一種鐵質復合炊具及其表面的加工方法
【專利摘要】本發明公開了一種鐵質復合炊具及其表面的加工方法。現有的鐵?鋁?鐵三層復合材料采用摩擦焊加工，當處理溫度大于500℃時，相鄰層間會出現開裂或剝離脫落，至今未出現采用鐵?鋁?鐵三層復合材料加工得到的鐵質炊具。本發明將由鐵?鋁?鐵三層復合材料制成的炊具基體，置于帶多個輔助熱源的等離子氧氮化爐內，在400?500℃溫度下，對基體的表面進行滲氮或/和氮碳氧共滲處理，最終形成至少具有N?C?Fe化合物的氮化層或/和N?C?O?Fe化合物的氧氮化層。本發明能避免基材鐵?鋁?鐵的相鄰層間出現開裂或剝離脫落現象，加工后得到的氮化層或氧氮化層能起到有效防銹的作用。
【專利說明】
一種鐵質復合炊具及其表面的加工方法
技術領域
[0001]本發明屬于家庭烹飪用具領域，具體地說是一種鐵質復合炊具及其表面的加工方法。
【背景技術】
[0002]目前的鐵質炊具為了防銹，除噴油性涂層外，最常用的是對鐵質炊具表面進行氮化或氧化，即所謂的無涂層不銹/防銹鐵鍋，處理的基材為單層鋼或單層鑄鐵，通常采用液體氮化(或氣體氮化、等離子氮化)，或加高溫液體氧化工藝，無論是液體氮化還是氣化氮化，其加工溫度都在530°C以上。
[0003]鐵質炊具具有補鐵的優點，深受用戶喜愛，但存在易生銹、導熱不佳、重量重等缺點。為了解決導熱問題，市場上出現了不銹鋼-鋁-不銹鋼三層復合材料，由此加工得到的炊具能解決生銹和導熱不佳的問題，但該炊具不是鐵質炊具，無法實現補鐵的功能。
[0004]目前市場上還沒有出現采用鐵-鋁-鐵三層復合材料加工得到的鐵質炊具，因為位于最外層和最內層的鐵易生銹，將鐵-鋁-鐵三層復合材料加工成鐵質炊具必須要對其表面進行處理，如果采用普通氮化工藝，處理溫度在530°C以上。而現有的鐵-鋁-鐵三層復合材料采用摩擦焊加工，當處理溫度大于500°C時，相鄰層間會出現開裂或剝離脫落，正是由于此原因，至今未出現采用鐵-鋁-鐵三層復合材料加工得到的鐵質炊具。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種由鐵-鋁_鐵三層復合材料制成的鐵質炊具，其表面覆有氮化層或氧氮化層，以起到有效防銹的作用。
[0006]為此，本發明采用如下的技術方案:一種鐵質復合炊具，它包括由鐵-鋁-鐵三層復合材料制成的基體，鋁層位于中間層，該基體的表面至少具有N-C-Fe化合物的氮化層或/和N-C-O-Fe化合物的氧氮化層。
[0007]進一步地，所述氮化層的厚度在10-50微米，優選為40-50微米;氧氮化層的厚度在1-15微米，優選為2-5微米。
[0008]上述鐵質復合炊具表面的加工方法，其將由鐵-鋁-鐵三層復合材料制成的炊具基體，置于帶多個輔助熱源的等離子氧氮化爐內，在400-500°C溫度下，對基體的表面進行滲氮或/和氮碳氧共滲處理，最終形成至少具有N-C-Fe化合物的氮化層或/和N-C-O-Fe化合物的氧氮化層。
[0009]由于輔助熱源使等離子氧氮化爐在500°C以內可以對炊具基體的表面進行滲氮或/和氮碳氧共滲處理，得到表面均勻的N-C-Fe化合物的氮化層或/和N-C-O-Fe氧氮化層，并能避免基體鐵-鋁-鐵的相鄰層間出現開裂或剝離脫落現象，從而使鐵-鋁-鐵三層復合材料可以加工成具有防銹作用的鐵質炊具。
[0010]進一步地，在氮碳氧共滲處理后還進行了后氧化處理，使氧氮化層的表面形成致密的以四氧化三鐵為主的氧化鐵層，進一步提高防銹性能，使表面的顏色均勻一致，提高抗污染能力。
[0011]炊具表面處理的具體步驟可以有以下二種情況:
第一種:a)先在常溫時將工件表面升溫至350°C，停留10-30分鐘;再升溫至400°C時開始加氣并繼續升溫，在450-480°C的溫度范圍內，在氮氣:氫氣的體積比為4-9:1的氣氛中進行滲氮處理，時間為5-6小時，在基體的表面形成具有N-C-Fe化合物的氮化層，氮化層厚度控制在10-50微米;b)進一步將溫度控制在430-490 V，在氮氣:氫氣:一氧化碳:氧氣的體積比為4-9:1:0.1-0.3:0.05-0.1的氣氛中進行氮碳氧共滲，時間為1_4小時，在氮化層的表面形成具有N-C-O-Fe化合物的氧氮化層，厚度控制在1-15微米;最后降溫至350°C時停止氣體的通入，并繼續降溫至80°C以下取出工件。
[0012]此種情況，使用一氧化碳氣體比使用二氧化碳或其它含碳氣體能有效增加白亮層，尤其是在500 V以下低溫狀態下進行表面處理，能有效增加耐腐蝕能力并縮短加工時間，使產品的批量生產具有可能性和經濟性。
[0013]第二種:a)先在常溫時將工件表面升溫至350°C，停留10-30分鐘；再升溫至400°C時開始加氣并繼續升溫，在450-480°C的溫度范圍內，在氮氣:氫氣的體積比為4-9:1的氣氛中進行滲氮處理，時間為5-6小時，在基體的表面形成具有N-C-Fe化合物的氮化層，氮化層厚度控制在10-50微米;b)進一步將溫度控制在430-490 V，在氮氣:氫氣:一氧化碳:氧氣的體積比為4-9:1:0.1 -0.3:0.0 5-0.1的氣氛中進行氮碳氧共滲，時間為I _4小時，在氮化層的表面形成具有N-C-O-Fe化合物的氧氮化層，厚度控制在1-15微米;c)進一步將溫度控制在430-480 0C的溫度范圍內，在氫氣:氬氣:氧氣的體積比為I: 0.05-0.2: 2_5的氣氛中進行后氧化處理，時間為1-2小時，在氧氮化層的表面形成致密的以四氧化三鐵為主的氧化鐵層，厚度控制在1-10微米;最后降溫至350°C時停止氣體的通入，并繼續降溫至80°C以下取出工件。
[0014]此種情況，使用氬氣的作用是提高等離子氧化過程的離子轟擊能力，以提高氧化鐵層的厚度，在500°C以下低溫狀態下氧化也能使產品的耐腐蝕能力更好，顏色更均勻。
[0015]進一步地，所述輔助熱源的功率大于等于等離子輝光的發生功率，實現強熱弱輝；等尚子氧氣化爐工作電壓在400-1000V，電流密度在0.25-2.5暈安/ cm2。
[0016]進一步地，所述的多個輔助熱源呈上、中、下分布，使爐內溫度均勻;等離子氧氮化爐腔體與輔助熱源隔離，以避免輔助熱源的電阻絲被氧氮化，延長輔助熱源的使用壽命。
[0017]進一步地，所述鐵-招-鐵二層復合材料制成的基體，在基體表面加工前，先利用內側的鐵層對基體進行包邊處理，使產品表面全部為鐵質材料，以避免鋁離子與食物接觸并能延長產品壽命。
[0018]本發明具有如下的有益效果:本發明可以在500°C以內較低溫度下對炊具的表面進行滲氮或/和氮碳氧共滲處理，得到表面均勻的N-C-Fe化合物的氮化層或/和N-C-O-Fe氧氮化層，并能避免基材鐵-鋁-鐵的相鄰層間出現開裂或剝離脫落現象，加工后得到的氮化層或氧氮化層能起到有效防銹的作用;通過后氧化處理，進一步提高防銹性能，使表面的顏色均勻一致，提高了抗污染能力。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例1得到的產品結構示意圖。
[0020]圖2為本發明實施例2得到的產品結構示意圖。
[0021 ]圖中，丨-內層鐵，2-中層鋁，3-外層鐵，4-氮化層，5-氧氮化層，6-氧化鐵層。
【具體實施方式】
[0022]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0023]鐵質復合炊具的基體材料為鐵-鋁-鐵三層復合材料(即由內層鐵1、中層鋁2及外層鐵3構成)，該基體的表面至少具有N-C-Fe化合物的氮化層和N-C-O-Fe化合物的氧氮化層。氮化層的厚度在10-50微米，優選為40-50微米;氧氮化層的厚度在1-15微米，優選為2-5微米。
[0024]實施例1
由鐵-鋁-鐵三層復合材料制成的炊具，先進行表面除油、打磨機械處理，再將其置于帶多個輔助熱源的等離子氧氮化爐內，其表面的加工方法如下:
a)先在常溫時將工件表面升溫至350 °C，停留10-30分鐘;再升溫至400 V時開始加氣并繼續升溫，在450-480°C的溫度范圍內，在氮氣:氫氣的體積比為4-9:1的氣氛中進行滲氮處理，時間為5-6小時，在基體的表面形成具有N-C-Fe化合物的氮化層，氮化層厚度控制在10-50微米;b)進一步將溫度控制在430-4900C，在氮氣:氫氣:一氧化碳:氧氣的體積比為4_9:1:0.1-0.3:0.05-0.1的氣氛中進行氮碳氧共滲，時間為1-4小時，在氮化層的表面形成具有N-C-O-Fe化合物的氧氮化層，厚度控制在1-15微米;最后降溫至350°C時停止氣體的通入，并繼續降溫至80°C以下取出工件，其結構如圖1所示。
[0025]上述方法得到的炊具，試驗結果如下:
I.硬度檢測，氧氮化層硬度大于HV0.ι500 ；
2.鹽霧試驗
試驗條件:35+20C，濕度大于95%，鹽霧沉降量l-2ml/cm2.h，pH值6_7 ；
腐蝕斑點出現時間48hr s。
[0026]
實施例2
由鐵-鋁-鐵三層復合材料制成的炊具，先利用內側的鐵層對炊具基體進行包邊處理，使產品表面全部為鐵質材料，并進行表面除油、打磨機械處理，再將其置于帶多個輔助熱源的等離子氧氮化爐內，其表面的加工方法如下:
先在常溫時將工件表面升溫至350 °C，停留10-30分鐘;再升溫至400 V時開始加氣并繼續升溫，在450-480°C的溫度范圍內，在氮氣:氫氣的體積比為4-9:1的氣氛中進行滲氮處理，時間為5-6小時，在基體的表面形成具有N-C-Fe化合物的氮化層，氮化層厚度控制在10-50微米;b)進一步將溫度控制在430-4900C，在氮氣:氫氣:一氧化碳:氧氣的體積比為4_9:1:0.1-0.3:0.05-0.1的氣氛中進行氮碳氧共滲，時間為1-4小時，在氮化層的表面形成具有N-C-O-Fe化合物的氧氮化層，厚度控制在1-15微米;c)進一步將溫度控制在430-480 °C的溫度范圍內，在氫氣:氬氣:氧氣的體積比為1:0.05-0.2:2-5的氣氛中進行后氧化處理，時間為1-2小時，在氧氮化層的表面形成致密的以四氧化三鐵為主的氧化鐵層，厚度控制在1-10微米;最后降溫至350°C時停止氣體的通入，并繼續降溫至80°C以下取出工件，其結構如圖2所示。
[0027]上述方法得到的炊具，表面為均勻的黑色，試驗結果如下:
I.硬度檢測，氧氮化層硬度大于HV0.ι500 ；
2.鹽霧試驗
試驗條件:35+20C，濕度大于95%，鹽霧沉降量l-2ml/cm2.h，pH值6_7 ；
腐蝕斑點出現時間72hr s。
[0028]以上實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍，在不背離本發明精神的基礎上所做的修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。
【主權項】
1.一種鐵質復合炊具，其特征在于，它包括由鐵-鋁-鐵三層復合材料制成的基體，鋁層位于中間層，該基體的表面至少具有N-C-Fe化合物的氮化層或/和N-C-O-Fe化合物的氧氮化層。2.根據權利要求1所述的鐵質復合炊具，其特征在于，所述氮化層的厚度在10-50微米，氧氮化層的厚度在1-15微米。3.根據權利要求1所述的鐵質復合炊具，其特征在于，所述氮化層的厚度在40-50微米，氧氮化層的厚度在2-5微米。4.權利要求1所述鐵質復合炊具表面的加工方法，其特征在于， 將由鐵-鋁-鐵三層復合材料制成的炊具基體，置于帶多個輔助熱源的等離子氧氮化爐內，在400-500 °C溫度下，對基體的表面進行滲氮或/和氮碳氧共滲處理，最終形成至少具有N-C-Fe化合物的氮化層或/和N-C-O-Fe化合物的氧氮化層。5.根據權利要求4所述的加工方法，其特征在于，在氮碳氧共滲處理后還進行了后氧化處理，使氧氮化層的表面形成致密的以四氧化三鐵為主的氧化鐵層。6.根據權利要求4所述的加工方法，其特征在于，炊具基體表面處理的具體步驟如下: a)先在常溫時將工件表面升溫至350°C，停留10-30分鐘;再升溫至400°C時開始加氣并繼續升溫，在450-480°C的溫度范圍內，在氮氣:氫氣的體積比為4-9:1的氣氛中進行滲氮處理，時間為5-6小時，在基體的表面形成具有N-C-Fe化合物的氮化層，氮化層厚度控制在10-50微米;b)進一步將溫度控制在430-490 °C，在氮氣:氫氣:一氧化碳:氧氣的體積比為7-10:1:0.1-0.3:0.05-0.1的氣氛中進行氮碳氧共滲，時間為1-4小時，在氮化層的表面形成具有N-C-O-Fe化合物的氧氮化層，厚度控制在1-15微米;最后降溫至350°C時停止氣體的通入，并繼續降溫至80 °C以下取出工件。7.根據權利要求4所述的加工方法，其特征在于，炊具表面處理的具體步驟如下: a)先在常溫時將工件表面升溫至350°C，停留10-30分鐘;再升溫至400°C時開始加氣并繼續升溫，在450-480°C的溫度范圍內，在氮氣:氫氣的體積比為4-9:1的氣氛中進行滲氮處理，時間為5-6小時，在基體的表面形成具有N-C-Fe化合物的氮化層，氮化層厚度控制在10-50微米;b)進一步將溫度控制在430-4900C，在氮氣:氫氣:一氧化碳:氧氣的體積比為4_9:1:0.1-0.3:0.05-0.1的氣氛中進行氮碳氧共滲，時間為1-4小時，在氮化層的表面形成具有N-C-O-Fe化合物的氧氮化層，厚度控制在1-15微米;c)進一步將溫度控制在430-480 °C的溫度范圍內，在氫氣:氬氣:氧氣的體積比為1:0.05-0.2:2-5的氣氛中進行后氧化處理，時間為1-2小時，在氧氮化層的表面形成致密的以四氧化三鐵為主的氧化鐵層，厚度控制在1-10微米;最后降溫至350°C時停止氣體的通入，并繼續降溫至80°C以下取出工件。8.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述輔助熱源的功率大于等于等離子輝光的發生功率，實現強熱弱輝;等離子氧氮化爐工作電壓在400-1000V，電流密度在0.25-2.5暈安/ Cm209.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的多個輔助熱源呈上、中、下分布，等離子氧氮化爐腔體與輔助熱源隔離，以避免輔助熱源的電阻絲被氧氮化。10.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述鐵-鋁-鐵三層復合材料制成的基體，在基體表面加工前，先利用內側的鐵層對基體進行包邊處理。
【文檔編號】C23C8/34GK106086774SQ201610680006
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月17日 公開號201610680006.7, CN 106086774 A, CN 106086774A, CN 201610680006, CN-A-106086774, CN106086774 A, CN106086774A, CN201610680006, CN201610680006.7
【發明人】劉莉
【申請人】湖北榮太炊具有限公司