NO155999B - Belagt metallprodukt. - Google Patents

Description

Belagt metallprodukt som har et lag fra gruppen bestå-

ende av kobber og kobberlegeringer og et ytre sjikt av rustfritt stål på minst én side.

Bruken av laminerte eller belagte metallprodukter omfattende tre laminater eller mindre, er utbredt i indu-strien. Bruksredskaperniav rustfritt stål og med et bunn-

lag ,av kobber er velkjent, og det gjelder også gjenstander av rustfritt stål med aluminiumkjerne. Slike produkter har vært tilgjengelige i lengre tid, og har vært utbredt benyttet for fremstilling av kokekar eller kjøreler. Et av problemene med slike tidligere kjente materialer var og er, vanskeligheten med å få hurtig og jevn varme-overføring over hele kjørelets flateareal. Disse tidligere materialer er generelt overlegne i forhold til enkle metallag, men langt fra perfekte.

I US patenter3.952.938; 4.004 .892; 4.103.076; og 4.167.607

er det beskrevet et nytt kompoundmateriale basert på en kobberbelagt aluminiumkjerne eller en kobberkjerne mellom to lag av aluminium og belagt med ett eller flere lag av rustfritt stål. Dette nye produkt overvinner de største problemer med de tidligere kjente og ovenfor omtalte materialer. Med det nye produkt vil man få en hurti-gere og jevnere fordeling av varme. Produktet eliminerer problemet med skjemmende oksydasjon av kobber hos de tidligere kjente kobberbelagte gjenstander av rustfritt stål, hvis kobber her brukes som kjernemateriale. De nye produktene forårsaker en overlegen varmefordeling sammen-lignet med tidligere kjente aluminiumgjenstander belagt med rustfritt stål. De kombinerer alle de enestående termiske egenskaper til kobber og aluminium med korrosjons- og slitasjebestandighet hos rustfritt stål.

En enestående og fullstendig uventet egenskap hos metall-produktene i ovennevnte US-patenter og hos kjøreler fremstilt fra produktet ifølge de der beskrevne produkter, er deres egenskap med hensyn til å redusere klebing av matvarer til produktenes overflate. Alle metallkjøreler har vært utsatt for klebing av matvarer på overflatene under innvirkning av varme. "Teflon" og andre syntetiske belegg har vært påført for å hindre dette. Materialet \følge foreliggende oppfinnelse har i det vesentlige de samme egenskaper som "Teflon"-belagte gjenstander når det gjelder å hindre klebing av matvarer. \

Forsøk for å bestemme de forskjellige termiske egenskaper til mange metaller som benyttes i kjøreler og andre nytite-gjenstander, ble utført for å bestemme eventuelle for- \ skjeller som kan forekomme når det gjelder evnen til jevn overføring av varme. Følgende forsøksmetoder ble benyttet for bedømmelse av materialer for bruk i kjøkkenredskaper ogx lignende. \

En enkel gassfyrt varmekilde slik som en Bunsen-brenner

ble anbragt i samme avstand under hvert kokekar. Gass-mengden til brenneren var konstant. Flammen traff direkte ved sentrum av bunnens utside på kokekaret og ga en 7,5 cm sirkulær kontakt. Termoelementer ble festet ved det indre sentrum av kokekaret til den ytre kant ved plasseringer med 12 mm mellomrom, inkludert opp sideveggen,, Alle kokekar hadde lik form, dvs. 25 cm stekepanne.

Det skal vises til de utmerkede varmeoverføringsegenskaper hos massivt aluminium; kobber/aluminiumbelagt rustfritt belagt aluminium/kobber-kjerneprodukter, og rustfritt belagt aluminium-2-sjiktsprodukter. Siden kobber anses som det beste materialet når det gjelder varmeledningsevne, og denne vanligvis anses for å være 100%, er dette materia-lets evne til å overføre varme velkjent. Aluminium i ren tilstand anses å ligge på annenplass når det gjelder varme-overf øring, og denne egenskap hos aluminium utgjør omtrent 57% i forhold til den hos kobber. Støpejern brukt i kokekar har omtrent 16,6% av varmeledningsevnen til kobber,

mens derimot karbonstål slik som benyttet i kjernen hos rustfritt belagt karbonstål ifølge US patentene 2.718.690

og 2.758.368 har 15,1% av varmeledningsevnen til rent kobber. Videre har rustfritt stål "type 304" (18% krom,

8% nikkel) omtrent 3,83% av kobbers varmeledningsevne. Keramiske materialer slik som glass er totale motstandere av varmeoverføring og har ledningsevner på omtrent 1% av den til rent kobber.

En direkte beregning av prosentandelene av hvert metall som er benyttet i tverrsnittet av et belagt metall benyttet i kokekar, kombinert med den prosentuelle verdi for varmeledningsevne i forhold til kobber, ville gi de varme-overføringsverdier som er nødvendig for å bestemme varmeledningsevnen for kompound-materialet. Tykkelsen eller massen for metallene benyttet.i et kokekar er også viktig med hensyn til kokeegenskapene, og derfor anbefales en minstetykkelse på 1,2 mm for nevnte anvendelse.

Det ble utført forsøk for å bestemme matvare-frigjørings-egenskaper for forskjellige materialer. Kokekar av lignende størrelse som angitt ovenfor, ble anbragt på en gassoppvarmet eller elektrisk oppvarmet flate inneholdende et sentralt stilt termoelement som kom i berøring med senteret for kokekarets ytre bunn. Innsiden av kokekaret ble preparert ved lett belegging med matolje. Mel ble bredt utover på den overflate av kokekaret som var belagt med matoljen. Overskudd mel ble fjernet ved avhelling. Det resulterende tynne belegg av mel på kokekarets overflate ble deretter observert med hensyn til farge. Kokekaret ble plassert på varmeelementet som var forsynt med termostaten, og varmen ble påsatt ved en innstilling på 177°C. Kokekarene ble utsatt for varme i 2 1/2 minutt og deretter fjernet fra varmeelementet. Et forsøk på å fjerne det oppvarmede mel fra kokekarets overflate ble foretatt ved å plassere kokekaret under en vannstråle med et trykk på 15,75 kg. Det ble benyttet en vanntempera-tur på omtrent 4 3°C ved skylling. Tiden for fjerning av melet ved hjelp av den omtalte skylleprosess ble notert. Man konkluderte med at motstanden mot klebing sto i direkte forhold til den tid som gikk med for fjerning ved hjelp av nevnte vannskyllingsmetode. Melets farge påvirkes av varmekonsentrasjonen. Jo større varmekonsentrasjonen er, jo mørkere brent farge får melet. Kokekarmetaller med høy ledningsevne ga liten eller ingen varmefarging på meloverflaten. De oppnådde resultater, korrigert til en enhetsbasis på 3,13 mm tykkelse, er angitt i den nedenstående:

Matvare-frigjøringsegenskapene til kokekar av rustfritt stål/aluminium/kobber var overlegne i forhold til slike egenskaper for alle andre metall- og glassoverflater. Frigjøringsegenskapene til syntetiske overflater for-

bedres med tykkelsen og var lik når aluminium med en tykkelse på 3,13 mm ble benyttet. Kokekar av lik tykkelse fremstilt fra kobber/aluminium/rustfritt stål hadde frigjørings-egenskaper som var overlegne i forhold til Teflon-belagt aluminium av samme tykkelse, og kokekar av rustfritt stål,

aluminium-kobber, aluminium, rustfritt stål, hadde ver-dier i det samme området som "Teflon"-belagt aluminium.

De meget gode termiske egenskaper til foreliggende compound-materialer er meget viktige med hensyn til å fastslå de overlegne egenskaper til foreliggende metallkombinasjoner.

Man har oppdaget at når rent aluminium alene anvendes for plettering eller belegging av kobber, oppstår det en "appelsinskall"-effekt. Man kjenner ingen måte å regulere denne effekt på, hverken mekanisk eller ved varmebehandling. Man har imidlertid oppdaget at nevnte effekt kan elimineres ved anvendelse av en aluminiumbasislegering med et tynt belegg av rent aluminium på de sider som skal bindes til kobberet og/eller rustfritt stål. Dette eliminerer problemet med avskalling, mens man samtidig oppnår en meget god binding for det rene aluminium. Det er funnet at basismaterialet kan være en aluminiumlegering, f.eks. "3003", "3004", "5005" eller et hvilket som helst annet slikt aluminiumprodukt som betraktes som en legering snarere enn rent aluminium. Som det tynne, rene aluminiumbelegg på aluminiumlegeringen kan man f.eks. anvende slike aluminiumkvaliteter som "EC", "1100", "1130", "1230", "1145", "1175" og "7072". Dette rene aluminium bør belegges ved cladding på overflatene av aluminiumlegeringen som skal bindes til kobberet og det rustfrie stål.

I foreliggende sammenheng er betegnelsen "plate" ens-betydende med kveil eller platekveil som benyttes i metall-industrien.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et belagt metallprodukt som har et lag fra gruppen bestående av kobber og kobberlegeringer og et ytre sjikt av rustfritt stål på minst én side, og produktet er kjennetegnet ved at det på minst én side av kobberlaget, mellom kobberlaget og det rustfrie stålet, har et sjikt av aluminiumlegering som inneholder mindre enn 99% aluminium og er belagt med i alt vesentlig rent aluminium inneholdende minst 99% aluminium, idet vesentlig rent aluminium ligger an mot så vel kobberlaget på én side av aluminiumlegeringssjiktet som mot det rustfrie stålsjiktet på motsatt side av aluminiumlegeringssjiktet.

Nevnte vesentlige rene aluminium, slik som typene "1100", "1130", "1230", "1145", "1175" og "7072" er således belagt på en aluminiumlegering slik som typene "3003", "3004", "5005". Det er foretrukket å benytte aluminium av typen "1145" belagt på én eller begge sider av aluminiumlegeringen av typer slik som f.eks. "3003", "3004" og "5005".

Det vises til Metals Handbook, 9. utgave, vol. 2, utgitt av American Society for Metals, med hensyn til de ovenfor angitte aluminiumkvaliteter eller -typer.

Alle elementene i det sammensatte eller komposittproduktet blir fortrinnsvis renset og behandlet på sine overflater ved sliping for å fjerne alle oksyder; dette behøver ikke gjøres når det gjelder rustfritt stål, men må foretas på aluminiumlegerings aluminiumbelagte overflate. Produktet kan fortrinnsvis være laget ved dannelse av et for-komposittprodukt av aluminium og kobber, idet dette kan være kobber belagt på én side med aluminiumlegering belagt med renaluminium eller aluminium på begge sider av et kobberlag, og deretter binding av et rustfritt stålsjikt til en eller begge sidene av den med renaluminium belagte aluminiumlegering. Denne på forhånd dannede plettering eller kjerne blir fortrinnsvis renset og kondisjonert på overflaten eller overflatene av renaluminium ved sliping eller børsting eller ved hjelp av en egnet mekanisk metode for fjerning av alle oksyder, men dette kan sløyfes når det gjelder rustfritt stål. Kobberet belagt med aluminiumlegering som i sin tur er belagt med renaluminium, eller kobberlag med aluminiumlegering som er belagt med renaluminium som er blitt rengjort som angitt ovenfor, bindes sammen kaldt under trykk, f.eks. ved sterk reduksjon i området 40-80% i ett eller flere valsestikk i et valseverk, deretter, om ønsket, ettervarmebehandlet for å sammenføyningens styrke. Den på forhånd dannede plettering eller kjerne bestående av med renaluminium belagt aluminiumlegering og kobber, varmes sammen med det rustfrie stål til en temperatur i området 149-427°C, reduseres 20-70% i et valsestikk i et valseverk eller alternativt reduseres opptil 5% i en valsestasjon fulgt av en reduksjon på 10-25%

i annen valsestasjon, og deretter gjenoppvarmes til 316-427°C, fortrinnsvis ved 371°C for å gi adgang for diffusjon mellom de tilstøtende metallag. Denne diffusjon forårsaker en økning i bindestyrken mellom de tre forskjellige metallene, og forårsaker også en viss spenningsavlastning. Det resulterende produkt kan lett dyptrekkes til et kokekar.

Som et annet alternativ kan produktet fremstilles ved dannelse av et forkomposittmateriale eller kjerne av med renaluminium belagt aluminiumlegering og kobber,'og deretter påføring av det rustfrie stålsjiktet på en eller begge sidene av renaluminiumoverflaten. Ved en slik ut-førelse blir platene av med renaluminium belagt aluminiumlegering og kobber slipt og kondisjonert, bragt sammen i kontakt, oppvarmet til 149-371°C og underkastet 30-70% reduksjon. Den med renaluminium belagte aluminiumlegering og det på forhånd fremstilte kobberkomposittmaterialet,

kan ettervarmes for å øke styrken i sammenføyningen. Det resulterende sammenpressede kobber/aluminiumprodukt blir deretter renset ved sliping av siden eller sidene av renaluminium, og anvendes som en plettering eller kjerne for en claddingoperasjon med rustfritt stål. I dette trinn blir enheten av pletteringen eller kjernen og rustfritt stål på ny oppvarmet til 149-427°C, fortrinnsvis underkastet en første reduksjon til 2-5%, og deretter en annen reduksjon i området 5-25%, idet det sammensatte produkt eller enheten alternativt kan reduseres i et enkelt reduserende valsestikk i et omfang av 20-70%. Produktet blir deretter oppvarmet til ca. 371°C for å bevirke gløding og diffusjon som omtalt ovenfor.

I et tredje alternativ blir en eller to plater av aluminiumlegering belagt med renaluminium mekanisk renset, oppvarmet til 149-427°C, og bragt i kontakt med en eller begge overflatene på en kobberplate som har romtemperatur,

og reduseres ved å bruke en av de ovenfor omtalte re-duksjbnsmetoder. Forkomposittmaterialet av med renaluminium belagt aluminiumlegering og kobber kan, om ønsket, oppvarmes for å øke sammenføyningens styrke. Dette kompositt-materialet eller kjerne anbringes deretter mellom plater av rustfritt stål, reduseres og glødes som omtalt ovenfor.

Et fjerde alternativ omfatter fremstilling av forkomposittmaterialet av med renaluminium belagt aluminiumlegering på en eller begge sidene av kobberet ved kald- eller varm-binding, som nevnt i det første alternativ, og deretter kaldbinding av nevnte forkomposittmateriale av med renaluminium belagt aluminiumlegering og kobber på én eller begge sider med rustfritt stål under anvendelse av et reduksjonstrinn i området 30-70% i ett eller to valsestikk. Det resulterende komposittmateriale av rustfritt stål, kobber og aluminium varmebehandles som omtalt i nevnte første alternativ.

I et femte alternativ blir alle elementer, dvs. kobber med renaluminium belagt aluminiumlegering og rustfritt stål, fortrinnsvis renset og kondisjonert på deres frilagte overflater ved sliping for å fjerne alle oksyder, men denne operasjon kan imidlertid sløyfes for rustfritt stål.

Delene oppvarmes separat eller bringes sammen før oppvarming, oppvarmes til en temperatur på 149-427°C, reduseres 20-70%

i et valsestikk eller blir vekselvis redusert i et omfang på opptil 5% i en valsestasjon fulgt av en reduksjon i et omfang på 10-25% i en annen valsestasjon og deretter oppvarmet på nytt til 316-427°C, fortrinnsvis ved 371°C, for å gi adgang for diffusjon mellom de tilstøtende metallag. Diffusjonsoperasjonen bevirker en økning i bindestyrke mellom de tre forskjellige metallene.

Foreliggende oppfinnelse forklares nærmere under henvisning til nedenstående eksempler og den medfølgende tegning som viser et snitt av et sammensatt produkt ifølge oppfinnelsen. De i eksemplene angitte aluminiumkvaliteter er beskrevet i Metals Handbook, 9. utgave, vol. 2, utgitt av American Society for Metals.

Eksempel I

En kobberplate med en tykkelse på 0,25 mm ble renset ved sliping med en stålbørste og plassert mellom to aluminium- ' plater "type 3003", hver med en tykkelse på 1,88 mm, belagt med et tynt lag aluminium "type 1145" på begge sider som.' likeledes ble renset ved sliping. Kobberet og den aluminiumbelagte aluminiumlegering reduseres med omtrent 50-65%

for sammenbinding. Det aluminiumbelagte kobberprodukt med en tykkelse på 1,25 mm ble renset ved sliping av den utildekkede flate av rent aluminium, deretter bragt i

kontakt med to plater rustfritt stål, type "304" med tykkelse 0,25mm og anbragt med den rustfrie stålflate mot. de rensede flater av rent aluminium. Det sammensatte metallprodukt ble oppvarmet til 371°C og ført gjennom et valseverk for å redusere tykkelsen til 1,63 mm, deretter ført gjennom et annet valseverk og redusert til en tykkelse på 1,25 mm. Det resulterende produkt ble deretter oppvarmet

på nytt til 371°C i tilstrekkelig tid til å gi diffusjon mellom de to tilstøtende metallag over hele deres grenseflater. Det sluttlige glødede produkt ble dyptrukket til stekepanner.

Når det er ønskelig å ha en overflate av rustfritt stål og en annen av kobber, består det på forhånd dannede produkt av et kobberbelagt aluminiummateriale, og de samme . , metoder som angitt ovenfor, følges, men bare én side av kobberet belegges. :.

Eksempel II

En kobberplate med en tykkelse på 0,25 mm ble renset ved sliping og anbragt mellom to slipingsrensede aluminium-plater med en tykkelse på 3,13 mm (type "Alclad 3004") belagt med aluminium (type "1145"). Metallene ble oppvarmet til 232°C og utsatt for et første valsestikk ved ca. 2% reduksjon og deretter valset til en tykkelse på omtrent 2,75 mm i et sluttlig valsestikk. Det valsede produkt ble deretter oppvarmet på nytt til 371°C for å tillate diffusjon mellom metallagene. Sluttproduktet ble oppdelt i prøve-stykker og dyptrukket til kokekar.

Når det er ønskelig å ha en overflate av rustfritt stål,

og den andre av aluminium eller kobber, følges de samme metoder som angitt ovenfor, idet det belegg som ikke skal anvendes, sløyfes.

Eksempel III

En kobberplate med en tykkelse på 0,25 mm ble renset ved sliping med en stålbørste og anbragt mellom to plater av aluminiumlegering (type "3003") hver med tykkelse 1,88 mm, belagt med aluminium (type "1145"). og renset ved sliping.

To stålplater (type "304") med en tykkelse på 0,25 mm ble renset ved sliping og anbragt på hver side av arkene av aluminiumbelagt aluminiumlegering. Det sammensatte produkt ble oppvarmet til 371°C og ført gjennom et valseverk for å redusere tykkelsen til 3 mm. Det resulterende produkt ble deretter oppvarmet på nytt til 371°C i et tilstrekkelig tidsrom til å gi diffusjon mellom tilstøtende metallag ved deres grenseflater. Det sluttlig glødede produkt ble dyptrukket til koke- eller stekekar.

Det er funnet at foreliggende produkt kan anvendes i koke-eller stekekarindustrien på flere måter og ved flere kom-binasjoner. Man kan f.eks. anvende et ni-lags materiale

som vist på medfølgende tegning, bestående av et kobber-

lag 10 belagt på hver side med en aluminiumlegeringsplate 11 som er belagt på hver side med rent aluminium 12, som igjen er belagt på begge sider med rustfritt stål 13, for fremstilling av koke- eller stekekar som har de ønskede egenskaper til rustfritt stål på de frie overflater, men som

har en ensartethet med hensyn til varmeoverføring som ikke kan oppnås hos de tidligere kjente materialer.

Et materiale bestående av syv eller åtte lag med en kobberkjerne belagt på hver side med rent aluminiumbelagt aluminiumlegering og med et ytre lag av rustfritt stål, er meget tilfredsstillende for fremstilling av koke- eller stekekar som skal porselensbelegges eller belegges etter forming på den frie overflate av rent aluminium eller anvendes som skiver festet til bunnen av kjøreler fremstilt på konvensjo-nell måte fra kompound-materialet. Også her oppnås god varmeovergang. I det tilfelle hvor skiver anvendes, sløyfes belegget av rent aluminium på den overflate som skal være frilagt.

Videre kan man fremstille et fem-lagsmateriale under anvendelse av de ovenfor beskrevne metoder, hvilket materiale har et kobberlag belagt på én side med en aluminium-legeringskjerne belagt med rent aluminium og med et kobberlag omfattende rustfritt stål bundet til overflaten av rent aluminium, og dette gir et produkt som kan formes til kjøreler som har en utvendig kobberoverflate for dekorative formål og varmeoverføringsformål, idet den andre utvendige overflate består av rustfritt stål med en kjerne av aluminium.

Foreliggende produkt er primært omtalt i forbindelse med kjøkkentøy, fordi dette er det området hvor de største mengder av slike metallprodukter anvendes, men foreliggende sammensetning kan imidlertid anvendes på forskjellige indu-strielle områder hvor varmeoverføring er av betydning, og hvor motstandsevne mot misfarging, oksydasjon osv. er ønsket.

Claims (4)

1. Belagt metallprodukt som har et lag (10) fra gruppen bestående av kobber og kobberlegeringer og et ytre sjikt (13) av rustfritt stål på minst én side, karakterisert ved at det på minst én side av kobberlaget, mellom kobberlaget og det rustfrie stålet, har et sjikt (11) av aluminiumlegering som inneholder mindre enn 99% aluminium og er belagt med i alt vesentlig rent aluminium (12) inneholdende minst 99% aluminium, idet i alt vesentlig rent aluminium ligger an mot såvel kobberlaget på den ene side av aluminiumlegeringssjiktet som mot det rustfrie stålsjiktet på motsatt side av aluminiumlegeringssjiktet.

2. Produkt ifølge krav 1, karakterisert ved at det har et sjikt av aluminiumlegering belagt med i alt vesentlig rent aluminium på hver side av kobberlaget, slik at i alt vesentlig rent aluminium grenser inntil kobberet, og et ytre beleggsjikt av rustfritt stål på et av aluminiumsjiktene med aluminiumet mellom det rustfrie stålet og kobberet.

3. Produkt ifølge krav 2, karakterisert ved at laget består av et kobbersjikt, med sjikt av aluminiumlegering belagt med i alt vesentlig rent aluminium på hver side, hvorved det vesentlig rene aluminiumet grenser inntil kobberet og et sjikt av rustfritt stål på hver side av renaluminiumsjiktene mellom det rustfrie stålet og kobberet på hver side.

4.. Produkt ifølge krav 1, karakterisert ved at det består vesentlig av et sjikt av aluminiumlegering belagt med rent aluminium på begge sider og et ytre belegg av kobber på én side og et ytre belegg av rustfritt stål på den andre siden, slik at aluminiumlegeringssjiktet belagt med i alt vesentlig rent aluminium ligger mellom det rustfrie stålet og kobberet, med hver av kobberet og det rustfrie stålet i kontakt med belegget av i det vesentlige rent aluminium.