DE3020676A1 - Enamel covered electric cooking ring - has cast iron plate underneath protected by nickel aluminide layer or composite layer - Google Patents
Enamel covered electric cooking ring - has cast iron plate underneath protected by nickel aluminide layer or composite layerInfo
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Abstract
Description
Ueberzug für die Heizfläche von lleizkörpern und VerfahrenCoating for the heating surface of cores and processes
zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft einen Ueberzug für die Heizfläche von lleiskorpernmit metallischem Grundkörper. Zum Gegenstand der Erfindung gehört ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ueberzuges.for its production The invention relates to a coating for Heating surface of ice cores with a metallic base body. The subject of the invention also includes a process for the production of such a coating.
Uebliche Kochplatten aus Eisenwerkstoff, typischerweise Gusseisen, haben eine geschwärzte, abgesehen von der relativ grossen Beständigkeit von Gusseisen gegen tiefgreifende Korrosion ungeschützte Heizfläche. Im Gebrauch hat dies die Notwendigkeit intensiver Oberflächenpflege oder rasch eintretende Unansehnlichkeit durch Korrosion zur Folge.Usual hotplates made of ferrous material, typically cast iron, have a blackened one, apart from the relatively high resistance of cast iron Heating surface unprotected against deep corrosion. In use this has the Necessity of intensive surface care or quickly appearing unsightly by corrosion.
Es sind daher schon Heizflächenüberzüge bekannt geworden, die eine Oberflächenschicht aus korrosionsbeständigen Materialien aufweisen, insbesondere aus Aluminiumoxid oder Gemischen von Aluminiumoxid mit metallischem Aluminium in mikroporöser Häufungsstruktur. Solche Schichten können durch thermisches Spritzen, insbesondere durch das bekannte Plasmaspritzen, aufgebracht werden. Verbesserungsbedürftig bei solchen Ueberzügen ist die Möglichkeit der Farbgebung, weil ohne Beeinträchtigung der Oberflächenhaltbarkeit oder Haftungsfestigkeit, insbesondere gegenüber schockartigen Temperaturänderungen, nur wenige befriedigende Farbtöne durch Pigmentierung des Aluminiumoxids herstellbar sind. Verbesserungsbedürftig ist ferner die vergleichsweise lockere und poröse. Oberflächenstruktur, die mit der Aufbringung durch thermisches Spritzen verbunden ist.There are therefore already heating surface coatings known that one Have surface layer made of corrosion-resistant materials, in particular of aluminum oxide or mixtures of aluminum oxide with metallic aluminum in microporous accumulation structure. Such layers can be produced by thermal spraying, in particular by the known plasma spraying. Needs improvement with such coatings there is the possibility of coloring, because without impairment the Surface durability or adhesion strength, especially to shock-like Changes in temperature, only a few satisfactory shades due to pigmentation of the Alumina can be produced. Also in need of improvement is the comparative one loose and porous. Surface structure, which with the application by thermal Syringes connected.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Heizflächenüberzuges für Kochplatten mit metallischem Grundkörper, wobei die Oberflächenschicht eine Farbgebung in weiteren Grenzen zulässt und mit grösserer Geschlossenheit herstellbar ist.The object of the invention is therefore to create a heating surface coating for hotplates with a metallic base, the surface layer being a Coloring within wider limits and can be produced with greater unity is.
Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die im Anspruch angegebenen Merkmale. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines solchen Heizflächenüberzuges ist durch die Merkmale des Anspruchs 14 gekennzeichnet.The inventive solution to this problem is characterized by the features specified in the claim. The inventive method for production Such a heating surface coating is characterized by the features of claim 14.
Das erfindungsgemäss für die Oberflächenschicht auf einem metallischen Kochplatten-Grundkörper vorgesehene, glasförmige Material besitzt grundsätzlich die geforderten Eigenschaften, wobei Jedoch der einwandfreien Haftung am Untergrund und insbesondere der Beständigkeit dieser Haftung gegenüber schockartigen Temperaturänderungen, wie sie im Gebrauch bei Flüssigkeitszutritt zur heissen Oberfläche unvermeidlich sind, grosse Aufmerksamkeit zu schenken ist.According to the invention for the surface layer on a metallic The glass-shaped material provided for the hotplate base body is basically possessed the required properties, however, the perfect adhesion to the substrate and in particular the resistance of this adhesion to sudden changes in temperature, as they are unavoidable in use when liquid comes into contact with the hot surface are to be paid close attention.
Eine besonders zweckmässige Ausführung der Erfindung sieht daher Email als Material für die Oberflächenschicht des Ueberzuges vor. Uebliches Email, bekanntlich ein glasförmiges, d.h.A particularly expedient embodiment of the invention therefore provides enamel as a material for the surface layer of the coating before. Usual Email, known to be a vitreous, i.e.
amorph unterkühltes Material mit treibenden bzw. färbenden Zuschlägen, hat sich erfindungsgemäss überraschend auch für die Beanspruchungen auf einem beheizten Metallkörper bei den für Kochplatten üblichen, höheren Temperaturen bis zu etwa 7000C als temperatur- und temperaturwechselbeständig sowie mechanisch ausreichend fest, insbesondere schlagfest, erwiesen.amorphous supercooled material with floating or coloring additives, has surprisingly according to the invention also for the stresses on a heated Metal body at the higher temperatures customary for hotplates up to about 7000C as temperature and temperature change resistant as well as mechanically sufficient solid, especially impact-resistant.
Eine wesentlich Weiterentwicklung der Erfindung zielt auf eine besonders gute Beständigkeit gegen Unterkorrosion des Ueberzuges, wie sie von im Dauergebrauch unvermeidlichen, kleinen Beschädigungen oder Lücken in der Email-Oberflächenschicht ausgeht oder infolge einer Diffusion von aggressiven Medien durch diese Oberflächenschicht auftreten kann. Hierzu wird zwischen dem Grundmaterial der Kochplatte und der Oberflächenschicht eine Zwischenschicht mit Korrosionsschutzwirkung, insbesondere mit Oxidationsschutzwirkung gegenüber dem darunter befindlichen Material vorgesehen.- Eine solche Korrosionsschutzwirkung kann durch Wahl eines an niedrigerer Stelle in der elektrolytischen Spannungsreihe bezüglich des Untermaterials stehenden Metalls erzielt werden. Im Hinblick auf den üblichen Eisenwerkstoff als Grundmaterial kommen hierfür bevorzugt aluminiumhaltige Metall-Legierungen oder -Verbindungen in Betracht. Das an sich verwendbare Reinaluminium unterliegt bei unmittelbarem Kontakt mit dem Eisen-Grundmaterial einer zeitlich bis zum Verschwinden der betreffenden Schicht fortschreitenden Diffusion, wenn die bei Kochplatten üblichen Betriebstemperaturen zur Wirkung kommen. Bei Anwendung von Reinaluminium als Korrosionsschutzsubstanz ist daher im allgemeinen zwischen Grundmaterial und Aluminium eine weitere Zwischenschicht mit der Funktion einer Diffusionssperre erforrllch. Hierfür kommt in besonderer Weiterbildung der Erfindung Nickelaluminid in Betracht. Dieses hat infolge der Diffusionshemmung gegenüber aggressiven Medien auch eine Schutzwirkung für das Untermaterial, allerdings nicht durch elektrolytische Effekte mit ihrer bekannt hohen Schutzwirkung. Jedenfalls kommen, wie eingehende praktische Versuche erwiesen haben, Nickelaluminidschichten als alleinige Zwischenschicht mit ausreichender Wirkung in Betracht.A significant further development of the invention aims at a particular one good resistance to undercorrosion of the coating, as it is in long-term use inevitable, small damage or gaps in the enamel surface layer emanates or as a result of a diffusion of aggressive media through this surface layer can occur. This is done between the base material of the hotplate and the surface layer an intermediate layer with an anti-corrosion effect, in particular with an anti-oxidation effect against the material underneath.- Such an anti-corrosion effect can by choosing one at a lower point in the electrolytic series with respect to the sub-material standing metal can be achieved. With regard to the Conventional iron material as the base material are preferably those containing aluminum Metal alloys or compounds are considered. The pure aluminum that can be used in itself is subject to a temporal change in the event of direct contact with the iron base material until the disappearance of the layer in question progressing diffusion when the usual for hotplates Operating temperatures come into effect. When using pure aluminum as a corrosion protection substance is therefore generally Another intermediate layer with the function between the base material and aluminum a diffusion barrier is required. For this purpose, the Invention nickel aluminide into consideration. This has opposite due to the diffusion inhibition aggressive media also have a protective effect for the sub-material, but not due to electrolytic effects with their well-known high protective effect. In any case As detailed practical tests have shown, nickel aluminide layers come into play considered as the sole intermediate layer with sufficient effect.
Die unter der Email-Oberflächenschicht liegende Zwischenschicht muss Jedenfalls ausreichende Haftungseigenschaften für das glasförmige Material aufweisen. Hierfür kommt Nickel in Betracht, gegebenenfalls auch eine Nickel-Kupfer-Legierung. The intermediate layer under the enamel surface layer must In any case, have sufficient adhesion properties for the glass-like material. For this purpose, nickel comes into consideration, possibly also a nickel-copper alloy.
Auch die bekannten Edelstähle, d.h. nickel- und/oder chromhaltige Eisenlegierungen, sind anwendbar. Die beiden letztgenannten Materialien haben übrigens deutliche Diffusionssperrwirkung, so dass eine entsprechende Korrosionsschutzwirkung gegeben ist, die in manchen Fällen ausreicht, ohne eine elektrolytisch schützende Materialkomponente bzw. eine weitere Zwischenschicht vorzusehen. Für höhere Ansprüche hinsichtlich Haltbarkeit sind allerdings mehrschichtige Unterbauanordnungen zu bevorzugen. Also the well-known stainless steels, i.e. those containing nickel and / or chromium Iron alloys, are applicable. The last two materials have, by the way significant diffusion barrier effect, so that a corresponding anti-corrosion effect is given, which in some cases is sufficient without an electrolytically protective Provide material component or a further intermediate layer. For higher demands In terms of durability, however, multi-layer substructures are preferable.
Als hinsichtlich Haftungseigenschaften besonders vorteilhaft haben sich Zwischenschichten mit mikroporöser Häufungsstruktur erwiesen. die eine intensive Verzahnung zwischen den zusatmnenstossenden Materialien ergibt. Solche Strukturen ergeben sich durch Aufbringen des betreffenden Materials mittels thermischen Spritzens. Insbesondere für die Aufbringung von Nickelaluminid empfiehlt sich die Anwendung des bekannten Plasmaspritzens.Being particularly advantageous in terms of adhesion properties Interlayers with a microporous accumulation structure have been found. the one intense Interlocking results between the abutting materials. Such structures result from applying the material in question by means of thermal spraying. Use is particularly recommended for the application of nickel aluminide the well-known plasma spraying.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand icz in den Zeichnungen schematisch dargestellten AusfUhrungsbeispiele erläutert. Hierin zeigt: Figur 1 einen schematischen Querschnitt einer Kochplatte mit Email-Heizflächenüberzug und korrosionsschützender sowie haftvermittelnder Zwischenschicht, Pigur 2 einen Teilquerschnitt aus dem Randbereich der Kochplatte nach Fig.1, in grösserem Massstab, und Figur 3 einen Teilquerschnitt einer Kochplatte mit andersartig aufgebautem Untergrund des Ueberzuges, ebenfalls aus dem Randbereich der Platte und in einem Massstab gemäss Fig,2.Further features and advantages of the invention are illustrated in FIGS Drawings schematically illustrated exemplary embodiments explained. Herein shows: FIG. 1 shows a schematic cross section of a hotplate with an enamel heating surface coating and anti-corrosive and adhesion-promoting intermediate layer, Pigur 2 one Partial cross-section from the edge area of the hotplate according to Fig. 1, on a larger scale, and FIG. 3 shows a partial cross section of a hotplate with a differently structured base of the coating, also from the edge area of the plate and on a scale according to Fig, 2.
Die in Fig.1 im Gesamtquerschnitt dargestellte Kochplatte 1 weist einen aus Gusseisen bestehenden Grundkörper 2 auf. Dieses Grundmaterial ist in den vergrösserten Querschnitten gemäss Fig.2 und Fig.3 mit dem Bezugszeichen 3 versehen. Für den Grundkörper kommt gegebenenfalls auch Stahlblech als Eisenwerkstoff mit entsprechender Formgebung durch Prägen oder Tiefziehen in Betracht.The hotplate 1 shown in overall cross section in FIG a base body 2 made of cast iron. This basic material is in the Enlarged cross-sections according to FIG. 2 and FIG. 3 are provided with the reference number 3. Sheet steel may also be used as an iron material for the base body appropriate shaping by embossing or deep drawing.
An der Unterseite des Grundkörpers 2 sind in üblicher Weise die Windungen eines spiralförmigen, elektrischen Widerstands~ heizelementes 4 innerhalb einer hitzebeständigen und elektrisch isolierenden Einbettungsmasse 4a in entsprechend spi ralförmigen Nuten angeordnet. Das spiralförmige Widerstands~ element erstreckt sich längs des Plattenumfanges, während der zentrale Bereich der Platte nur durch Wärmeleitung vom äusseren Bereich beheizt wird. Demgemäss treten die maximalen Oberflächentemperaturen im radial mittleren Bereich des über dem Widerstandselement liegenden, ringförmigen Abschnitt des Plattenkörpers auf. Ein die Heizfläche 5 der Kochplatte bedeckender Ueberzug 6 unterliegt daher schon wegen dieser unterschiedlichen Temperaturverteilung über die Plattenoberfläche beträchtlichen Wärmespannungen, die bei zeitlich welch~ selnder Temperatur die Form von stoss- oder schockartigen 35 anspruchungen annehmen. Vergleichsweise rasche und daher besonders kritische Beanspruchungen ergeben sich im praktischen Gebrauch von Kochplatten durch unmittelbare Berührung der Heizfläche mit Flüssigkeit beim unvermeidlichen Ueberkochen und versehentlichem Ausgiessen.On the underside of the base body 2, the turns are in the usual way a spiral, electrical resistance ~ heating element 4 within a heat-resistant and electrically insulating embedding compound 4a in accordingly spiral-shaped grooves arranged. The spiral-shaped resistance element extends along the circumference of the plate, while the central area of the plate only through Heat conduction from the outer area is heated. The maximum surface temperatures occur accordingly in the radially central area of the annular one above the resistance element Section of the plate body. One covering the heating surface 5 of the hotplate Cover 6 is therefore already subject to this different temperature distribution Considerable thermal stresses over the plate surface, which over time, which ~ At a lower temperature, it can take the form of shock or shock loads. Relatively quick and therefore particularly critical loads arise in the practical use of hotplates through direct contact with the heating surface with liquid in the event of inevitable boiling over and accidental pouring.
Im Hinblick auf diese Beanspruchungen besteht der Ueberzug 6 neben der Email-Oberflächenschicht 6a aus einer Nickelaluminid-Zwischenschicht 6b, die auf den durch Sandstrahlen aufgerauhten Grundkörper 2 durch thermisches Spritzen, und zwar am zweckmässigsten durch das bekannte Plasmaspritzen, aufgebracht werden kann. Die Verbindung des Nickelaluminids bildet sich beim thermischen Spritzen durch Hochtemperatur-Reaktion zwischen feinen Nickel und Aluminium-Partikeln. Das Nickelaluminid geht beim Auftreffen auf der Eisenoberfläche unter den hohen Entstehungstemperaturen im Plasma bzw. Lichtbogen eine innige und festhaftende, stoffschlüssige Verbindung mit dem Grundmaterial ein und bildet eine mikroporöse Häufungsstruktur an der Oberfläche der Zwischenschicht, jedoch eine dichte, diffusionssperrende Versiegelung im Bereich des Ueberganges zum Grundwerkstoff. Damit ist für den Eisenwerkstoff ein sicherer Korrosionsschutz durch Fernhaltung von aggressiven Medien und infolge der mikroporösen Struktur eine hervorragende Haftung für die Email-Oberflächenschicht gegeben.With regard to these stresses, the coating 6 is next to the enamel surface layer 6a made of a nickel aluminide intermediate layer 6b, the on the base body 2 roughened by sandblasting by thermal spraying, and most expediently by the known plasma spraying can. The connection of the nickel aluminide is formed during thermal spraying High temperature reaction between fine nickel and aluminum particles. The nickel aluminide goes below the high formation temperatures when it hits the iron surface an intimate and firmly adhering, cohesive connection in the plasma or arc with the base material and forms a microporous cluster structure on the surface the intermediate layer, but a tight, diffusion-blocking seal in the area of the transition to the base material. This makes a safer one for the ferrous material Corrosion protection by keeping away from aggressive media and due to the microporous media Structure given excellent adhesion for the enamel surface layer.
In Fig,2 sind die Dickenverhältnisse der Oberflächenschicht 6a und der Nickelaluminid-Zwischenschicht 6b unter Zugrundelegung einer Beispielsausführung in etwa massstäblich wiedergegeben.In Fig. 2, the thickness ratios of the surface layer 6a and 6a the nickel aluminide intermediate layer 6b on the basis of an exemplary embodiment reproduced roughly to scale.
Bei einer Dicke der Email-Oberflächenschicht von etwa 0,3 bis 0,4 mm beträgt diejenige der Zwischenschicht etwa 0,02 bis 0,05 mm. Im allgemeinen wird man - schon aus Kostengründen - eine möglichst geringe Dicke der Nickelaluminidschicht anstreben.With a thickness of the enamel surface layer of about 0.3 to 0.4 mm that of the intermediate layer is about 0.02 to 0.05 mm. Generally will one - for reasons of cost - the smallest possible thickness of the nickel aluminide layer strive for.
Bis unter 0,01 mm Schichtdicke herab wurde gute Korrosionsbeständigkeit der Grundmaterialoberfläche beobachtet.Corrosion resistance was good down to a layer thickness of less than 0.01 mm observed on the base material surface.
Wie aus Fig.2 hervorgeht, erstreckt sich die ZwiscvhenschicSt 6b im wesentlichen nur bis in den Kantenbereich der Kochplatte.As can be seen from Fig.2, the intermediate layer 6b extends in the essentially only up to the edge area of the hotplate.
An der äusseren Umfangsfläche des Grundkörpers 2 schliesst sich eine andere Korrosionsschutzschicht 7 an, die wegen der hier wesentlich geringeren Temperaturen aus Reinaluminium mit seiner hervorragenden, elektrolytischen Korrosionsschutzwirkung bestehen kann, ohne dass ein zu starkes Eindiffundieren des Alunii niums in das Eisen des Grundkörpers zu befürchten wäre, Kochplatten der vorliegenden Art sind üblicherueise in einen Edelstahl-Blechring eingesetzt, der die Umfangsfläche des Grundkörpers am Rande abdeckt und der sich auf der ausseren Korrosionsschicht 7 abstützen kann, ohne dass die sonst wegen der intermetallischen Korrosion zwischen Edelstahl und Eisen erforderliche Isolierung vorgesehen werden müsste. Ausserdem sorgt die äussere Korrosionsschutzschicht 7 für ein auch im Kantenbereich gefälliges Aussehen, wenn die Email-Oberflächenschicht aus Festigkeitsgriinden nicht wesentlich über die äussere Umfangskante der Heizfläche gezogen werden soll.A closes on the outer circumferential surface of the base body 2 other corrosion protection layer 7, because of the significantly lower temperatures here Made of pure aluminum with its excellent, electrolytic corrosion protection can exist without excessive diffusion of the aluminum into the Iron of the base body would be to be feared, hotplates of the present type are Usually used in a stainless steel sheet metal ring that covers the circumferential surface of the Base body covers at the edge and which is on the outer corrosion layer 7 can support without the otherwise due to intermetallic corrosion between Stainless steel and iron required insulation would have to be provided. Besides that the outer corrosion protection layer 7 ensures a pleasing appearance even in the edge area Appearance when the enamel surface layer is not essential for reasons of strength should be pulled over the outer peripheral edge of the heating surface.
Bei der Ausführung nach Fig.3 ist über der Nickelaluminid-Zwischenschicht 6a, die wie gemäss Fig.2 unmittelbar auf das Grundmaterial 3 aufgebracht ist, eine der zusätzlichen Versiegelung und vor allem dem Ausgleich von örtliche konzentrierten Wärmespannungen dienende, zweite Zwischenschicht 6c aus reinem Nickel oder einer Nickel-Kupferlegierung wie z.B.In the embodiment according to Figure 3 is above the nickel aluminide intermediate layer 6a, which is applied directly to the base material 3 as shown in FIG the additional sealing and, above all, the balancing of local concentrated areas Second intermediate layer 6c made of pure nickel or a second intermediate layer 6c serving for thermal stresses Nickel-copper alloy such as
Monel vorgesehen. Die Duktilität dieses Materials in Verbindung mit einer gegebenenfalls in Bezug auf die erste Zwischenschicht 6b grosseren Schichtdicke ermöglicht den erwähnten Spannungsabbau und gewährleistet besondere Haltbarkeit der Oberflächenschicht 6a. Bei einem solchen Unterbau können auch vergleichsweise empfindliche und spröde Glaswerkstoffe für die Oberflächenschicht verwendet werden.Monel provided. The ductility of this material in connection with an optionally greater layer thickness in relation to the first intermediate layer 6b enables the mentioned stress reduction and guarantees special durability the Surface layer 6a. With such a substructure can also comparatively sensitive and brittle glass materials for the surface layer be used.
Andere Kombinationen von mehrschichtigen Unterbauen einer Glas- oder Emails-Oberflächenschicht können nach den Kriterien einer ausreichenden Haftvermittlung gegenüber der Oberflächenschicht einerseits - gegebenenfalls in Verbindung mit einer Versiegelungsfunktion - und einer elektrolytischen Schutzwirkung gegenüber dem Grundmaterial andererseits ausgewählt werden.Other combinations of multilayered substructures of a glass or The enamel surface layer can be used according to the criteria of sufficient adhesion opposite the surface layer on the one hand - possibly in conjunction with a Sealing function - and an electrolytic protective effect against the base material on the other hand, can be selected.
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