CN115141993B - 一种制造锅具的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造锅具的方法，所述方法包括：将锅体置于冷却模具中，其中，冷却模具具有支撑锅体以与锅体的外表面接触的凹槽，并且包括位于冷却模具中且距锅体的外表面预定距离的多个冷却通道，锅体包括不锈钢、铝合金、镁合金、钛合金、铜合金和铁合金中的至少一种；向锅体的背对锅体的外表面的内表面施加热，以使锅体自内表面向外表面的方向熔化预定深度；以及向冷却通道中通入冷却剂，以对熔化的锅体进行冷却，从而在锅具上形成具有非晶组织的非晶化改性表面层。根据本发明的制造锅具的方法制造得到的锅具的内表面具有低表面能、高耐磨性，并且不粘的同时具有耐磨损等特性，达到持久不粘的效果。

Description

一种制造锅具的方法
技术领域
本发明涉及一种不粘锅具制造领域，更具体地，涉及一种制造锅具的方法。
背景技术
锅具的不粘技术主要从以下三个方向来实现：1)自身的低表面能；2)微观凹凸结构，形成类似于荷叶疏水疏油表面；3)多孔储油形成稳定油膜，利用油作为中介物实现不粘。
目前炊具用不粘材料主要有氟涂料、陶瓷涂料和有机硅树脂。三者主要以喷涂形式在锅内表面上制备不粘涂层，以达到加热食物时不粘的目的。氟涂料主要有PTFE(聚四氟乙烯)、PFOA(全氟辛酸铵)、PFA(全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物)、FEP(聚全氟乙丙烯共聚物)、ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)等，其不粘原理主要是含氟聚合物具有极低的表面自由能。陶瓷涂料主要包括硅氧键，且是无机硅占主要成分的涂料，其主要是在锅体表面形成纳米结构从而达到不粘的效果。有机硅树脂主要是利用其表面能低的特点达到不沾的效果。这三种涂料虽有不粘效果，但都有明显的缺陷，具体地，氟涂料不粘涂层不耐磨损，炒菜不能用铁铲，也不能用钢丝球、百洁布清洗，高温下分解可能产生有害物质，磨损后不粘性下降；陶瓷涂料不粘效果较氟涂料差，主要是利用涂料体系中的硅油实现不粘，持久不粘性也不好，一般使用3个至6个月后，涂层容易脱落；有机硅树脂形成的涂层不粘效果也较氟涂料形成的涂层差，接触高温或明火后颜色容易发黄或发灰，且高温下硬度下降，容易产生“回粘”现象。由此可见，目前不粘材料普遍存才持久不粘性不佳现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既不粘又耐磨损的制造锅具的方法。
根据本发明的实施例，提供一种制造锅具的方法，所述方法包括以下步骤：将锅体置于冷却模具中，其中，冷却模具具有支撑锅体以与锅体的外表面接触的凹槽，并且包括位于冷却模具中且距锅体的外表面预定距离的多个冷却通道，锅体包括不锈钢、铝合金、镁合金、钛合金、铜合金和铁合金中的至少一种；向锅体的背对锅体的外表面的内表面施加热，以使锅体自内表面向外表面的方向熔化预定深度；以及向冷却通道中通入冷却剂，以对熔化的锅体进行冷却，从而在锅具上形成具有非晶组织的非晶化改性表面层。根据本发明的实施例的制造锅具的方法制造得到的锅具的内表面具有低表面能、高耐磨性，并且不粘的同时具有耐磨损等特性，从而达到持久不粘的效果。
根据本发明的实施例，锅体所熔化的预定深度可以为锅体的总厚度的0.02％至0.5％。锅体所熔化的预定深度在该范围内既能够提高所形成的锅具的耐磨性又能够保证非晶组织的均匀形成。
根据本发明的实施例，在施加热的步骤中，可以通过使用激光束扫描或电子束扫描来使锅体熔化。通过使用激光束扫描或电子束扫描能够使锅体的内表面快速熔化，提高生产效率。
根据本发明的实施例，可以在氩气保护下在激光功率为500W至2KW、光斑直径为3mm至8mm和线扫描速率为15m/min～25m/min的条件下执行激光束扫描。在上述条件下执行激光束扫描能够有效地达到锅体熔化所需的深度。
根据本发明的实施例，可以将其上置有锅体的冷却模具放置在压力为1.5×10-2Pa的真空室中，并且在加速电压为100KV至200KV、光斑直径为1mm、距锅体的内表面的距离为50mm至80mm和线扫描速率为30m/min～45m/min的条件下执行电子束扫描。在上述条件下执行电子束扫描能够有效地达到锅体熔化所需的深度。
根据本发明的实施例，锅体所熔化的预定深度可以为锅体的总厚度的0.02％至0.25％。该范围能够有效地防止通过电子束扫描使锅体熔穿。
根据本发明的实施例，锅体的总厚度可以为2mm至5mm，并且锅体所熔化的预定深度可以为1μm至10μm。锅体的总厚度以及所熔化的深度在该范围内既能够提高所形成的锅具的耐磨性又能够保证非晶组织的均匀形成。
根据本发明的实施例，锅体可以由包括不锈钢、铝合金、镁合金、钛合金、铜合金、铁合金中的至少一种的单层形成。
根据本发明的实施例，所述多个冷却通道可以沿着凹槽的顶部到凹槽的与顶部相对的另一顶部的方向围绕凹槽布置，并且彼此相邻的冷却通道的间隔在从凹槽的底部到凹槽的顶部的方向上逐渐减小。通过这样设置冷却通道能够提高对锅体表面冷却的均匀性。
根据本发明的实施例，冷却模具可以通过铜或铜合金形成，冷却剂可以包括水。
根据本发明的实施例的制造锅具的方法制造得到的锅具的内表面具有低表面能、高耐磨性，并且不粘的同时具有耐磨损等特性，从而达到持久不粘的效果。
附图说明
通过结合附图对实施例的描述，本发明的上述和/或其它特征和方面将变得清楚和易于理解。
图1是示出根据本发明的实施例的制造锅具的方法的流程图。
图2至图4是示出根据本发明的实施例的制造锅具的方法的各步骤的示意图。
具体实施方式
下面将通过参照附图来描述实施例，以解释本发明。然而，本发明可以以多种不同的形式来实施，不应该被理解为局限于在此提出的示例性实施例。提供这些实施例使本发明的公开将是彻底的和完整的，并将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。
本发明通过将合金锅体置于冷却模具上，然后，利用激光束或电子束扫描合金锅体的内表面，使合金锅体的内表面极薄层金属迅速熔化，而合金锅体的未熔化的金属下层由于冷却模具降温能够迅速吸收热量，从而能够使熔融表层以极大的冷却速度迅速重新凝固，从而形成具有非晶结构的合金薄层。
具体地，参照图1至图4，本发明提供一种制造锅具的方法，该方法包括将锅体置于冷却模具中的步骤S100；施加热的步骤S200；以及冷却的步骤S300。
参照图1和图2，在步骤S100中，将锅体100置于冷却模具200中。
锅体100可以是现有的不具有不粘涂层的合金锅体，具体地，锅体100可以包括不锈钢、铝合金、镁合金、钛合金、铜合金和铁合金(例如铸铁)中的一种或者它们的任何组合形成的复合材料。在本发明的实施例中，锅体100可以具有由上述材料中的至少一种形成的单层结构。此外，锅体100的总厚度可以在2mm至5mm的范围内，然而，锅体100的总厚度不限于此。
如图2至图4中所示出的，冷却模具200具有支撑锅体100以与锅体100的外表面110接触的凹槽210，并且包括位于冷却模具200中且距锅体100的外表面110预定距离(例如，5mm至10mm)的多个冷却通道220。
多个冷却通道220沿着凹槽210的顶部到凹槽210的与顶部相对的另一顶部的方向围绕凹槽210布置。此外，由于布置在凹槽210的上部处的冷却通道的长度短于布置在凹槽210的下部处的冷却通道的长度，因此当向冷却通道220通入冷却剂时，布置在凹槽210的上部处的冷却通道中的冷却剂与布置在凹槽210的下部处的冷却通道中的冷却剂之间因冷却通道的长度的不同可能存在温度差，导致锅体的内表面的温度不同，为了提高对锅体表面冷却均匀性，可以将彼此相邻的冷却通道的间隔设置成在从凹槽210的底部到凹槽210的顶部的方向上逐渐减小。然而，本发明的实施例不限于此，例如，可以从冷却通道中的奇数位置的冷却通道的一侧的开口通入冷却剂，而从冷却通道中的偶数位置的冷却通道的与奇数位置的冷却通道的一侧相对的另一侧的开口通入冷却剂，也即，在奇数位置的冷却通道和偶数位置的冷却通道中，通入冷却剂的方向相反。
在本发明的实施例中，可以通过铜或铜合金来形成冷却模具，也即，冷却模具可以是冷却铜模。
可以通过浇铸成型工艺制造具有凹槽210和冷却通道220的冷却模具200，然而，本发明的实施例不限于此，可以通过任何合适的方法来制造冷却模具200。
参照图1和图3，在步骤S200中，向锅体100的背对锅体100的外表面110的内表面120施加热，以使锅体100自内表面120向外表面110的方向熔化预定深度。
在本发明的实施例中，可以通过使用激光束扫描或电子束扫描来向锅体100的内表面120施加热，以使锅体所熔化的预定深度可以为锅体的总厚度的0.02％至0.5％。若锅体所熔化的预定深度太小，则后续形成的非晶层薄，耐磨寿命太低，有益效果不明显；若锅体所熔化的预定深度太大，则距冷却通道220较远的表层冷却速度较慢，难以形成非晶组织。例如，当锅体100的总厚度在2mm至5mm时，锅体所熔化的预定深度可以优选为1μm至10μm。此外，通过使用激光束扫描或电子束扫描能够使锅体的内表面快速熔化，提高生产效率。
当通过激光束扫描来向锅体100的内表面120施加热时，可以在氩气保护下在激光功率为500W至2KW、光斑(具体地，为圆形光斑)直径为3mm至8mm和线扫描速率为15m/min～25m/min的条件下执行激光束扫描。此外，在上述条件下执行激光束扫描能够有效地达到锅体熔化所需的深度。
当通过电子束扫描来向锅体100的内表面120施加热时，电子束由于功率密度较高，输入热量较大，为防止热量集中导致锅体变形或熔穿，采用高旋转速度，缩短电子束照射时间的方法来减少单点热量集中的问题。例如，可以将其上置有锅体100的冷却模具200放置在压力为1.5×10-2Pa的真空室中，并且在加速电压为100KV至200KV、光斑直径为1mm、距锅体的内表面的距离为50mm至80mm和线扫描速率为30m/min～45m/min的条件下执行电子束扫描。此外，利用电子束扫描来施加热时，可以将锅体所熔化的预定深度设定为锅体的总厚度的0.02％至0.25％，例如，锅体所熔化的预定深度可以为1μm至5μm。此外，在上述条件下执行电子束扫描能够有效地达到锅体熔化所需的深度。
参照图1和图4，在步骤S300中，向冷却通道220中通入冷却剂(例如，可以参照图4中示出的箭头的方向供应冷却剂)，以对熔化的锅体110进行冷却，从而在锅具上形成具有非晶组织的非晶化改性表面层。
可以向冷却通道220中通入例如水的冷却剂来使熔化的层冷却，从而形成具有非晶组织的非晶化改性表面层130。
在本发明的实施例中，由于非晶组织具有长程无序，短程有序的微观结构，相对于普通材料具有更低的表面能，产生不粘的效果。同时非晶组织没有像晶体合金那样晶界、孪晶、晶格缺陷、位错、层错等结构缺陷，而且没有异相、析出物、偏析以及其他成分起伏，是一种混乱的无序结构，在化学上有高度的均匀一致性，受到外力时不存在晶界滑移等塑性变形形式，具有更高的强度。通过本发明的方法形成的非晶薄层不仅非晶化程度高(例如，非晶化程度在90％以上)，且无隙率，质地均匀，具有非常好的耐磨不粘性。
下面将结合实施例对本发明的制造锅具的方法进行详细的描述。
实施例1
将由不锈钢制造的锅体(其厚度为4mm)置于冷却模具中，接着在氩气保护下在激光功率为500W、光斑直径为3mm和线扫描速率为15m/min的条件下执行激光束扫描以使锅体的内表面熔化，熔化的深度为2μm，向冷却通道中通入冷却水(冷却水的流量为1m3/h)使熔化的锅体冷却，从而得到具有非晶化改性表面层的锅具。经检测，非晶化改性表面层的非晶化程度为95％。
实施例2
将由不锈钢制造的锅体(其厚度为5mm)置于冷却模具中，然后放置在压力为1.5×10-2Pa的真空室中，并且在加速电压为100KV、光斑直径为1mm、距锅体的内表面的距离为50mm和线扫描速率为30m/min的条件下执行电子束扫描以使锅体的内表面熔化，熔化的深度为3μm，向冷却通道中通入冷却水(冷却水的流量为1.5m3/L)使熔化的锅体冷却，从而得到具有非晶化改性表面层的锅具。经检测，非晶化改性表面层的非晶化程度为90％。
对比例1：特氟龙涂层锅。
对比例2：陶瓷涂层锅。
对比例3：普通不锈钢锅。
在本发明中，非晶化程度的检测方法如下：
采用线切割法制作出10mm×10mm的小样品后，超声清洗干燥；然后，采用XRD进行物相分析检测出非晶峰后，采用全谱拟合法进行计算得到非晶化程度。
在本发明中，持久不粘测试方法如下：
参照GB32095.2-2015中4.3.1方法进行测试，每磨1000次测一次不粘性，不粘性测试方法参照GB32095.2-2015中5.1.1进行。
表1
方案 持久不粘寿命(次) 失效形式
实施例1 40000 不粘性失效，非晶层磨穿
实施例2 38000 不粘性失效，非晶层磨穿
对比例1 8000 不粘性失效，涂层磨穿
对比例2 4000 不粘性失效
对比例3 0 无不粘性
从表1可以看出，本发明的实施例1和实施例2的持久不粘寿命明显高于对比例1至对比例3。
综上，根据本发明的实施例的制造锅具的方法制造得到的锅具的内表面具有低表面能、高耐磨性，并且不粘的同时具有耐磨损等特性，从而达到持久不粘的效果。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如权利要求和它们的等同物所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出形式和细节上的各种改变。应当仅仅在描述性的意义上而不是出于限制的目的来考虑实施例。因此，本发明的范围不是由本发明的具体实施方式来限定，而是由权利要求书来限定，该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

Claims (4)

1.一种制造锅具的方法，所述方法包括以下步骤：
将锅体置于冷却模具中，其中，所述冷却模具具有支撑锅体以与锅体的外表面接触的凹槽，并且包括位于冷却模具中且距锅体的外表面预定距离的多个冷却通道，锅体包括不锈钢、铝合金、镁合金、钛合金和铜合金中的一种；
向锅体的背对锅体的外表面的内表面施加热，以使锅体自内表面向外表面的方向熔化预定深度；以及
向冷却通道中通入冷却剂，以对熔化的锅体进行冷却，从而在锅具上形成具有非晶组织的非晶化改性表面层，
其中，锅体所熔化的预定深度为锅体的总厚度的0.02%至0.5%，
其中，所述多个冷却通道沿着凹槽的顶部到凹槽的与顶部相对的另一顶部的方向围绕凹槽布置，并且彼此相邻的冷却通道的间隔在从凹槽的底部到凹槽的顶部的方向上逐渐减小，并且在奇数位置的冷却通道和偶数位置的冷却通道中，通入冷却剂的方向相反，
其中，在氩气保护下在激光功率为500W至2kW、光斑直径为3mm至8mm和线扫描速率为15m/min~25m/min的条件下执行激光束扫描来施加热；或者
其中，将其上置有锅体的冷却模具放置在压力为1.5×10-2Pa的真空室中，并且在加速电压为100kV至200kV、光斑直径为1mm、距锅体的内表面的距离为50mm至80mm和线扫描速率为30m/min~45m/min的条件下执行电子束扫描来施加热。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在利用电子束扫描来施加热时，锅体所熔化的预定深度为锅体的总厚度的0.02%至0.25%。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，锅体的总厚度为2mm至5mm，并且锅体所熔化的预定深度为1μm至10μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，冷却模具通过铜或铜合金形成，冷却剂包括水。
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