CN112549684A - 一种用于炊具制造的轻量铝复合基材及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于炊具制造的轻量铝复合基材及制备方法，轻量铝复合基材包括依次层叠相连的金属层、铝层和导热层，金属层适于与食物接触，导热层适于与炉灶接触，金属层的直径和导热层的直径均小于铝层的直径，金属层的表面积为铝层的表面积的30‑65％，导热层的表面积为铝层的表面积的0‑40％。本产品中的金属层以及导热层的表面积均小于铝层的表面积，在实现材质轻量化的同时，能充分发挥铝材质的优良性能，有效提高产品的导热性，而且在加工时的复合面积小，复合工艺难度降低的同时制备更为简单快捷。

Description

一种用于炊具制造的轻量铝复合基材及制备方法

技术领域

本发明涉及炊具材料加工技术领域，尤其是涉及一种用于炊具制造的轻量铝复合基材及制备方法。

背景技术

常规用于炊具制造的多层复合材料是由两层或两层以上的复合金属层来构成的，最常用的三种材料是钢、铝、铁的组合，304不锈钢与食物接触，铝层导热，铁层导磁，三层金属功能互补，但钢与铁的延展性及热传导均不及铝材质，受限于不锈钢层及铁层的延展性，对板材的退火温度、辊轧设备、拉伸系数及环境均有极高要求，不仅如此，为了提高后续产品成型合格品率，采用直径相同的三层的同时，按照不锈钢层厚0.4mm铁层厚0.6mm进行取料，材料成本高，制备复杂，复合面积大工艺要求高，局限性也强，材料需专门订制，每批次均需测试，经营风险高且成型工艺仅限于拉伸成型，制成产品后笨重且热效率不高；因此，有必要对基材的工业配比及生产工艺进行优化和创新。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种用于炊具制造的轻量铝复合基材。

本发明的另一个目的在于提供一种用于制备上述轻量铝复合基材的制备方法。

本发明的技术方案如下：一种用于炊具制造的轻量铝复合基材，所述轻量铝复合基材包括依次层叠相连的金属层、铝层和导热层，所述金属层位于所述铝层厚度方向的一侧，所述导热层位于所述铝层的厚度方向的另一侧，所述金属层适于与食物接触，所述导热层适于与炉灶接触，其中，所述金属层的直径和所述导热层的直径均小于所述铝层的直径，所述金属层的表面积为所述铝层的表面积的30-65％，所述导热层的表面积为所述铝层的表面积的0-40％。

进一步地，所述导热层为可在变化磁场下发热的导磁层。

进一步地，按重量百分数计，所述轻量铝复合基材中的所述金属层重10-30％，所述铝层重50-80％，导热层重0-20％。

进一步地，所述铝层与所述金属层直接复合成一体。

进一步地，所述金属层为不锈钢层。

进一步地，所述导热层为铁层。

一种制备方法，所述制备方法用于制备上述的轻量铝复合基材，所述制备方法包括以下步骤：

S1、下料：根据生产需求，分别制作金属层料片、铝层料片和导热层料片备用；

S2、表面糙化：将所述金属层料片、所述铝层料片和所述导热层料片分别采取喷砂或抛丸方式进行表面糙化处理；

S3、定位焊接：将表面糙化处理后的所述金属层料片、所述铝层料片和所述导热层料片按照顺序叠放，然后用夹具进行定位后焊接得到复合基材；

S4、加热固熔处理：将复合基材进行加热至复合基材的表面初步熔化；

S5、成型：将经过步骤S4处理后的复合基材轧制成型或者锻压成型。

和现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过对传统复合基材进行改进，优化了结构及工业配比可得到轻量铝复合基材，在实现材质轻量化的同时，能充分发挥铝材质的优良性能，相比传统的复合基材，本发明对于材料要求小，复合工艺难度下降，后续成型工艺也不局限于拉伸，后续加工及成型更具多样性，制备更加简单，而且制成产品后，产品的热传导效率更高，用户体验更好。。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1是本发明的轻量铝复合基材的结构示意图；

图2是本发明的轻量铝复合基材的制备流程图。

附图标记：

1、金属层；2、铝层；3、导热层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“竖向”、“周向”、“径向”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

下面参考附图图1描述根据本发明实施例的用于炊具制造的轻量铝复合基材，该轻量铝复合基材包括依次层叠相连的金属层1、铝层2和导热层3，金属层1适于与食物接触，金属层1位于铝层2厚度方向的一侧，导热层3位于铝层2的厚度方向的另一侧，导热层3适于与炉灶接触。

其中，金属层1的直径和导热层3的直径均小于铝层2的直径，金属层1的表面积为铝层2的表面积的30-65％，导热层3的表面积为铝层2的表面积的0-40％。

需要说明的是，这里的直径指的是外周轮廓上两点之间的最大距离，实际应用中，对于金属层1、导热层3的具体材质不作限制，对于金属层1、铝层2和导热层3的大小、尺寸和厚度等也不作限制，可根据需求选择。

具体而言，参照图1，本实施例中的铝层2位于中间，金属层1位于铝层2上方，导热层3位于铝层2下方，使用本基材制作成炊具后，金属层1与食物接触，导热层3与炉灶接触。

这里的金属层1例如可为不锈钢层，或者是其他可与食物接触的金属，如：316L、钛、430不锈铁等，钛是一种过渡金属，钛的强度大，密度小，硬度大，熔点高，抗腐蚀性很强。钛铝复合基材亦不失轻量复合的特质。

根据炉灶的种类的不同，导热层3可选用不同的材料。例如，当炉灶为明火灶时，导热层3可选用导热性能好的材料，例如铜等；当炉灶为电磁炉时，导热层3为可在变化磁场下发热的导磁层，即可在变化磁场下产生涡流发热，例如导热层3可为铁层，或者是410、熟铁等其它导磁材料，值得注意的是，导热层3采用熟铁后，由于熟铁易氧化生锈，因此需进行防锈工艺处理后采用。

考虑到炊具普遍为锅体，发明人在实际研究中发现，用户使用锅具时，锅铲对锅体的影响99％在于锅体内表面积40－65％的位置，因此这里缩小了金属层1的表面积以在使用本基材制作成锅体后，可提高锅体的导热性。具体来说，例如当金属层1为不锈钢层时，不锈钢层置于铝层2上方，不锈钢的分子结构较铝材质更为稳定，不仅硬且抗腐蚀，与食物直接接触时更加健康，但热传导及延展性均不及铝材质，将不锈钢层的表面积设置成金属层1的表面积的30-65％后，在保留不锈钢特性的同时，可以使锅体导热性能更好；

此外，锅体放置到炉灶上时，炉灶主要加热对锅体与炉灶接触的区域，通俗来说，该区域即为锅底，锅身受炉灶的影响较小，因此导热层3并不必要做到与铝层2表面积相等，发明人在实际研究中发现，例如当导热层3为铁层时，使用本基材制作成锅体并放置到电磁炉上使用时，铁层只需占铝层2表面积的12％即可达到原来占比100％同样的导磁功能，且不锈钢层与铁层不参入后续成型工艺，工业配比对材料的厚度及品质要求达到国标即可，选材简单，生产成本低，材质轻量后续工序受限少。

此外，由于金属层1和导热层3的表面积均小于铝层2，因此在加工时的复合面积小，达到铝表面熔化时间更短，复合工艺难度降低的同时制备更为简单快捷。

本实施例中，按重量百分数计，轻量铝复合基材中的金属层1重10-30％，铝层2重50-80％，导热层3重0-20％，由此有利于充分发挥铝材质的优良性能，这种采用这种配比后，在制作轻量铝复合基材时，后续成型工艺不局限于拉伸，材料要求及复合工艺难度均直线下降，制备更加简单、生产成本降低的同时，能耗更低。

本实施例中，铝层2与金属层1直接复合成一体，这种制备出来的复合基材具备轻量复合基材的特性，因为在制备锅体炊具时，金属层1不参入后续成型工艺，锅体不会在使用过程中因两种金属层1和铝层2的拉伸应力及膨胀系数不同而变形。成型不限于拉伸工艺，其它如旋压、仿压、锻打、热复打工艺均可实现。

本发明通过对传统复合基材进行改进，优化了结构及工业配比可得到轻量铝复合基材，在实现材质轻量化的同时，充分发挥了铝材质的优良性能，相比传统的复合基材，本发明对于材料要求小，复合工艺难度下降，后续成型工艺也不局限于拉伸，后续加工及成型更具多样性，制备更加简单，而且制成产品后，产品的热传导效率更高，用户体验更好。

具体在制备上述的轻量铝复合基材可使用以下的制备方法，如图2所示，制备方法包括以下步骤：

S1、下料：根据生产需求，分别制作金属层1料片、铝层2料片和导热层3料片备用；这里的生产需求例如可为所需的尺寸、规格、厚度等需求。

S2、表面糙化：将金属层1料片、铝层2料片和导热层3料片分别采取喷砂或抛丸方式进行表面糙化处理；

S3、定位焊接：将表面糙化处理后的金属层1料片、铝层2料片和导热层3料片按照顺序叠放，然后用夹具进行定位后焊接得到复合基材，由于金属层1料片、铝层2料片和导热层3料片的直径不同，所以这里需要先进行定位再焊接。

S4、加热固熔处理：将复合基材进行加热至复合基材的表面初步熔化；

S5、成型：将经过步骤S4处理后的复合基材轧制成型或者锻压成型。

相比较传统复合基材轧制方法，采用上述方法制备轻量铝复合基材时，对于材质、规格、尺寸、厚度无硬性要求，均可根据需要进行适当调整，复合时可采用出传统的轧制工艺成型，也可在锻压机或摩擦压力机上通过模具进行锻压成型，制备好的基材各项性能测试不亚于热轧工艺，制备局限性小，成型方式多样。由于金属层1和导热层3的表面积均小于铝层2，因此在加工时的复合面积小，达到铝表面熔化时间更短，复合工艺难度降低的同时制备更为简单快捷。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种用于炊具制造的轻量铝复合基材，其特征在于，所述轻量铝复合基材包括依次层叠相连的金属层、铝层和导热层，所述金属层位于所述铝层厚度方向的一侧，所述导热层位于所述铝层的厚度方向的另一侧，所述金属层适于与食物接触，所述导热层适于与炉灶接触。

其中，所述金属层的直径和所述导热层的直径均小于所述铝层的直径，所述金属层的表面积为所述铝层的表面积的30-65％，所述导热层的表面积为所述铝层的表面积的0-40％。

2.根据权利要求1所述的用于炊具制造的轻量铝复合基材，其特征在于，所述导热层为可在变化磁场下发热的导磁层。

3.根据权利要求1所述的用于炊具制造的轻量铝复合基材，其特征在于，按重量百分数计，所述轻量铝复合基材中的所述金属层重10-30％，所述铝层重50-80％，所述导热层重0-20％。

4.根据权利要求1所述的用于炊具制造的轻量铝复合基材，其特征在于，所述铝层与所述金属层直接复合成一体。

5.根据权利要求1所述的用于炊具制造的轻量铝复合基材，其特征在于，所述金属层为不锈钢层。

6.根据权利要求1所述的用于炊具制造的轻量铝复合基材，其特征在于，所述导热层为铁层。

7.一种制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备根据权利要求1-5中任一项所述的轻量铝复合基材，所述制备方法包括以下步骤：

S1、下料：根据生产需求，分别制作金属层料片、铝层料片和导热层料片备用；

S2、表面糙化：将所述金属层料片、所述铝层料片和所述导热层料片分别采取喷砂或抛丸方式进行表面糙化处理；

S3、定位焊接：将表面糙化处理后的所述金属层料片、所述铝层料片和所述导热层料片按照顺序叠放，然后用夹具进行定位后焊接得到复合基材；

S4、加热固熔处理：将复合基材进行加热至复合基材的表面初步熔化；

S5、成型：将经过步骤S4处理后的复合基材轧制成型或者锻压成型。

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