一種防鏽鐵炊具的製造方法

2023-06-04 21:17:51 1

專利名稱：一種防鏽鐵炊具的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種防鏽鐵炊具如炒鍋、平鍋、湯鍋、水壺等的製造方法，特別是集不鏽、節能、耐磨和保健等多種優良性能為一體的鑄鐵或低碳鋼炊具的製造方法。
鐵鍋是中國的傳統炊具之一，以其成本低又具有保健功能即易溶出有益於人體健康的鐵質而為人們喜愛。世界衛生組織為此向人們推薦中國鐵鍋。但鐵鍋在潮溼空氣中和水份存在時易生鏽，使用中鍋底易起氧化皮，嚴重影響其外觀和使用壽命。單純解決鋼鐵生鏽的途徑有許多，但作為鐵製炊具要求其綜合性能優異，即除了保持原料成本低，鐵質易溶出的特性外，還要導熱均勻，熱效率高，美觀耐用，不含任何有害元素等。現有的各種表面塗覆技術，雖然有一定的防鏽作用，但塗覆的各種隔離層，使鐵元素難於溶解出來而失去寶貴的益康功能，一旦保護塗層脫落後，仍鏽蝕。一般的滲氮、氮碳共滲技術對鐵的耐鏽蝕性提高不多鹽霧試驗(NSS)表明，出現鏽斑的時間一般不超過24小時。近年興起的淬火拋光再淬火(QPQ)複合工藝將碳鋼或鑄鐵首先進行鹽浴軟氮化，再進行鹽浴氧化處理，拋光後再一次氧化處理。該工藝雖然較大的提高了碳鋼器皿的耐腐蝕性，鹽霧試驗(NSS)時，出現鏽斑的時間可提高到80小時，但鑄鐵防鏽層僅能達到7—13μm厚。這是由於鑄鐵存在大量片狀，塊狀石墨，採用上述技術，難以獲得更厚的防鏽化合物層，耐蝕性仍然滿足不了炊具的實用要求，而且工序多，操作複雜，鹽浴有毒，造成汙染。
本發明的目的是提供一種既能保留鐵的益康功能，又無汙染，特別耐鏽蝕的鐵炊具的製造方法。
該法是在鐵炊具的表面滲一層由鐵的氧化物(Fe3O4)和鐵氮化合物[Pe2-3(N—C]組成的均勻、連續、厚度可達18—30μm的複合保護層，從而製造出一種既具有鐵炊具的保健功能，而綜合性能又好的不易鏽蝕的鐵炊具。
本發明的目的是這樣來實現的選用成本低，導熱性好，易成型的鑄鐵或低碳鋼為原材料，採用混合工作氣體的氣體多元共滲法，結合降溫工藝和脈動氣流技術，一步(連續)完成氣體軟氮化和氧化工序，實現對鑄鐵或低碳鋼炊具的防鏽處理。
大量試驗表明，在鑄鐵或低碳鋼表面僅有鐵的氧化物(Fe3O4)或僅有鐵氮化合物[Fe2-3(N—C]作防鏽保護層時，防鏽蝕性能不理想，而具有二種化合物的複合滲層，可以顯著提高鐵製品的耐鏽蝕功能，採用本發明氣體多元共滲和氧化處理一步法，結合降溫工藝和脈動氣流技術，鐵炊具的表面可形成18—30μm厚的均勻，連續複合防鏽保護層，從

圖1鑄鐵防鏽蝕膜層的微分Auger能譜圖可看出該法生產的鐵炊具表面其主要成分為鐵(Fe)、氧(O)、氮(N)和碳(C)，表層以鐵、氧元素為主，不含任何有毒害元素，仍富含易溶出的鐵質，具有明顯的保健功能，此點為表1鐵鍋煮湯時溶出鐵質量的分析結果所證實。
表1鐵鍋煮湯時溶出鐵質量的分析結果
本發明採用半浸水試驗用玻璃杯盛自來水，室溫，試片2/3浸入水中，垂直懸掛，定期觀察(用×5放大鏡)表面鏽蝕情況，試驗結果不處理試片出現1個鏽點時間3～4小時；本發明技術處理試片出現1個鏽點時間為2880—3120小時。
結果證明本發明法處理生產的鐵鍋，比未處理的鐵鍋鹽霧試驗時出現鏽點的時間延長3、4百倍，浸水出現鏽點的時間延長了7百倍以上，表面硬度提高了3倍。
本發明的具體工藝流程成型鍋坯件→鍋坯潔淨予處理→吊裝入爐→氣體軟氮化和氧化一步處理→降溫出爐→外觀包裝→成品→入庫。
坯件選用成本較低的鑄鐵或低碳鋼為原料，導熱性好，易成型，而料源廣。
鋼板鍋坯件潔淨預處理可採用常規幹噴砂或液體清洗方法。
關鍵的防鏽處理在專用的同一爐內，一次連續完成氣體多元共滲和氧化工序；降溫階段採用降低氣體流量，或脈動氣流法，最後通氮氣出爐。
氣體多元共滲和氧化一步法的工藝參數如下共滲採用的工作氣體組成和體積比為氨氣(NH3)∶二氧化碳(CO2)∶空氣(Air)＝100∶4—6∶5—35。
共滲溫度560—620℃。
保溫時間1.5—3.5小時。
氨分解率為35—65％。
爐壓600—1200毫巴。
出爐溫度490—540℃。
鐵鍋防鏽處理後，為使其外觀黑亮、美觀，須用食用油塗擦鍋內外表面，但潔淨預處理採用液體清洗方法的鐵炊具，因為一般食用油不易塗上，且顏色不勻，必須使用棕櫚油塗擦，它是一種天然食品，不易氧化，可長期保存，無異味，營養豐富，又有良好的保健作用，經濟實惠。
下面結合實施例對本發明作進一步說明例1灰口鑄鐵模壓成Φ260—320mm，深90mm的炒鍋→噴砂處理→乾燥的壓縮空氣吹洗潔淨→裝於專用吊具上，入爐防鏽處理工作氣體的組成和體積比為NH3∶CO2∶Air＝100∶4∶12爐壓500mmbar，氨分解率為45％600℃保溫3小時→斷電降溫→爐溫降至510℃時停止通NH3，並通N2，出爐→空氣冷卻後放入食用油內10分鐘→擦淨→鍋邊鑲不鏽鋼圈及安裝鍋把→製得本發明鐵鍋→包裝入庫。
例2將08F碳鋼板冷衝成Φ340～430mm，深95—110mm的炒鍋或Φ240—280mm，深40—50mm的平鍋→噴砂或清洗→熱風吹乾→吊裝入爐防鏽處理工作氣體NH3∶CO2∶Air＝100∶4.5∶10爐壓600mmbar氨分解率45％590℃保溫3小時→斷電降溫到510℃→出爐→鍋外表面局部噴紅烤漆→鍋表面塗擦棕櫚油→其餘步驟與例1同。
本法生產的鐵鍋炊具，鍋表面黑亮光潔，防鏽層均勻、連續，防鏽保護層厚度為19—30μm，硬度為728—775Hν，相組成以ε相[Fe2-3(C、N)]＋Fe3O4為主，經電加熱試驗表明(表3)熱效率高，節能效果明顯與未處理的同樣炊具相比，鋼板鍋節能約79％，鑄鐵鍋節能約29％，耐急冷、熱性能好，在450℃—600℃高溫下冷水驟激防鏽層不炸裂。
表3防鏽鐵鍋節能測試(電加熱)結果
用本發明方法製得的鐵炊具，試驗品經三年以上試用，不怕刮、不怕鏟、不怕幹燒，至今無鏽蝕和氧化皮產生。半浸水鐵炊具出現鏽蝕的時間比未經本法處理的鐵炊具延長了7百多倍。
本發明工藝方法簡便、工序少、設備少，工作氣體便宜、易得，安全無汙染，故投資少，工藝穩定，便於推廣而成本低。
本發明確為一種生產耐鏽蝕性突出，綜合性能優異又能保持有益人體健康的鐵質溶出的鐵炊具的好方法。
權利要求
1.一種防鏽鐵炊具的製造方法，其特徵在於將鑄鐵或低碳鋼加工的炊具坯件作潔淨處理後，用氨、二氧化碳、空氣的混合氣體為工作氣體；採用氣體多元共滲和氧化一步法在同一爐內連續完成防鏽處理，然後降溫出爐，最後用食用油塗擦炊具表面。
2.如權利要求1所述的防鏽鐵炊具的製造方法，其特徵在於氣體多元共滲和氧化一步法的工藝參數如下·工作氣體的體積用量比為氨∶二氧化碳∶空氣＝100∶4—6∶5—35。·工作溫度560—620℃·工作時間1.5—3.5小時·爐壓500—1200mmbar·氨分解率35—65
3.如權利要求1所述的防鏽鐵炊具的製造方法，其特徵在於降溫出爐的溫度控制在490—540℃，採用減少氣體流量或脈動氣流法降溫。
4.如權利要求1所述的防鏽鐵炊具的製造方法，其特徵在於用液體清洗法潔淨的鐵炊具，降溫出爐後選用棕櫚油塗擦炊具表面。
全文摘要
本發明公開了一種耐鏽蝕，綜合性能優異的鐵炊具的生產方法，該法採用新型混合工作氣體的氧化-氣體多元共滲法結合降溫工藝操作和脈動供給工作氣流的技術，在同一爐內連續完成對鐵炊具的氧化、軟氮化防鏽處理，通過該法可在鑄鐵或低碳鋼表面形成連續、均勻厚度可達18-30μm的Fe
文檔編號C23C8/28GK1126769SQ9510639
公開日1996年7月17日 申請日期1995年6月15日 優先權日1995年6月15日
發明者曾耀新, 徐冰仲, 張海濤, 熊衛東, 張克緣 申請人:鐵道部科學研究院金屬及化學研究所