在炊具上噴塗鐵銅鋅塗層的方法

2023-10-11 00:16:44 3

專利名稱：在炊具上噴塗鐵銅鋅塗層的方法
技術領域：
本發明是屬於在炊具基體上添加高銅高鋅鐵基塗層的製造方法，是一種利用噴塗技術使鐵基塗層中含有較高的銅、鋅，並能保證塗層與基體牢固結合的方法。
眾所周知，人類古老的炊具用材料有陶器和鐵，近代則大量使用鋁材和不鏽鋼製造炊具。由於陶器的脆性和含有鉛、鎘等對人體有害的元素，從而限制了它的應用。用鋁材製造的炊具比鐵製炊具既質輕又美觀，而且導熱性能也比鐵製炊具好，又不生鏽，各類家庭喜愛使用，但是，鋁並不是人體所必需的微量元素，吸收多了就積蓄在人體的肝、脾、腎、甲狀腺和腦等部位，當積蓄量達到一定值時，會對消化道吸收磷發生抑制作用，妨礙人體消人吸收，此外，體內鋁含量過高，不僅會影響神經系統，使幼兒智力發育遲緩，加速人腦組織老化，而且還會使人衰老的更快(參見《微量元素與人體健康》人民衛生出版社，吳晴齋編著)。
不鏽鋼炊具由於導熱性差，烹調時，食物無法均勻受熱，常常是一部分食物尚未煮熟，而鍋底接觸火焰卻已焦糊，不能食用。顯然，最有應用前途的炊具用材仍是鐵。
鐵製炊具在使用過程中能釋放人體所必需的元素鐵，但是人體內還需要其它金屬微量元素，尤其是銅和鋅元素-號稱是生命攸關的元素，一般而論，微量元素鐵、銅、鋅等對核酸及蛋白質的合成，免疫過程細胞的呼吸、分裂、繁殖及新陳代謝等都有直接作用。所以鐵製炊具所釋放的單一鐵元素顯得有些不能滿足人體需要了。人們需要一種能釋放出鐵、銅、鋅微量元素的炊具。
由於鋅在鐵的熔點溫度下蒸氣壓很大，給含高鋅的鐵合金的熔鑄造成很大困難，故製造以鐵、銅、鋅為基的含油耐磨材料，通常都採用粉末冶金方法。這種方法造價昂貴作為炊具生產是不適宜的。為了使炊具在使用過程中能釋放出微量金屬(Fe、Cu、Zn)元素，在炊具表面噴塗鐵銅鋅塗層是最為簡便和經濟的方法。
在噴塗技術中，現在應用最為廣泛的是氧-乙炔火焰粉末噴塗，氧-乙炔線材噴塗，電弧噴塗。(其餘如等離子噴塗，爆炸噴塗等技術如用在炊具製造上，設備投資大，操作複雜，其造價也是不難想像的。)在上述三種方法中，利用粉末噴塗，因汙染大，且鋅元素也氧化得很厲害，所以是不理想的，若採用氧-乙線材噴塗，必須先製造出含鐵銅鋅三組元的複合線材，這樣得到的塗層造價就會大大提高。電弧噴塗被公認為是一種成本低效率高的噴塗方法，但人們通常是採用二極屬於同種材料的絲材，而製造高銅高鋅的鐵基合金絲材是很困難的，做成假合金絲材就更不可能了。這對於實現在炊具上含鐵銅鋅三元塗層也是個問題。
本發明的目的是提供一種在炊具上噴塗鐵銅鋅塗層的方法，用本發明的方法可在炊具上方便經濟地獲得高銅鋅鐵基塗層。
本發明的在炊具上噴塗鐵銅鋅塗層的方法是使用電弧噴塗法，本發明中所用的電弧噴塗方法其特徵在於兩個電極既不用鐵、銅、鋅三元合金線，也不用以該三種元素製成的複合線，而是一個電極用Fe線，另一個電極用Cu-Zn合金線。採用Cu-Zn合金線作為一個極的目的，首先是為了確保在實際應用中往往需要固定的Cu/Zn比。其次是減少Zn在噴塗中的揮發損耗，這裡，改變Cu-Zn線中的Zn含量，可調整塗層中的Cu/Zn比，改變Fe線與Cu-Zn線的線徑比可以調整塗層的相組成。


圖1是本發明在炊具上噴塗鐵銅鋅塗層的電弧噴塗示意圖，其中1-塗層(Fe-Cu-Zn)，2-鎳鋁(2082絲)底層，3-鐵炊具基體，4-鐵絲，5-銅鋅絲，6-壓縮空氣，7-電弧噴槍。
圖2是圖1中塗層(1)的顯微組織(×100)，圖3是圖1中塗層(1)的形貌相(×500)。
圖4是圖1中塗層(1)中的鐵、銅、鋅元素麵分布圖，其中(a)鐵分布圖、(b)銅分布圖，(c)鋅分布圖。
圖5是圖1中鎳鋁(2082絲)底層(2)與基體(3)的結合狀況。
圖6是圖1中鎳鋁底層(2)與基體(3)交界處元素濃度分布曲線，其中(a)為Fe-Al曲線，(b)為Fe-Ni曲線。
下面結合附圖詳細敘述在炊具上噴塗鐵、銅、鋅金屬塗層的方法。
第一步，做好準備工作，即先將炊具表面噴砂處理，用16目棕鋼玉砂，空氣壓力為5個大氣壓。然後在經砂處理的炊具表面噴塗NLS2082絲(北京有色金屬研究總院有售)-一種鎳鋁複合噴塗絲作底層，具體工藝用上海噴塗機械廠出的SQP-1型噴槍，噴塗時氧、乙炔氣體流量為0.7～0.8立方米/小時，空氣壓力4～6大氣壓，噴塗距離150～200毫米，進絲速度為每分鐘650～750毫米。塗層厚度為0.05～0.3毫米。第二步是本發明應用方法的關鍵，即在NLS2082絲底層上噴塗高銅高鋅鐵基塗層，圖1是本發明在炊具上噴塗鐵、銅、鋅塗層的電弧噴塗示意圖，電弧噴槍(7)的兩極(4)(5)分別採用市售Fe絲和黃銅絲，絲材直徑為φ1.4-1.6毫米，具體工藝用上海噴塗機械廠出的SCDP-3電弧噴槍。噴塗時電壓為20～22V，電流為50～60A，進絲速度為1～1.5米/分，噴塗距離為150～300毫米。空氣壓力4～6大氣壓，塗層厚度0.5～3毫米。
塗層(1)組成如下Cu 15-45%(重)，Zn 1-20%(重)，Fe餘量。從圖2可見，鐵、銅、鋅塗層中各相的分布、組織宏觀上是比較均勻的。利用掃描電鏡對塗層的正面側面進行分析，儘管是微區分析，也可以看出在各處均有鐵銅鋅三元素存在，並且含量的波動雖然存在但不是很大(見表1)。
表1元素(%) Fe Cu Zn 元素(%) Fe Cu Zn66.9 21.7 11.4 66.1 23.9 12.9塗層正面 68.1 21.1 10.8 塗層側面 78.9 14.3 6.870.4 19.8 9.8注試樣塗層正面、側面均磨光。
從微觀上看，本發明的炊具用鐵、銅、鋅塗層是一種由Fe和Cu-Zn兩相組成的假合金。圖3中的A(黑色部分)為鐵，B(白色部分)為銅-鋅。從塗層顯微組織來看，這二相是獨立存在的，交互嵌鑲。從圖4(a)(b)(c)來看，更證實了鐵和銅-鋅雖然略有擴散，但未熔合。比較(a)(b)(c)三圖，可以看到鐵的含量較多，而Cu-Zn仍成為一體，Zn的含量較Cu含量少一些。
對塗層的x射線衍射分析，也證明證明塗層中主要組成相為Fe相和Cu-Zn相。掃描電鏡觀察表明鐵-銅-鋅塗層(1)和底層(2)的界面交互嵌鑲，為使用提供了良好的耐磨性和抗熱衝擊性。再有，由於鎳鋁複合噴塗絲(2082絲)在噴塗瞬間發生強烈放熱反應，使Ni-Al塗層(2)與鐵鍋基體(3)相熔合，形成牢固的冶金結合，經過電鏡分析，可以得知。鎳鋁底層(2)中的一些鎳鋁元素已擴散入鐵基(3)體中，與鐵基體形成了牢固的冶金結合，而這底層同時又為後續的FeCuZn三元塗層(1)提供了良好的具有一定粗糙度的結合面，二塗層間相互嵌鑲，故結合十分牢固。
熱衝擊實驗則從另一側面證實了這一點用本發明的方法製成的90×150mm的金屬板試樣三塊，鎳鋁絲打底，Fe、Cu、Zn塗層為0.7mm厚，塗層向內，當彎曲半徑R＝5mm時，樣品分別彎曲45°，70°，90°塗層無開裂脫落。將彎曲後的試樣，在580-640℃下保溫4分鐘，基體呈暗紅，即取出用自來水衝，冷卻後入爐，反覆三次，塗層完好。
在炊具上噴塗Fe、Cu、Zn塗層使用電弧噴塗法可以改變Fe、Cu、Zn塗層中各元素的含量，這也是本發明方法的一個特徵。
改變Cu-Zn線中的Zn含量，即可改變塗層中Cu/Zn比，如分別使用38%Zn-Cu線與20%Zn-Cu線作電弧噴塗的一極，而另一極都採用Fe線。前者塗層中鋅含量約為15%，銅含量約為27%，其餘為鐵。後者塗層中Zn含量約為7.5%，銅含量約為35%，鐵餘量。
若改變二極線的線徑比，則可改變塗層中的Fe相與Cu-Zn相的比例(見表2)。
表2.線徑與塗層組成的關係Cu/Zn=62/38 Fe線直徑 塗層組成的線直徑(mm)Cu(wt%) Zn(wt%) Fe(wt%) Cu/Zn Cu-Zn/FeΦ1.5 Φ1.5 26.84 15.22 餘量1.760.73
Φ1.5Φ1.4 30.96 16.32餘量1.90 0.90Φ1.5Φ1.3 32.98 20.0餘量1.65 1.12由於塗層的取樣位置不同，所以雖取用同樣成分，同樣線徑的Cu-Zn線，其Cu-Zn比不完全一致，而有所波動。但從上表中可以清楚看到Cu-Zn線直徑不變，隨著Fe線線徑的變小，Cu、Zn元素在塗層中含量增加，即Cu-Zn/Fe的比值上升。可想而知，如果固定鐵線的線徑，減小Cu-Zn線的線徑，即可實現Cu-Zn/Fe比值的下降。
用本發明的方法噴塗Fe、Cu、Zn三元塗層在炊具的內表面(烹飪面)上，在烹飪時炊具可釋放出於人體健康有益的Fe、Cu、Zn微量元素，並可按需要調整塗層中Fe、Cu、Zn的含量。下面表3是內表面有Fe、Cu、Zn金屬塗層的烹飪用鐵鍋(表中稱「合金鍋」)和無塗層的一般鐵鍋及不鏽鋼鍋在烹飪時所釋放出微量元素的比較表。(見表3)表3.微量元素測定結果(mg/100g)檢品 鍋種類 銅 鋅 鐵紅燒魚肉 合金鍋 0.095 2.273 2.454紅燒魚肉 鐵鍋 0 0.400 0.640紅燒魚肉 不鏽鋼鍋 0 0.762 2.000紅燒魚湯 合金鍋 0.352 2.000 4.848紅燒魚湯 鐵鍋 0.036 0.320 1.840紅燒魚湯 不鏽鋼鍋 0.200 0.116 0.640水 合金鍋 0 0.002 0.010清燉魚肉 合金鍋 0 0.533 0.867清燉魚湯 合金鍋 0.172 0.488 4.316紅燒肉 合金鍋 0.536 8.227 23.227紅燒肉 鐵鍋 0.200 3.071 7.664紅燒肉 不鏽鋼鍋 0.282 4.993 8.400炒肉絲 合金鍋 0.469 3.662 3.892
炒肉絲 鐵鍋 0.336 3.109 4.327炒肉絲 不鏽鋼鍋 0.222 3.356 3.719西紅柿炒 合金鍋 0.352 1.648 5.864雞蛋西紅柿炒 鐵鍋 0.121 1.182 2.042雞蛋西紅柿炒 不鏽鋼鍋 0.104 0.944 2.000雞蛋燻醋 原醋 0.035 2.880 8.240燻醋 合金鍋 0.058 80.000 245.000燻醋 鐵鍋 0.036 9.300 52.300燻醋 不鏽鋼鍋 0.046 9.000 20.2001%食用鹼 鹼液 0.005 0.009 0.0301%食用鹼 合金鍋 0.018 0.002 0.0181%食用鹼 鐵鍋 0.008 0.003 0.0271%食用鹼 不鏽鋼鍋 0.014 0.002 0.0301%食鹽水 原鹽水 0.006 0 01%食鹽水 合金鍋 0.012 0 01%食鹽水 鐵鍋 0.006 0 01%食鹽水 不鏽鋼鍋 0.007 0 0酒(60°) 二鍋頭酒 0.005 0.025 0.054酒(60°) 合金鍋 0.025 19.600 43.900酒(60°) 鐵鍋 0.006 12.500 110.000酒(60°) 不鏽鋼鍋 0.022 0.752 2.016注1)每次每鍋用量，魚1000g，豆油200g，鹽15g，水1000毫升。
2)此表中，醋、鹼、鹽水、酒中的微量元素測定結果用(mg/100ml)計。
下面的實施例是對本發明的進一步說明，而不是限制本發明的內容。
實施例取市售熟鐵鍋一個，直徑350mm，內表面經噴砂處理後，噴塗NLS2082絲，然後電弧噴塗Fe-Cu-Zn塗層。
具體工藝1.在鐵鍋內表面噴砂，用16目棕剛玉砂、空氣壓力為5個大氣壓。
2.噴塗NLS2082，絲材成分為A120～24%，Ni餘量直徑為φ3.17毫米。
用Metco12噴槍，噴槍點火壓力氧氣2.41巴，乙炔1.03巴，壓縮空氣4.83巴。噴塗時流量表讀數氧氣44格，乙炔39格，壓縮空氣52格，塗層厚度0.1毫米。
3.在上述噴塗底層上噴塗鐵銅鋅塗層。
採用SCDP-3型電弧噴槍，兩極分別為Fe線和銅鋅線(不能含Pb Cu/Zn比為1.63)線材在經均為φ1.5毫米。電壓22V，電流60A，壓縮空氣壓力5大氣壓，噴塗距離250mm，塗層厚度1.5毫米。塗層中Fe、Cu、Zn含量如下Cu26.84%(重)，Zn15.22%(重)，Fe餘量。
權利要求
1.在炊具上噴塗鐵銅鋅塗層的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟首先將炊具表面進行噴砂處理，在經過噴砂處理的炊具表面用氧-乙炔氣噴槍噴塗鎳鋁複合噴塗絲作底層；然後用電弧噴槍在鎳鋁複合噴塗絲底層上噴塗高銅高鋅鐵基塗層。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所說的鎳鋁複合噴塗底層厚度為0.05～0.3毫米，底層組成鋁17-27%(重)，鎳餘量。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所說電弧噴槍的兩極，一極用鐵線，另一極用銅鋅線。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所說的鐵銅鋅塗層厚度為0.5～3毫米。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所說的鐵銅鋅塗層中各元素含量如下Cu15～45%(重)，Zn1～20%(重)，Fe餘量。
6.根據權利要求5所述的方法，其中塗層中鐵、銅、鋅含量可通過電弧噴槍的鐵線極和銅鋅線極的線徑以及銅鋅線中的銅與鋅量之比來改變。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所說的炊具是鐵鍋。
全文摘要
本發明涉及一種在炊具上噴塗鐵銅鋅塗層的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟首先將炊具表面進行噴砂處理，在經過噴砂處理的炊具表面用氧-乙炔氣噴槍噴塗鎳鋁複合噴塗絲作底層；然後用電弧噴槍在鎳鋁複合噴塗絲底層上噴塗高銅高鋅鐵基塗層。
文檔編號B05D1/08GK1052802SQ90103060
公開日1991年7月10日 申請日期1990年6月25日 優先權日1990年6月25日
發明者甘曉鐵, 徐天元 申請人:北京市第二水利工程處