ES2611755T3 - Revestimiento metálico para utensilio de cocción - Google Patents

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Abstract

Revestimiento para utensilio o aparato para la cocción de productos alimenticios, caracterizado por que está constituido por una aleación a base de aluminio que contiene más del 80% en masa de una o varias fases cuasicristalinas o aproximantes, que tiene la composición Ala(Fe1-5 xXx)b(Cr1-yYy)cZzJj en la que: * X representa uno o varios elementos isoelectrónicos de Fe, seleccionados entre Ru y Os; * Y representa uno o varios elementos isoelectrónicos de Cr, seleccionados entre Mo y W; * Z es un elemento o una mezcla de elementos seleccionados entre Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mn, Re, Rh, Ni y Pd; * J representa las impurezas inevitables, diferentes de Cu; * a + b + c + z >= 100 * 5 <= b <= 15; 10 <= c <= 29; 0 <= z <= 10; * xb <= 2 * yc <= 2 * j<1.

Description

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DESCRIPCION
Revestimiento metalico para utensilio de coccion
La presente invencion se refiere a un revestimiento metalico para un utensilio de coccion.
Diversos metales o aleaciones metalicas, por ejemplo las aleaciones de aluminio, son conocidos por sus buenas propiedades mecanicas, su buena conductibilidad termica, su ligereza, su bajo coste y han encontrado numerosas aplicaciones desde hace mucho tiempo, en particular para los utensilios y aparatos de coccion. Sin embargo, la mayona de estos metales o aleaciones metalicas presentan unos inconvenientes relacionados con su dureza y con su resistencia al desgaste insuficientes, o a su baja resistencia a la corrosion.
Se han realizado unos intentos de obtener unas aleaciones con propiedades mejoradas, y han llevado en particular a las aleaciones cuasicristalinas. Por ejemplo el documento FR-2-744 839 describe unas aleaciones cuasicristalinas que tienen la composicion atomica AlaXdYeIg en la que X representa al menos un elemento seleccionado entre B, C, P, S, Ge y Si, Y representa al menos un elemento seleccionado entre V, Mo, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ru, Rh y Pd, I representa las impurezas de elaboracion inevitables, 0<g<2,0<d<5, i8<e<29, y a+d+e+g=100%. La utilizacion de una aleacion que tiene la composicion Al7iCugFeioCrio como revestimiento interno de un recipiente de coccion de vidrio Pyrex® esta tambien descrita. El documento FR-2 671 808 describe unas aleaciones cuasicristalinas que tienen la composicion atomica AlaCubCob (B, C)cMdNeIf, en la que M representa uno o varios elementos seleccionados entre Fe, Cr, Mn, Ru, Mo, Ni, Ru, Os, V, Mg, Zn, Pd, N representa uno o varios elementos seleccionados entre W, Ti, Zr, Hf, Rh, Nb, Ta, Y, Si, Ge y las tierras raras, y I representa las impurezas de elaboracion inevitables, con a>50, 0<b<14, 0<b'<22, 0<b+b'<30, 0<c<5, 8<d<30, 0<e<4, f<2 y
a+b+b'+c+d+e+f=100%. Las aleaciones que tienen la composicion AlaCubCob, (B, C)cMdNeIf, con 0<b<5, 0<b'<22, 0<c<5, y M representa Mn+Fe+Cr o Fe+Cr son recomendada como revestimiento para utensilios de coccion. Segun Z. Minevski, et al., [Symposium MRS Fall 2003, "Electrocodeposited Quasicristalline Coatings for Non-stick, Wear Resistant Cookware" las aleaciones cuasicristalinas tienen buenas propiedades mecanicas y unas caractensticas de superficie que las hacen particularmente utiles para diversas aplicaciones, en particular para el revestimiento de utensilios de coccion. Se cita en particular la aleacion Al65Cu23Fei2.
A pesar de que las aleaciones cuasicristalinas presentan generalmente buenas propiedades mecanicas, buenas propiedades de transferencia termica y una buena resistencia a los choques y a la abrasion, todos no son no obstante utilizables como revestimiento para los utensilios de coccion de alimentos. En esta aplicacion particular, la aleacion cuasicristalina esta en contacto con los alimentos, que constituyen un medio salino (debido a la adicion de cloruro de sodio a la mayona de los alimentos) y eventualmente acido. Por lo tanto, es necesario que el revestimiento cuasicristalino presente una buena resistencia a la corrosion provocada por este tipo de medio. Ahora bien, las aleaciones generalmente recomendadas contienen cobre, que es al origen de una baja resistencia a la corrosion.
El objetivo de la presente invencion es proporcionar una aleacion cuasicristalina susceptible de ser utilizada como revestimiento para la superficie de un utensilio de coccion en contacto con el alimento a cocer, que presenta buenas propiedades mecanicas, asf como una buena resistencia a los aranazos y a la corrosion.
La presente invencion tiene por lo tanto por objeto un revestimiento para un utensilio o un aparato de coccion de productos alimenticios, asf como los utensilios y los aparatos que llevan dicho revestimiento.
Un revestimiento segun la presente invencion esta constituido de una aleacion a base de aluminio que contiene mas del 80% en masa de una o varias fases cuasicristalinas o aproximantes, que tiene la composicion atomica Ala(Fei- xXx)b(Cri-yYy)cZzJj, en la que:
* X representa uno o varios elementos isoelectronicos de Fe, seleccionados entre Ru y Os;
* Y representa uno o varios elementos isoelectronicos de Cr, seleccionados entre Mo y W;
* Z es un elemento o una mezcla de elementos seleccionados entre Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mn, Re, Rh, Ni y Pd;
* J representa las impurezas inevitables, diferentes de Cu;
* a + b + c + z = i00
* 5 < b < i5; i0 < c < 29; 0 < z < i0;
* xb < 2
* yc < 2
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* j<1.
En un modo de realizacion particular, la aleacion cuasicristalina tiene una composicion atomica AlaFebCrcJj, en la que:
* a + b + c + j = 100
* 5 < b < 15; 10 < c < 29; j<1.
Un revestimiento segun la presente invencion se puede obtener a partir de un lingote pre-elaborado, o de lingotes de los elementos separados tornados como diana en un reactor de pulverizacion catodica o tambien por deposito de fase vapor producida por la fusion al vado del material a granel, en todos los casos, a partir de materiales libres de cobre.
El revestimiento puede tambien ser obtenido por proyeccion termica, por ejemplo con la ayuda de un soplete oxi- gas, de un soplete supersonico o de una antorcha de plasma, a partir de un polvo constituido por una aleacion que tiene la composicion final deseada.
El revestimiento puede ademas ser obtenido por electrodeposito, a partir de un polvo de aleacion cuasicristalina que tiene la composicion deseada para el revestimiento final.
Una aleacion destinada a ser utilizada en forma masica o en forma de polvo para la elaboracion de un revestimiento segun la invencion se puede obtener mediante los procedimientos de elaboracion metalurgica clasicos, es decir que comprenden una fase de enfriamiento lenta (es decir AT/t inferior a algunos centenares de grados por minuto). Por ejemplo, unos lingotes pueden ser obtenidos por fusion de los elementos metalicos separados o de prealeaciones en un crisol de grafito brascado debajo de una cubierta de gas protector (argon, nitrogeno), de flujo de recubrimiento de uso clasico en metalurgia de elaboracion, o en un crisol mantenido a vado. Es posible tambien utilizar unos crisoles de ceramica refractaria o de cobre enfriado con un calentamiento por corriente de alta frecuencia. La preparacion de un polvo de aleacion puede entonces efectuarse por trituracion mecanica. Un polvo constituido de partfculas esfericas puede ademas ser obtenido por atomizacion de la aleacion ftquida por un chorro de argon segun una tecnica clasica, siendo tal polvo particularmente adecuado para la preparacion de revestimientos por proyeccion termica.
Otro objeto de la presente invencion es un utensilio o un aparato de coccion de productos alimenticios, en el que la superficie en contacto con los productos alimenticios lleva un revestimiento segun la presente invencion.
La presente invencion se ilustra mediante el ejemplo siguiente, al que no obstante no esta limitada.
Ejemplo
Preparacion de un revestimiento AlFeCr por proyeccion plasma
Se moldeo una aleacion que tiene la composicion atomica AU70Fe.10Cr.20 (es decir una composicion ponderal Al=54,2Fe=i6,oCr=29,8) en forma de polvo por atomizacion, con un diametro capilar de 4 mm y una presion de nitrogeno de 4 bares. El polvo se ha separado en fracciones granulometricas y se han conservado los polvos que tienen una dimension de granos entre 20 |im y 90 |im. La composicion masica real del polvo despues de la atomizacion es
Al53,8±0,5Fei6,4±0,2Cr29,9±0,3.
Con la ayuda del polvo asf obtenido, se ha realizado un deposito de revestimiento sobre un sustrato de acero inoxidable 316L precalentado a 250°C, con la ayuda de una antorcha de plasma con un caudal de hidrogeno de 0,4 l/min. El revestimiento obtenido tiene un grosor de 200 a 300 |im.
A tftulo comparativo, se han efectuado unos depositos por proyeccion plasma sobre unos sustratos de acero inoxidable 316L, a partir de la composicion Al7iCri0,6Fe8,7Cu9,7 («Cristome A1») relativamente rica en cobre, y de la composicion Al69,5Cu0,54Cr20,26Fe9,72 (A11) en la que el porcentaje de cobre es muy bajo.
Unos ensayos de corrosion (ensayo galvanico, impedanciometna y ensayos de inmersion) se efectuaron sobre unas muestras constituidas por un disco de 25 mm de diametro tratadas por pulido metalografico hasta el fieltro cargado de partfculas de 3 |im.
Ensayos galvanometricos
Los ensayos galvanometricos simulan una corrosion acelerada. Se han efectuado sobre un revestimiento segun la invencion del ejemplo 1, asf como a tftulo comparativo sobre los revestimientos de aleacion A1 y A11, segun el modo de realizacion siguiente. Se ha sumergido en una solucion acuosa de NaCl 0,35 M a 60°C, una muestra a ensayar que servira de electrodo de trabajo, una placa de platino que servira de contra-electrodo y un electrodo de
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referencia. Se ha impuesto un potencial creciente entre el electrodo de referencia y la muestra. AE representa la diferencia entre el potencial de abandono (es decir el potencial que existe intrmsecamente entre la muestra y el electrodo de referencia) y el potencial a partir del cual empieza la disolucion del revestimiento. Los resultados de los ensayos galvanicos efectuados son reunidos en la tabla siguiente.
Mediciones de impedanciometna
Las mediciones de impedanciometna son efectuadas en una celula similar a la que se utiliza para los ensayos galvanicos. A partir del potencial de equilibrio, se impone a la celula un potencial sinusoidal alrededor del potencial de equilibrio, y se mide la impedancia compleja en funcion de la frecuencia de la sinusoide. Se traza un diagrama de Nyquist que se modeliza con la ayuda de circuitos equivalentes que dan unas capacidades interfaciales (unidas a la superficie desarrollada de la muestra) y unas resistencias de transferencia (unidas a la resistencia al paso en solucion de los iones metalicos). La corriente de corrosion Ic se determina por la relacion Ic = 0,02/Rt, siendo Rt la resistencia de transferencia.
Ensayos de inmersion
Para los ensayos de inmersion, las muestras se colocan durante 20h en una solucion acuosa NaCl 0,35 M a 60°C. Despues de la extraccion de las muestras, se examino el estado de la superficie y se analizaron las soluciones de inmersion.
Los resultados del conjunto de los ensayos se dan en la tabla siguiente.
Muestra
Ejemplo 1 A1 A11
Dureza Vickers (bajo 100 g)
462 400
Ensayos de corrosion
Ic
9 20 21
AE (en V)
1,36 0,40
Resistencia de transferencia despues de 2h (Q/cm2)
65300 15500
Ensayo de inmersion, medicion de disolucion
Al (mg/l)
0,50 1,10
Cr (mg/l)
<0,01 0, 14
Fe (mg/l)
<0,01 0,10
Cu (mg/l)
<0,01
Estos resultados muestran que la ausencia de Cu hace la aleacion menos sensible a la corrosion en medio NaCl 0,35 M y menos sensible a la disolucion en agua salada. Una cantidad muy baja de Cu, del orden de 0,54% atomico, es decir un orden de tamano que es el de las impurezas, es suficiente para disminuir de manera significativa la resistencia a la corrosion de una aleacion. Parece asf que es imperativo que las aleaciones utilizadas para unos revestimientos de utensilios de coccion esten totalmente libres de cobre.

Claims (3)

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    REIVINDICACIONES
    1. Revestimiento para utensilio o aparato para la coccion de productos alimenticios, caracterizado por que esta constituido por una aleacion a base de aluminio que contiene mas del 80% en masa de una o varias fases cuasicristalinas o aproximantes, que tiene la composicion Ala(Fei-xXx)b(Cri-yYy)cZzJj en la que:
    * X representa uno o varios elementos isoelectronicos de Fe, seleccionados entre Ru y Os;
    * Y representa uno o varios elementos isoelectronicos de Cr, seleccionados entre Mo y W;
    * Z es un elemento o una mezcla de elementos seleccionados entre Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mn, Re, Rh, Ni y Pd;
    * J representa las impurezas inevitables, diferentes de Cu;
    * a + b + c + z = 100
    * 5 < b < 15; 10 < c < 29; 0 < z < 10;
    * xb < 2
    * yc < 2
    * j<1.
  2. 2. Revestimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la aleacion cuasicristalina tiene una composicion atomica AlaFebCrcJj, en la que:
    * a + b + c + j = 100
    * 5 < b < 15; 10 < c < 29; j<1.
  3. 3. Utensilio o aparato para la coccion de productos alimenticios, caracterizado por que la superficie de dicho utensilio o aparato que esta en contacto con los productos alimenticios lleva un revestimiento segun una de las reivindicaciones 1 o 2.
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