CN213664781U - 复合锅具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种复合锅具，其包括铁质层和铝质层。铁质层构造形成烹饪腔。铝质层设置在铁质层背离烹饪腔的壁面上，铝质层和铁质层相互扩散形成结合层。结合层的厚度大于等于3.75微米，小于等于14.15微米。本实用新型中通过限定结合层的厚度满足上述范围，从而可以确保铝质层和铁质层之间的结合界面上能够形成紧密的冶金结合，从而提升了铁质层与铝质层的结合强度，改善复合锅具的耐高温性能。

Description

复合锅具

技术领域

本实用新型涉及厨房用具技术领域，具体而言，涉及一种复合锅具。

背景技术

目前，现有单层精铁锅普遍存在重量重、温度不均匀和油烟大的痛点。为了改善这些痛点，行业内出现了两层或多层复合材料制成的精铁锅，如铁铝双层复合板或铁铝铁三层复合板制成的精铁锅，它们具有轻便、温度均匀和油烟少的优点，是行业技术的一大进步。但是，铁铝复合铁锅在经过高温渗氮防锈处理后铁铝发生脱层的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型的第一个方面在于，提出一种复合锅具。

有鉴于此，根据本实用新型的第一个方面，提供了一种复合锅具，其包括铁质层和铝质层。铁质层构造形成烹饪腔。铝质层设置在铁质层背离烹饪腔的壁面上，铝质层和铁质层相互扩散形成结合层。结合层的厚度大于等于3.75微米，小于等于14.15微米。

本实用新型提供的复合锅具包括铁质层和铝质层，从而可以提升单独的铁质层的使用性能。其中，铁质层构造形成烹饪腔。铝质层设置在铁质层上背离烹饪腔的壁面上。复合锅具包括由内向外叠加设置的铁质层和铝质层。铝质层中的铝原子和铁质层中的铁原子相互扩散，从而可以形成结合层，而结合层的结合强度较低，在复合锅具的后续加工过程中(渗氮处理)，结合层容易被破坏，从而导致铁质层和铝质层脱层。通过设置铁质层中的铝含量小于等于0.01％，则能够有效降低铁质层中的铝原子浓度，增大铁质层与铝质层之间的原子浓度差异，从而可以加速铁质层中的铁原子与铝质层中的铝原子相互扩散，从而形成致密且连续分布的结合层(铁铝化合物层)，提升铁质层和铝质层之间的结合强度，进而可以提升复合锅具的耐高温性能，避免复合锅具在后续加工过程中脱层。值得说明的是，由于铁质层和铝质层之间具有一定的导热率差值，当二者之间形成的结合层致密且连续分布时，则能够减少铁质层和铝质层之间的热阻，从而能够提高铁质层所产生的热量向铝质层传递的效果。此外，由于铁质层和铝质层二者之间形成的结合层具有致密且连续分布的特点，因此，可以减少铁质层所产生的热量集中的现象，能够提高铁质层向铝质层热量传递的均匀性，进而可以提高复合锅具均匀的导热性能。进一步地，由于铁质层和铝质层二者之间形成的结合层具有致密且连续分布的特点，结合层能够减少铁质层和铝质层之间的腐蚀现象，从而提高复合锅具的耐腐蚀性能。

由于铁质层中的铝含量小于等于0.01％，则铁质层中铝原子的含量浓度降低，铁质层与铝质层之间的原子浓度差异变大，使得铁质层中的铁原子和铝质层中的铝原子相互加速扩散。同时，在渗氮处理过程中，渗氮温度高于纯铝的再结晶温度，低于铁的再结晶温度，在该温度下可以使得铁质层和铝质层之间释放界面残余应力，从而分解界面的氧化物，使得铁质层和铝质层结合界面的原子活性增大、进一步促进铁质层中铁原子和铝质层中铝原子的相互扩散，铁原子和铝原子在高温下穿过结合界面而扩散至相邻的金属基体(铁质层或铝质层)内，同时使得晶界迁移，结合界面扩展延伸，进而在结合界面的两侧形成一定厚度的结合层(铁铝化合物层)，结合层致密且连续分布，大于等于3.75微米且小于等于14.15微米的结合层能够使得位于结合界面上的铝质层和铁质层形成更为紧密的冶金结合，从而提升了铁质层与铝质层的结合强度，改善复合锅具的耐高温性能。具体地，结合层的厚度可以为4微米、4.6微米、5微米、5.3微米、6微米、7微米、8微米、9微米、10微米、11.3微米、11.7微米、12微米、13微米、14微米。

基于大量实验数据对比分析可知，当结合层的厚度满足前述关系式时，则铁质层和铝质层形成的结合层较为致密，且铁质层和铝质层之间的剥离强度较高，而当结合层的厚度不满足前述关系时，则铁质层和铝质层之间的剥离强度较差。具体地，结合层是通过铁质层和铝质层的原子在轧制复合、扩散退火等复杂工艺过程中相互扩散而形成的。同时退火温度越高，则结合层越厚，随着结合层厚度的不断增加，会导致复合锅具变脆，造成复合锅具结构强度变差，因此，合适的结合层厚度对于复合锅具整体的结构强度具有至关重要的影响。

在一种可能的设计中，进一步地，结合层的厚度大于等于5微米，小于等于12微米。

在该设计中，当结合层的厚度等于5微米时，铁质层和铝质层之间的剥离强度高达38N/mm，随着结合层厚度的增加，铁质层和铝质层之间的剥离强度也呈现大幅度提升的增长趋势。而当结合层的厚度大于12微米后，铁质层和铝质层之间的剥离强度增长减缓。因此，当结合层的厚度满足前述关系时，则铁质层和铝质层之间的剥离强度呈大幅提升态势，铁质层和铝质层形成的结合层较为致密，从而提升了铁质层与铝质层的结合强度，改善复合锅具的耐高温性能。具体地，结合层的厚度可以为5微米、5.3微米、6微米、7微米、8微米、10微米、11.3微米、11.7微米、12微米。

在一种可能的设计中，进一步地，结合层的厚度大于等于8微米，小于等于12微米。

在该设计中，当结合层的厚度等于8微米时，铁质层和铝质层之间的剥离强度高达55N/mm，随着结合层厚度的增加，铁质层和铝质层之间的剥离强度也呈现大幅度提升的增长趋势。而当结合层的厚度大于12微米后，铁质层和铝质层之间的剥离强度增长减缓。因此，当结合层的厚度满足前述关系时，则铁质层和铝质层之间的剥离强度呈大幅提升态势，铁质层和铝质层形成的结合层较为致密，从而提升了铁质层与铝质层的结合强度，改善复合锅具的耐高温性能。具体地，结合层的厚度可以为8微米、9微米、10微米、11.3微米、11.7微米、12微米。

在一种可能的设计中，进一步地，铁质层和铝质层的剥离强度大于等于30N/mm，小于等于95N/mm。

在该设计中，剥离强度是指粘在一起的材料，从接触面进行单位宽度剥离时所需要的最大力。具体地，剥离时角度有90°或180°。当铁质层和铝质层的剥离强度达到30N/mm～95N/mm，则可以使得铁质层和铝质层之间的结合强度得到大幅提升。

在一个可能的设计中，进一步地，复合锅具还包括防锈层，防锈层覆盖铁质层的裸露面。

在该设计中，复合锅具还包括防锈层，防锈层覆盖在铁质层的裸露面上。其中，防锈层能够提高铁质层的防锈能力，减少复合锅具被锈蚀的可能性，延长复合锅具的使用寿命。

值得说明的是，防锈层可以为防锈涂层，防锈涂层涂覆于铁质层的裸露面上。在渗氮过程中，铁质层的裸露面会形成渗氮防锈层。也就是说，防锈层与铁质层为相对独立的两个层。防锈层也可以为部分铁质层在渗氮过程中改性生成防锈层。

进一步地，防锈层具体为渗氮防锈层，渗氮防锈层具有良好的防腐蚀性能，可以确保复合锅具在使用过程中不会发生锈蚀，延长了复合锅具的使用寿命，提升了使用体验。

在一个可能的设计中，进一步地，防锈层的厚度大于等于10微米，小于等于40微米。

在该设计中，防锈层的厚度大于等于10μm且小于等于40μm。具体地，防锈层的厚度可以为10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米。在这个厚度范围内，防锈层具有良好的防腐性能，一方面，避免防锈层厚度过小，小于10μm而导致防锈层防腐性能不足，另一方面，也避免防锈层厚度过大，大于40μm而导致需要过长的渗氮处理时间，造成防锈性能过剩，使制造成本上升，降低产品的竞争力，造成生产浪费等问题。

在一个可能的设计中，进一步地，复合锅具还包括覆盖在铝质层的裸露面上的保护层。

在该设计中，为了避免铝质层的裸露面被其他物质(渗氮介质或使用中的其他腐蚀性物质)腐蚀，从而在铝质层的裸露面上设置保护层，为保护层提供可靠的防锈保护，减少复合锅具在使用过程中的锈蚀，有助于延长复合锅具的使用寿命。

在一个可能的设计中，进一步地，保护层包括以下一种或其组合：精铁层、有机硅涂层、氟涂层、喷涂金属层。

在该设计中，为了避免铝质层的裸露面被其他物质(渗氮介质或使用中的其他腐蚀性物质)腐蚀，从而在铝质层的裸露面上设置保护层，为保护层提供可靠的防锈保护，减少复合锅具在使用过程中的锈蚀，有助于延长复合锅具的使用寿命。

具体地，保护层可为涂层，包括但不限于精铁层、有机硅涂层、氟涂层、喷涂金属层(例如喷涂钛层等性能稳定、不易与盐发生反应的金属涂层)。

在一个可能的设计中，进一步地，铁质层的数量为至少一个，铝质层的数量小于等于铁质层的数量。

在该设计中，铁质层的数量为一个或多个，铝质层的数量小于等于铁质层的数量。当铁质层的数量为一个，铝质层的数量为一个时，则复合锅具由内向外为铁质层和铝质层。当铁质层的数量为两个，铝质层的数量为一个时，则复合锅具由内向外为铁质层、铝质层和铁质层。在该种结构下，铝质层的两侧均具有铁质层，则铝质层的两侧均会与铁质层相互扩散以形成结合层。

在一种可能的设计中，进一步地，复合锅具还包括卷边部，卷边部连接在铁质层和铝质层的自由端，卷边部自烹饪腔的开口端翻卷并与保护层相接触。

在该设计中，通过在铁质层和铝质层的自由端设置卷边部，卷边部自烹饪腔的开口端翻卷并与保护层接触，从而可以将裸露在外的铝质层包裹在卷边部的内部，使得复合锅具在渗氮防锈处理和实际使用过程中，开口端的铝质层不与渗氮介质和使用环境中的腐蚀性物质发生接触，确保了开口端铝质层位置生成的渗氮防锈层的致密性以及实际使用过程中复合锅具的耐腐蚀性，有助于延长复合锅具的使用寿命，提升复合锅具的食品安全性能。

在一种可能的设计中，进一步地，卷边部的厚度大于等于0.4mm，小于等于2mm。

在该设计中，具体限定了卷边部的厚度的取值范围。该下限值可确保卷边部具有足够的强度，保证了翻卷过程中卷边部不易损坏，并为铝制层提供可靠的保护，保证了产品质量。该上限值可适当削弱卷边部的强度，以便于执行卷绕成形工序，降低加工难度，有助于降低加工成本，提升加工效率。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本实用新型的一个实施例中复合锅具的结构示意图；

图2示出了图1所示的根据本实用新型的一个实施例中的复合锅具在A处的局部放大图；

图3示出了根据本实用新型的一个实施例中复合锅具的结构示意图；

图4示出了图3所示的根据本实用新型的一个实施例中的复合锅具在B处的局部放大图；

图5示出了根据本实用新型的一个实施例中复合锅具的结构示意图；

图6示出了图5所示的根据本实用新型的一个实施例中的复合锅具在C处的局部放大图；

图7示出了根据本实用新型的一个实施例中复合锅具的结构示意图；

图8示出了图7所示的根据本实用新型的一个实施例中的复合锅具在D处的局部放大图；

图9示出了根据本实用新型的一个实施例中复合锅具的结构示意图；

图10示出了图9所示的根据本实用新型的一个实施例中的复合锅具在E处的局部放大图；

图11示出了根据本实用新型的一个实施例中复合锅具的金相结构图；

图12示出了相关技术中复合锅具的金相结构图。

其中，图1至图11中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100复合锅具，101铁质层，101a烹饪腔，102铝质层，103结合层，104防锈层，105保护层。

图12中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

101’铁质层，102’铝质层，103’结合层。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图11描述根据本实用新型一些实施例所提供的复合锅具100。

实施例一

根据本实用新型的第一个方面，提供了一种复合锅具100，如图1和图2所示，复合锅具100包括铁质层101和铝质层102。铁质层101构造形成烹饪腔101a。铝质层102设置在铁质层101背离烹饪腔101a的壁面上，铝质层102和铁质层101相互扩散形成结合层103。结合层103的厚度大于等于3.75微米，小于等于14.15微米。

本实用新型提供的复合锅具100包括铁质层101和铝质层102，从而可以提升单独的铁质层101的使用性能。其中，铁质层101构造形成烹饪腔101a。铝质层102设置在铁质层101上背离烹饪腔101a的壁面上。复合锅具100包括由内向外叠加设置的铁质层101和铝质层102。铝质层102中的铝原子和铁质层101中的铁原子相互扩散，从而可以形成结合层103，而结合层103的结合强度较低，在复合锅具100的后续加工过程中(渗氮处理)，结合层103容易被破坏，从而导致铁质层101和铝质层102脱层。通过设置铁质层101中的铝含量小于等于0.01％，则能够有效降低铁质层101中的铝原子浓度，增大铁质层101与铝质层102之间的原子浓度差异，从而可以加速铁质层101中的铁原子与铝质层102中的铝原子相互扩散，从而形成致密且连续分布的结合层103(铁铝化合物层)，提升铁质层101和铝质层102之间的结合强度，进而可以提升复合锅具100的耐高温性能，避免复合锅具100在后续加工过程中脱层。值得说明的是，由于铁质层101和铝质层102之间具有一定的导热率差值，当二者之间形成的结合层103致密且连续分布时，则能够减少铁质层101和铝质层102之间的热阻，从而能够提高铁质层101所产生的热量向铝质层102传递的效果。此外，由于铁质层101和铝质层102二者之间形成的结合层103具有致密且连续分布的特点，因此，可以减少铁质层101所产生的热量集中的现象，能够提高铁质层101向铝质层102热量传递的均匀性，进而可以提高复合锅具100均匀的导热性能。进一步地，由于铁质层101和铝质层102二者之间形成的结合层103具有致密且连续分布的特点，结合层103能够减少铁质层101和铝质层102之间的腐蚀现象，从而提高复合锅具100的耐腐蚀性能。

进一步地，结合层103的厚度大于等于3.75微米，小于等于14.15微米。

在该设计中，由于铁质层101中的铝含量小于等于0.01％，则铁质层101中铝原子的含量浓度降低，铁质层101与铝质层102之间的原子浓度差异变大，使得铁质层101中的铁原子和铝质层102中的铝原子相互加速扩散。同时，在渗氮处理过程中，渗氮温度高于纯铝的再结晶温度，低于铁的再结晶温度，在该温度下可以使得铁质层101和铝质层102之间释放界面残余应力，从而分解界面的氧化物，使得铁质层101和铝质层102结合界面的原子活性增大、进一步促进铁质层101中铁原子和铝质层102中铝原子的相互扩散，铁原子和铝原子在高温下穿过结合界面而扩散至相邻的金属基体(铁质层101或铝质层102)内，同时使得晶界迁移，结合界面扩展延伸，进而在结合界面的两侧形成一定厚度的结合层103(铁铝化合物层)，结合层103致密且连续分布，大于等于3.75微米且小于等于14.15微米的结合层103能够使得位于结合界面上的铝质层102和铁质层101形成更为紧密的冶金结合，从而提升了铁质层101与铝质层102的结合强度，改善复合锅具100的耐高温性能。

具体地，结合层103的厚度可以为4微米、4.6微米、5微米、5.3微米、6微米、7微米、8微米、9微米、10微米、11.3微米、11.7微米、12微米、13微米、14微米。

基于大量实验数据对比分析可知，当结合层103的厚度满足前述关系式时，则铁质层101和铝质层102形成的结合层103较为致密，且铁质层101和铝质层102之间的剥离强度较高，而当结合层103的厚度不满足前述关系时，则铁质层101和铝质层102之间的剥离强度较差。

具体地，结合层103是通过铁质层101和铝质层102的原子在轧制复合、扩散退火等复杂工艺过程中相互扩散而形成的。同时退火温度越高，则结合层103越厚，随着结合层103厚度的不断增加，会导致复合锅具100变脆，造成复合锅具100结构强度变差，因此，合适的结合层103厚度对于复合锅具100整体的结构强度具有至关重要的影响。

进一步地，结合层103的厚度大于等于5微米，小于等于12微米。

在该实施例中，当结合层103的厚度等于5微米时，铁质层101和铝质层102之间的剥离强度高达38N/mm，随着结合层103厚度的增加，铁质层101和铝质层102之间的剥离强度也呈现大幅度提升的增长趋势。而当结合层103的厚度大于12微米后，铁质层101和铝质层102之间的剥离强度增长减缓。因此，当结合层103的厚度满足前述关系时，则铁质层101和铝质层102之间的剥离强度呈大幅提升态势，铁质层101和铝质层102形成的结合层103较为致密，从而提升了铁质层101与铝质层102的结合强度，改善复合锅具的耐高温性能。具体地，结合层103的厚度可以为5微米、5.3微米、6微米、7微米、8微米、10微米、11.3微米、11.7微米、12微米。

进一步地，结合层103的厚度大于等于8微米，小于等于12微米。

在该实施例中，当结合层103的厚度等于8微米时，铁质层101和铝质层102之间的剥离强度高达55N/mm，随着结合层103厚度的增加，铁质层101和铝质层102之间的剥离强度也呈现大幅度提升的增长趋势。而当结合层103的厚度大于12微米后，铁质层101和铝质层102之间的剥离强度增长减缓。因此，当结合层103的厚度满足前述关系时，则铁质层101和铝质层102之间的剥离强度呈大幅提升态势，铁质层101和铝质层102形成的结合层103较为致密，从而提升了铁质层101与铝质层102的结合强度，改善复合锅具的耐高温性能。具体地，结合层103的厚度可以为8微米、9微米、10微米、11.3微米、11.7微米、12微米。

进一步地，铁质层101和铝质层102的剥离强度大于等于30N/mm，小于等于95N/mm。

在该实施例中，剥离强度是指粘在一起的材料，从接触面进行单位宽度剥离时所需要的最大力。具体地，剥离时角度有90°或180°。当铁质层101和铝质层102的剥离强度达到30N/mm～95N/mm，则可以使得铁质层101和铝质层102之间的结合强度得到大幅提升。

进一步地，如图1至图10所示，铁质层101的数量为至少一个，铝质层102的数量小于等于铁质层101的数量。

在该设计中，铁质层101的数量为一个或多个，铝质层102的数量小于等于铁质层101的数量。当铁质层101的数量为一个，铝质层102的数量为一个时，则复合锅具100由内向外为铁质层101和铝质层102。当铁质层101的数量为两个，铝质层102的数量为一个时，则复合锅具100由内向外为铁质层101、铝质层102和铁质层101。在该种结构下，铝质层102的两侧均具有铁质层101，则铝质层102的两侧均会与铁质层101相互扩散以形成结合层103。

实施例二

在前述实施例的基础上，本实施例中说明复合锅具100的具体结构，进一步地，如图4和图10所示，复合锅具100还包括防锈层104，防锈层104覆盖铁质层101的裸露面。

在该设计中，复合锅具100还包括防锈层104，防锈层104覆盖在铁质层101的裸露面上。其中，防锈层104能够提高铁质层101的防锈能力，减少复合锅具100被锈蚀的可能性，延长复合锅具100的使用寿命。

值得说明的是，防锈层104可以为防锈涂层，防锈涂层涂覆于铁质层101的裸露面上。在渗氮过程中，铁质层101的裸露面会形成渗氮防锈层。渗氮防锈层具有良好的防腐蚀性能，可以确保复合锅具100在使用过程中不会发生锈蚀，延长了复合锅具100的使用寿命，提升了使用体验。

也就是说，防锈层104与铁质层101为相对独立的两个层。防锈层104也可以为部分铁质层101在渗氮过程中改性生成防锈层104。

进一步地，防锈层104的厚度大于等于10微米，小于等于40微米。

在该设计中，防锈层104的厚度大于等于10μm且小于等于40μm。具体地，防锈层104的厚度可以为10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米。在这个厚度范围内，防锈层104具有良好的防腐性能，一方面，避免防锈层104厚度过小，小于10μm而导致防锈层104防腐性能不足，另一方面，也避免防锈层104厚度过大，大于40μm而导致需要过长的渗氮处理时间，造成防锈性能过剩，使制造成本上升，降低产品的竞争力，造成生产浪费等问题。

实施例三

在前述实施例的基础上，本实施例说明复合锅具100的具体结构，进一步地，如图8所示，复合锅具100还包括覆盖在铝质层102的裸露面上的保护层105。

在该设计中，为了避免铝质层102的裸露面被其他物质(渗氮介质或使用中的其他腐蚀性物质)腐蚀，从而在铝质层102的裸露面上设置保护层105，为保护层105提供可靠的防锈保护，减少复合锅具100在使用过程中的锈蚀，有助于延长复合锅具100的使用寿命。

进一步地，保护层105包括以下一种或其组合：精铁层、有机硅涂层、氟涂层、喷涂金属层。

在该设计中，为了避免铝质层102的裸露面被其他物质(渗氮介质或使用中的其他腐蚀性物质)腐蚀，从而在铝质层102的裸露面上设置保护层105，为保护层105提供可靠的防锈保护，减少复合锅具100在使用过程中的锈蚀，有助于延长复合锅具100的使用寿命。具体地，保护层105可为涂层，包括但不限于精铁层、有机硅涂层、氟涂层、喷涂金属层(例如喷涂钛层等性能稳定、不易与盐发生反应的金属涂层)。

实施例四

在前述实施例的基础上，本实施例在考虑到保护层105的自由端容易腐蚀，对复合锅具100的具体结构做出进一步说明，进一步地，复合锅具100还包括卷边部，卷边部连接在铁质层101和铝质层102的自由端，卷边部自烹饪腔的开口端翻卷并与保护层105相接触。

在该设计中，通过在铁质层101和铝质层102的自由端设置卷边部，卷边部自烹饪腔的开口端翻卷并与保护层105接触，从而可以将裸露在外的铝质层102包裹在卷边部的内部，使得复合锅具100在渗氮防锈处理和实际使用过程中，开口端的铝质层102不与渗氮介质和使用环境中的腐蚀性物质发生接触，确保了开口端铝质层102位置生成的渗氮防锈层的致密性以及实际使用过程中复合锅具100的耐腐蚀性，有助于延长复合锅具100的使用寿命，提升复合锅具100的食品安全性能。

进一步地，卷边部的厚度大于等于0.4mm，小于等于2mm。

在该设计中，具体限定了卷边部的厚度的取值范围。该下限值可确保卷边部具有足够的强度，保证了翻卷过程中卷边部不易损坏，并为铝制层提供可靠的保护，保证了产品质量。该上限值可适当削弱卷边部的强度，以便于执行卷绕成形工序，降低加工难度，有助于降低加工成本，提升加工效率。

具体实施例

在本实施例中，锅本体是由铁质层-铝质层-铁质层3层形成的复合板制备，工艺流程为：铁铝铁3层复合板制备→锅本体成形→砂光和清洗→渗氮处理→氧化和发黑→抛光和清洗。

步骤一：3层复合板制备

本实施例为铁质层-铝质层-铁质层3层复合板。

铁质层选用铝含量小于0.01％的铁质材料或低碳钢材料，如SPCC、SPCD等，有利于增大铁质层和铝质层之间的原子浓度差异，促进铁质层内的铁原子和铝质层内的铝原子相互加速扩散，形成致密且连续分布的铁铝化合物层，提升铁质层和铝质层的层间结合强度和耐高温性能。

铝质层选用纯度较高的1系铝材料，如1050、1100等，一方面，纯度较高的铝材杂质较少，可以减少铁质层和铝质层层间化合物层的杂质，使层间生成致密和连续分布的化合物层，提升层间的结合强度，另一方面，纯铝的导热性能更好，可以使精铁锅在加热时底部温度更均匀，有利于减少油烟的产生。

进一步地，铁质层的厚度优选范围为0.4mm～3.0mm，过薄则锅本体层强度不足，使用中容易发生变形，过厚则锅具过重，会造成用户使用不便。

进一步地，铝质层的厚度优选范围为0.5mm～4.0mm，过薄则导热效果改善不明显，过厚则会使锅具底部过厚，造成纵向热阻过大，使锅具导热变慢。

步骤二：锅本体成形

如图1和图2所示，将铁铝铁复合板通过模具拉深、旋压或液压拉深等工艺制备成锅具形状，通常还包括通过模具切边或专机车边等工艺将锅具口部多余的材料去除。

在渗氮处理(扩散退火处理)前，层间化合物层(结合层)为非致密的、连续或不连续分布的、厚度不均匀的，其厚度通常小于6μm，说明在铁质层和铝质层的结合界面上，铁原子和铝原子相互扩散不充分，不能形成稳定且厚度足够大的层间化合物层，因此层间结合强度较低，在渗氮高温过程中，结合界面上无层间化合物层或者层间化合物层较薄的位置首先发生分离，进而使铁铝质层间的结合强度急剧下降，最终导致铁铝脱层。因此，提升铁铝复合板精铁锅的耐高温性能的主要方法就是促进铁质层和铝质层之间原子的相互扩散、使铁铝质层间形成致密、连续分布且具有一定厚度的层间化合物层。

步骤三：砂光和清洗

在渗氮处理之前，需要对锅本体进行砂光和清洗，去除锅本体表面的铁屑、杂质、划痕或碰伤等缺陷，否则在缺陷位置无法生成连续和致密的渗氮层(结合层)，在实际使用中缺陷位置容易发生锈蚀，从而缩短产品的使用寿命。

步骤四：渗氮处理

如图3和图4所示，对于使用铁质材料或低碳钢材料制成的锅本体，通常采用渗氮工艺进行防锈处理。通过渗氮处理，在锅本体内外铁质层表面各生成1层防锈层，防锈层具有良好的防腐蚀性能，可以确保锅具在使用过程中不会发生锈蚀，延长了锅具的使用寿命，提升了使用体验。

进一步地，可选用液体渗氮、气体渗氮或离子渗氮中的一种进行防锈处理。

进一步地，采用液体渗氮工艺进行防锈处理，液体渗氮相比气体渗氮或离子渗氮，能够在铁质层表面生成更加致密、厚度更大的防锈层，从而使复合锅具能够具有更优异的防锈性能。

进一步地，在540℃～580℃的温度范围内进行渗氮处理，具体地，渗氮温度可以为540℃、550℃、560℃、570℃、580℃。渗氮处理既起到了设置防锈层的作用，又可以对锅本体起到扩散退火处理的作用。540℃～580℃的温度范围高于纯铝的再结晶温度而低于铁的再结晶温度，可以使铁质层和铝质层之间释放界面残余应力，分解界面的氧化物，使铁质层和铝质层结合界面原子的活性增大、促进铁质层和铝质层金属相互扩散，铁原子和铝原子在高温下穿过结合界面相互扩散进入相邻金属基体，同时使晶界迁移，使结合界面扩展延伸，在界面两侧形成厚度为4～12μm的致密和连续分布的铁铝化合物层，使结合界面上铁质层和铝质层达到更紧密的冶金结合，提升了铁质层和铝质层的结合强度，从而改善了精铁锅的耐高温性能。如图11和图12所示，图11中层间化合物层(结合层)的厚度相较于图12中结合层的厚度明显增厚，且分布连续。

在低于540℃的温度下进行渗氮处理，一方面渗氮的化学反应效果较差、生成的渗氮层较薄，防锈性能也较差，另一方面，温度较低的情况下铁铝原子的活性激活不足，相互扩散的效果不明显，无法生成致密和连续的层间化合物层。在温度高于580℃的温度下进行渗氮处理，由于温度过高，铁质层和铝质层之间的层间化合物层的厚度会急剧增大，而层间化合物FeAl₂、Fe₂Al₅和FeAl₃均属于脆性相，当层间化合物层厚度超过12μm时，化合物层对铁铝结合界面强度的弱化效应变得明显，使铁铝质层间结合强度急剧降低，从而导致铁铝复合板的耐高温性能下降，严重时会导致在渗氮过程中铁质层和铝质层就已经发生脱层，使生产无法正常进行。

普通铁铝复合板铁质层和铝质层之间的剥离强度为20～30N/mm，而采用以上工艺，铁质层和铝质层之间的结合强度得到大幅提升，剥离强度可以达到30～95N/mm，同时渗氮处理后，铁质层和铝质层之间无高温脱层缺陷，解决了普通铁铝复合板高温渗氮脱层的工艺问题。

进一步地，渗氮时长为5～12小时。渗氮时长小于5小时，一方面在铁质层表面无法生成足够厚度和致密度的防锈层，会使锅具防锈性能较差，另一方面，铁质层和铝质层之间的原子没有足够的时间相互扩散和形成致密及连续分布的层间化合物层；渗氮时长大于12小时，一方面时长过长，会造成制造成本上升，降低了产品的竞争力，造成生产浪费，另一方面，高温扩散时间过长，会导致层间化合物厚度超过12μm，使铁铝质层间结合强度降低。

进一步地，渗氮处理所生成的防锈层的厚度为10～40μm，在这个厚度范围内，防锈层具有良好的防腐性能，防锈层厚度小于10μm，则防锈层防腐性能不足，防锈层厚度大于40μm，则需要过长的渗氮处理时间，会造成防锈性能过剩，使制造成本上升，降低产品的竞争力，造成生产浪费。

步骤五：氧化和发黑

通常渗氮处理需要结合氧化和发黑处理，以便获得防锈性能更好的防锈层。

氧化的作用是进一步提高耐腐蚀性能、堵塞渗氮层表面的孔隙、形成具有Fe₃O₄型氧化铁的表面氧化层，使防锈层更加致密、防锈性能更好。发黑的作用是使锅具表面获得深色的外观，以改善浅色锅具加热后容易变色等使用问题。

进一步地，氧化和发黑在350℃～450℃下进行，处理时长为1～3小时，因此对铁铝复合板铁质层和铝质层的结合强度影响不大。

步骤六：抛光和清洗

抛光锅具表面，清洗锅具表面杂质，得到铁铝复合板锅具成品。

具体实施例

在本实施例中，锅本体是由铁质层-铝质层2层形成的复合板制备，工艺流程为：铁铝2层复合板制备→锅本体成形→砂光和清洗→设置保护层→渗氮处理→氧化和发黑→抛光和清洗。

步骤一：铁铝2层复合板制备

本实施例为铁-铝-2层复合板，铁铝2层复合板制备与前述实施例相同。

步骤二：锅本体成形

如图5和图6所示，将铁铝2层复合板通过模具拉深、旋压或液压拉深等工艺制备成锅具形状，锅本体由内向外依次分布有铁质层、层间化合物层(结合层)和铝质层。通常还包括通过模具切边或专机车边等工艺将锅具口部多余的材料去除。

在渗氮处理(扩散退火处理)前，层间化合物层(结合层)为非致密的、连续或不连续分布的、厚度不均匀的，其厚度通常小于6μm，与前述实施例相同，不再赘述。

步骤三：砂光和清洗

与前述实施例相同，不再赘述。此外，铝质层表面也需要进行砂光或打砂处理，以便提高后工序喷涂涂层或金属时的附着力。

步骤四：设置保护层

如图7和图8所示，在渗氮处理前，在锅本体铝质层表面(裸露面)设置保护层，其目的是为了避免在渗氮处理和氧化处理过程中铝质层被渗氮处理和氧化处理所使用的处理液所腐蚀、造成锅具产品表面缺陷，特别是对于液体渗氮工艺来说，可以避免铝质层与液体渗氮所使用的盐液发生反应。

进一步地，可通过气体喷涂或静电喷涂涂层的方式设置保护层，制造成本较低。使用涂层作为保护层，通常还包括喷涂后的过炉固化工艺。

进一步地，可通过热喷涂、冷喷涂、电镀或化学镀保护金属层的方式设置保护层。

步骤五：渗氮处理

如图9和图10所示，通过渗氮处理，在锅具内侧铁质层表面生成1层防锈层，使锅具内表面具有良好的防腐蚀性能。

在渗氮处理过程中，由于铝质层表面设有保护层，因此铝质层不会受到腐蚀。

在540℃～580℃和5～12小时的渗氮处理过程中，铁质层和铝质层之间的结合强度得到提升，与实施例一相同，不再赘述。

如果使用涂层作为保护层，在过炉固化过程中铁质层表面会发生氧化，因此在渗氮处理前还需要增加一次砂光和清洗，以便彻底去除过炉固化过程中铁质层表面产生的氧化层，确保渗氮能够正常进行。

步骤六：氧化和发黑

与前述实施例相同，不再赘述。此外，在氧化和发黑过程中，由于铝质层表面设有保护层，因此铝质层不会受到腐蚀。

步骤七：抛光和清洗

与前述实施例相同，不再赘述。

值得说明的是，针对于前述实施例做出了大量实验以佐证，具体实验数据如下表1所示，实验中所取变量分别为：铁质层中铝含量、渗氮温度、渗氮时长、结合层厚度、剥离强度以及耐腐蚀性能参数。

表1

注意：S1、S2…是指实验编号1，实验编号2…等等，D1是指对比试验1。

对比S2和D1可以看出，渗氮温度均为560℃，渗氮时长均为9h，当铁质层中铝含量为0.01％时，结合层厚度为8.0μm，而当铁质层中铝含量为0.05％时，结合层厚度为3.1μm，因此，当铁质层中铝含量高于0.01％时，则会直接抑制铁质层和铝质层生成结合层的厚度。与此同时，S2中铁质层和铝质层之间的剥离强度高达55N/mm，然而D1中铁质层和铝质层之间的剥离强度骤降至10N/mm，也就是说，铁质层中铝含量对于铁质层和铝质层之间的剥离强度起着至关重要的作用，当铁质层中铝含量高于0.01％时，铁质层和铝质层之间的剥离强度显著降低，这并不是我们希望的结果。

对比S1和S2可以看出，渗氮温度均为560℃，渗氮时长均为9h，在相同的渗氮温度和渗氮时长下，S1和S2所生成防锈层的厚度相等，均为29μm。然而，随着铁质层中铝含量由S1中的0.005％增加至S2中的0.01％时，铁质层和铝质层之间形成的结合层的厚度发生变化，即从10.0μm降至8.0μm，此时，剥离强度也随着发生变化，由72N/mm降至55N/mm，耐腐蚀时长也从22小时降至21小时。即当铁质层中铝含量低于0.01％时，随着铁质层中铝含量的进一步降低，结合层的厚度一定程度会增厚，进而使得铁质层和铝质层之间的剥离强度，以及耐腐蚀性能均得到提升。

对比S2和S3可以看出，当铁质层中铝含量均为0.01％、渗氮时长均为9h，通过将渗氮温度由S2中的560℃降低至S3中的530℃，结合层的厚度将由8μm降至3.7μm，防锈层的厚度由29μm降至8μm，剥离强度由55N/mm降至28N/mm，耐腐蚀时长由21h骤降至5h。也就是说，控制渗氮温度为530℃将会对结合层的厚度、铁质层和铝质层之间的剥离强度和耐腐蚀性能造成严重的负面影响。此外，根据S6可知，当铁质层中铝含量为0.01％、渗氮时长为9h，渗氮温度控制在600℃时，则结合层的厚度稳定在15.3μm，防锈层的厚度为36μm，剥离强度为11N/mm，且耐腐蚀时为26小时，虽然S6中耐腐蚀时长较长，然而由于结合层和防锈层的厚度过厚而导致铁质层和铝质层之间的剥离强度显著降低，这并不是我们希望的结果。

此外，根据S4可以看出，当铁质层中铝含量为0.01％、渗氮时长为9h，渗氮温度控制在540℃时，则结合层的厚度稳定在5.3μm，防锈层的厚度为14μm，剥离强度为38N/mm，且耐腐蚀时长达到13小时。

根据S5可以看出，当铁质层中铝含量为0.01％、渗氮时长为9h，渗氮温度控制在580℃时，则结合层的厚度稳定在11.3μm，防锈层的厚度为33μm，剥离强度为85N/mm，且耐腐蚀时长达到24小时。

也就是说，控制渗氮温度为540℃、580℃将能够控制结合层的厚度、铁质层和铝质层之间的剥离强度和耐腐蚀性能能够达到相对理想的状态。

结合S2、S3、S4、S5和S6可知，将渗氮温度控制在大于等于540℃，小于等于580℃的范围内，能够实现理想的结合层的厚度、铁质层和铝质层之间的剥离强度和耐腐蚀性能。

对S7、S8、S9和S10进行分析可知，当铁质层中铝含量为0.01％、渗氮温度控制在560℃时，通过改变渗氮时长则能够影响结合层的厚度、铁质层和铝质层之间的剥离强度和耐腐蚀性能。

具体地，根据S7和S9可知，当渗氮时长由5h降低为4h时，则结合层的厚度由4.6μm降至3.5μm、防锈层厚度由12μm降至9μm，铁质层和铝质层之间的剥离强度由33N/mm降至25N/mm，耐腐蚀时长由12h骤降至6h，因此，当渗氮时长小于4h则会显著影响铁质层和铝质层所形成复合板材的耐腐蚀性能，这并不是我们希望的结果。

具体地，根据S8和S10可知，当渗氮时长由12h降低为13h时，则结合层的厚度由11.7μm降至3.1μm、防锈层厚度由38μm降至27μm，铁质层和铝质层之间的剥离强度由87N/mm降至10N/mm，耐腐蚀时长由27h降至20h，因此，当渗氮时长大于12h则会显著影响铁质层和铝质层之间的剥离强度，这并不是我们希望的结果。

结合S7、S8、S9和S10可知，将渗氮时长控制在大于等于5h，小于等于12h的范围内，能够实现理想的结合层的厚度、铁质层和铝质层之间的剥离强度和耐腐蚀性能。值得说明的是，关于铁质层和铝质层之间剥离强度测试方法：

(1)铁质板和铝质板所形成的复合板经过渗氮工艺进行渗氮处理；

(2)每片复合板切割出试样3件，每一个试样的尺寸为20mm×100mm；

(3)将试样沿中心铝质层割或锯开30mm长的缺口，并将缺口两侧的板材向外弯折90°以形成渗氮试样；

(4)将渗氮试样用拉伸试验机进行剥离试验，记录每个试样的剥离力数值；

(5)剥离强度计算：σ＝P/H，σ为剥离强度(N/mm)，P为渗氮试样剥离力(N)，H为试样宽度20mm。关于铁质层和铝质层所形成复合板材的耐腐蚀测试方法如下：

(1)将浓度15％氯化钠溶液注入测试的铁锅样件中，使氯化钠溶液达铁锅样件的1/2以上高度，盖上盖子，在发热源上大火加热至沸腾，然后降低加热功率，保持微沸1小时，煮沸过程中因蒸发损失的氯化钠溶液(浓度15％)应及时补充，以保持溶液容量不变。

(2)每隔1小时将铁锅样件移离热源，用自来水洗净盐渍，并用软布吸干表面，目视检查，除锅口、铆钉孔外不允许出现锈点、腐蚀点。

(3)重复以上步骤，直到锅体内表面出现锈点或腐蚀点，记录实验的小时数。

在本实用新型中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种复合锅具，其特征在于，包括：

铁质层，所述铁质层构造形成烹饪腔；

铝质层，设置在所述铁质层背离所述烹饪腔的壁面上，所述铝质层和所述铁质层相互扩散形成结合层，所述结合层的厚度大于等于3.75微米，小于等于14.15微米。

2.根据权利要求1所述的复合锅具，其特征在于，

所述结合层的厚度大于等于5微米，小于等于12微米。

3.根据权利要求1所述的复合锅具，其特征在于，

所述结合层的厚度大于等于8微米，小于等于12微米。

4.根据权利要求1所述的复合锅具，其特征在于，

所述铁质层和所述铝质层的剥离强度大于等于30N/mm，小于等于95N/mm。

5.根据权利要求4所述的复合锅具，其特征在于，

所述铁质层的数量为至少一个，所述铝质层的数量小于等于所述铁质层的数量。

6.根据权利要求1所述的复合锅具，其特征在于，所述复合锅具还包括：

防锈层，所述防锈层覆盖所述铁质层的裸露面。

7.根据权利要求6所述的复合锅具，其特征在于，

所述防锈层包括渗氮防锈层。

8.根据权利要求6所述的复合锅具，其特征在于，

所述防锈层的厚度大于等于10微米，小于等于40微米。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合锅具，其特征在于，所述复合锅具还包括：

保护层，覆盖在所述铝质层的裸露面。

10.根据权利要求9所述的复合锅具，其特征在于，

所述保护层包括以下一种或其组合：精铁层、有机硅涂层、氟涂层、喷涂金属层。

11.根据权利要求9所述的复合锅具，其特征在于，所述复合锅具还包括：

卷边部，所述卷边部连接在所述铁质层和所述铝质层的自由端，所述卷边部自所述烹饪腔的开口端翻卷并与所述保护层相接触。

12.根据权利要求11所述的复合锅具，其特征在于，

所述卷边部的厚度大于等于0.4mm，小于等于2mm。

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