＝14～18份、M+43～46份、CN-1～4份，其中，M+为K+、Na+和Li+中的一种或几种。
进一步地，步骤S5中，盐浴氧化处理温度为420℃～440℃，氧化时间为170min～190min。
进一步地，步骤S6中，清洗温度≥90℃，烘干温度为150℃～170℃。
进一步地，步骤S4中，保温处理条件为：在350℃～400℃下保温15～20min。
实施例1
一种轻量化不锈铁锅，包括铁锅本体1，铁锅本体1包括铁质内层2和成型于铁质内层2外侧的铝质外层3，其中铁质内层2的厚度为0.5mm，铝质外层3厚度为5.5mm；在铁质外层2的内表面通过盐浴氮化，形成一层ε-氮化铁膜层，该膜层致密性好，可提高金属表面的硬度，处理后金属材料表面硬度值可达到500～700HV，从而使锅体表面具有良好的耐磨性能。该铁锅本体1的底部外侧还设有导磁层。
该轻量化不锈铁锅的制备方法，包括以下步骤：
S1.锅坯成型：选取备用的的铁铝复合板材，将板材下料呈所需形状大小，通过挤压或拉伸等压模的方式将板材成型为锅坯体，其中锅坯体的内层为厚度为0.5mm的铁层，外层为厚度为5.5mm的铝层。
S2.将步骤S1得到的锅坯体用尼龙轮打磨其内外表面，除去表面缺陷，然后锅坯体进行除油清洗处理，其中除油槽液温度为60℃，第一段除油槽液pH值为12，第二段除油槽液pH值为9；清洗后对锅坯体的烘干温度为150℃。
S3.深层氮化：将经步骤S2处理后的锅坯体在氮化炉中进行盐浴氮化，其中，盐浴氮化盐按质量份数计，配方组成包括：CO(NH2)2 40份、Na2CO3 6份、K2CO3 8份、Li2CO3 7份、KCNO 22份、NaCNO 8份、NaCl 5份，盐浴氮化液中氰酸根的质量浓度为30％；盐浴氮化处理温度为580℃，氮化时间为170min，氮化炉中的氮化盐至炉口的距离为180mm。
S4.对经步骤S3深层氮化后的锅坯体进行保温处理，保温处理条件为：在350℃下保温20min，然后再次对锅坯体进行除油清洗处理，其中除油槽液温度为60℃，第一段除油槽液pH值为12，第二段除油槽液pH值为9；清洗后对锅坯体的烘干温度为150℃。
S5.盐浴氧化：对经步骤S4处理的锅坯体在氧化炉中进行盐浴氧化，其中，盐浴氧化盐按质量份数计，组成有：CNO-38份、CO3 ＝18份、M+(K+、Na+、Li+之和)43份、CN-1份，盐浴氧化处理温度为420℃，氧化时间为190min；
S6.对经步骤S5处理的锅坯体进行清洗并烘干，其中清洗温度为90℃，烘干温度为150℃，然后在锅坯体外侧底部进行冷喷涂导磁层，导磁层材料为金属铁，其中铁粉纯度＞95％，粒径范围为100～1000目，然后对所述锅坯体进行抛光，即可制得轻量化不锈铁锅。
实施例2
一种轻量化不锈铁锅，包括铁锅本体1，铁锅本体1包括铁质内层2和成型于铁质内层2外侧的铝质外层3，其中铁质内层2的厚度为2.5mm，铝质外层3厚度为1.0mm；在铁质外层2的内表面通过盐浴氮化，形成一层ε-氮化铁膜层，该膜层致密性好，可提高金属表面的硬度，处理后金属材料表面硬度值可达到600～700HV，从而使锅体表面具有良好的耐磨性能。该铁锅本体1的底部外侧还设有导磁层。
该轻量化不锈铁锅的制备方法，包括以下步骤：
S1.锅坯成型：选取备用的的铁铝复合板材，将板材下料呈所需形状大小，通过挤压或拉伸等压模的方式将板材成型为锅坯体，其中锅坯体的内层为厚度为2.5mm的铁层，外层为厚度为1.0mm的铝层。
S2.将步骤S1得到的锅坯体用尼龙轮打磨其内外表面，除去表面缺陷，然后锅坯体进行除油清洗处理，其中除油槽液温度为65℃，第一段除油槽液pH值为13，第二段除油槽液pH值为10；清洗后对锅坯体的烘干温度为170℃。
S3.深层氮化：将经步骤S2处理后的锅坯体在氮化炉中进行盐浴氮化，其中，盐浴氮化盐按质量份数计，配方组成包括：CO(NH2)2 30份、Na2CO3 8份、K2CO3 10份、Li2CO3 5份、KCNO 25份、NaCNO 15份、NaCl 7份，盐浴氮化液中氰酸根的质量浓度为34％；盐浴氮化处理温度为600℃，氮化时间为170min，氮化炉中的氮化盐至炉口的距离为170mm。
S4.对经步骤S3深层氮化后的锅坯体进行保温处理，保温处理条件为：在400℃下保温15min，然后再次对锅坯体进行除油清洗处理，其中除油槽液温度为65℃，第一段除油槽液pH值为13，第二段除油槽液pH值为10；清洗后对锅坯体的烘干温度为170℃。
S5.盐浴氧化：对经步骤S4处理的锅坯体在氧化炉中进行盐浴氧化，其中，盐浴氧化盐按质量份数计，组成为：CNO-38份、CO3 ＝18份、M+(K+、Na+、Li+之和)46份、CN-4份，盐浴氧化处理温度为440℃，氧化时间为170min；
S6.对经步骤S5处理的锅坯体进行清洗并烘干，其中清洗温度为95℃，烘干温度为170℃，然后在锅坯体外侧底部进行冷喷涂导磁层，导磁层材料为磁性复合材料或者不锈钢，然后对所述锅坯体进行抛光，即可制得轻量化不锈铁锅。
实施例3
一种轻量化不锈铁锅，包括铁锅本体1，铁锅本体1包括铁质内层2和成型于铁质内层2外侧的铝质外层3，其中铁质内层2的厚度为1.5mm，铝质外层3厚度为3.5mm；在铁质外层2的内表面通过盐浴氮化，形成一层ε-氮化铁膜层，该膜层致密性好，可提高金属表面的硬度，处理后金属材料表面硬度值可达到550～650HV，从而使锅体表面具有良好的耐磨性能。该铁锅本体1的底部外侧还设有导磁层。
该轻量化不锈铁锅的制备方法，包括以下步骤：
S1.锅坯成型：选取备用的的铁铝复合板材，将板材下料呈所需形状大小，通过挤压或拉伸等压模的方式将板材成型为锅坯体，其中锅坯体的内层为厚度为1.5mm的铁层，外层为厚度为3.5mm的铝层。
S2.将步骤S1得到的锅坯体用尼龙轮打磨其内外表面，除去表面缺陷，然后锅坯体进行除油清洗处理，其中除油槽液温度为80℃，第一段除油槽液pH值为12.5，第二段除油槽液pH值为9.5；清洗后对锅坯体的烘干温度为160℃。
S3.深层氮化：将经步骤S2处理后的锅坯体在氮化炉中进行盐浴氮化，其中，盐浴氮化盐按质量份数计，配方组成包括：CO(NH2)2 50份、Na2CO3 4份、K2CO3 6份、Li2CO3 10份、KCNO 12份、NaCNO 10份、NaCl 8份，盐浴氮化液中氰酸根的质量浓度为32％；盐浴氮化处理温度为590℃，氮化时间为180min，氮化炉中的氮化盐至炉口的距离为160mm。
S4.对经步骤S3深层氮化后的锅坯体进行保温处理，保温处理条件为：在380℃下保温18min，然后再次对锅坯体进行除油清洗处理，其中除油槽液温度为80℃，第一段除油槽液pH值为12.5，第二段除油槽液pH值为9.5；清洗后对锅坯体的烘干温度为160℃。
S5.盐浴氧化：对经步骤S4处理的锅坯体在氧化炉中进行盐浴氧化，其中，盐浴氧化盐按质量份数计，组成为：CNO-41份、CO3 ＝14份、M+(K+、Na+、Li+之和)44份、CN-1份，盐浴氧化处理温度为430℃，氧化时间为180min；
S6.对经步骤S5处理的锅坯体进行清洗并烘干，其中清洗温度为97℃，烘干温度为160℃，然后在锅坯体外侧底部喷涂耐高温涂层，耐温涂料层可以为高温漆涂层、有机硅树脂或搪瓷涂层，然后对所述锅坯体进行抛光，即可制得轻量化不锈铁锅。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种轻量化不锈铁锅，包括铁锅本体(1)，其特征在于，所述铁锅本体(1)包括铁质内层(2)和成型于所述铁质内层(2)外的铝质外层(3)；所述铁质内层(2)表面形成有ε-氮化铁膜层，所述铁质内层(2)表面硬度为500-700HV。
2.根据权利要求1所述的轻量化不锈铁锅，其特征在于，所述铁锅本体(1)外底部冷喷涂有导磁层，所述导磁层材料为磁性复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的轻量化不锈铁锅，其特征在于，所述铁锅本体(1)外底部喷涂有耐温涂料层，所述耐温涂料层为有机硅树脂或搪瓷涂层。
4.根据权利要求1所述的轻量化不锈铁锅，其特征在于，所述铁质内层(2)厚度为0.5mm～2.5mm，所述铝质外层(3)厚度为1.0mm～5.5mm。
5.一种基于权利要求1所述的轻量化不锈铁锅的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1.锅坯成型：将金属板材压模或旋压成型为锅坯体，所述锅坯体内表面为铁层，外表面为铝层；
S2.对步骤S1的锅坯体进行除油清洗处理；
S3.深层氮化：将经步骤S2处理后的锅坯体在氮化炉中进行盐浴氮化，其中，盐浴氮化液中氰酸根的质量浓度为30％～34％；
S4.对经步骤S3深层氮化后的锅坯体进行保温处理后，再次对锅坯体进行同样的除油清洗处理；
S5.盐浴氧化：对经步骤S4处理的锅坯体在氧化炉中进行盐浴氧化；
S6.对经步骤S5处理的锅坯体进行清洗并烘干，然后对所述锅坯体进行抛光，即可制得轻量化不锈铁锅。
6.根据权利要求5所述的一种轻量化不锈铁锅的制备方法，其特征在于，步骤S2中，除油槽液温度≥60℃，第一段除油槽液pH值≥12，第二段除油槽液pH值≥9；清洗后对锅坯体的烘干温度为150℃～170℃。
7.根据权利要求5所述的一种轻量化不锈铁锅的制备方法，其特征在于，步骤S3中，盐浴氮化盐配方组成按质量份数计包括：CO(NH2)2 30～50份、Na2CO3 4～8份、K2CO3 6～10份、Li2CO3 5～10份、KCNO 12～25份、NaCNO 8～15份、NaCl 5～8份。
8.根据权利要求5所述的一种轻量化不锈钢锅的制备方法，其特征在于，步骤S5中，盐浴氧化盐按质量份数计，包括CNO- 38～41份、CO3 ＝ 14～18份、M+ 43～46份、CN- 1～4份，其中，M+为K+、Na+和Li+中的一种或几种。
9.根据权利要求5所述的一种轻量化不锈铁锅的制备方法，其特征在于，步骤S3中，盐浴氮化处理温度为580℃～600℃，氮化时间为170～190min；步骤S5中，盐浴氧化处理温度为420℃～440℃，氧化时间为170min～190min。
10.根据权利要求5所述的一种轻量化不锈钢铁锅的制备方法，其特征在于，步骤S4中，保温处理条件为：在350℃～400℃下保温15～20min；步骤S6中，清洗温度≥90℃，烘干温度为150℃～170℃。
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