专利名称：表面有金属涂层的烹饪用铁锅的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种内外表面有不同金属涂层的烹饪用铁锅，特别是一种具有导热防蚀抗磨涂层且在烹饪过程中能释放人体所必需的铁、铜、锌微量元素的烹饪用铁锅。
人类古老的炊具有陶器和铁制炊具，近代则大量使用铝制和不锈钢制炊具。由于陶器的脆性和含有铅、镉等对人体有害的元素，从而限制了它的应用。铝制炊具比铁制炊具既质轻又美观，而且导热性能也比铁锅好，又不生锈，各类家庭喜爱使用，但是，铝并不是人体所必需的微量元素，吸收多了就积蓄在人体的肝、脾、肾、甲状腺和脑等部位，当积蓄量达到一定值时，会对消化道吸收磷发生抑制作用，妨碍人体消化吸收，此外，体内铝含量过高，不仅会影响神经系统，使幼儿智力发育迟缓，加速人脑组织老化，而且还会使人衰老的更快(参见《微量元素与人体健康》人民卫生出版社，吴晴斋编著)。
不锈钢炊具由于导热性差，烹调时，食物无法均匀受热，常常是一部分食物尚未煮熟，而锅底接触火焰之处的食物却已焦糊，不能食用。显然，最有应用前途的仍是铁制炊具，尤其是铁锅。
铁锅在使用过程中能释放人体所必需的元素铁，但是人体内还需要其它金属微量元素，尤其是铜和锌元素一号称是生命攸关的元素。一般而论，微量元素铁、铜、锌等对核酸及蛋白质的合成，免疫过程细胞的呼吸、分裂、繁殖及新陈代谢等都有直接作用。所以铁锅所释放的单一铁元素显得有些不能满足人体需要了。又因为铁锅外表面易于生锈剥落，很快蚀穿，从而影响了铁锅外观和使用寿命。所以人们希望有一种在烹饪过程中能释放人体所必需的铁、铜、锌微量金属元素，又具有导热防蚀抗磨功能的铁锅。
现有技术中，已有在锅内表面涂镀金属涂层的炊具。如CN88210742中所述的复合涂层锅，由于这种锅的内表面涂层中锌、铜金属元素含量比例占90％以上，铁元素含量小于1％，使得人体摄入铁、铜、锌微量元素的比例失调，造成了锌、铜元素摄入量过高，这样必然导致锌、铜中毒。另外，该专利的内镀层是将锌焊条直接喷在铁基金属锅体上，掩盖了本应释放的铁金属层，并在锅内表面形成了一层真合金，使得Zn、Cu特别是Fe难以独立地释放，铁的含量又极少很难保证有铁元素释放出。并且这种锌基合金与铁基锅体结合力较差，涂层易脱落，影响了使用率及寿命。第三，由于该锅体外表面涂有导热性较差的粘合涂层，这样势必造成所用锅的热效率下降，能源消耗高，最终使这种锅难以推广使用。
本实用新型的目的是要提供一种内表面有能释放适量铁、铜、锌微量元素的金属涂层，外表面有导热防蚀抗磨镍铝金属涂层的烹饪用锅，特别是一种铁锅，这种有金属涂层的铁锅在烹饪过程中能有效地释放出对人体有益的适量的铁铜锌微量金属元素，并具有导热快、防锈蚀抗磨损的特点。
本实用新型的另一个目的是提供一种与锅体外表面具有冶金结合的导热防蚀抗磨损镍铝涂层，锅体内表面有能独立释放铁、铜、锌微量元素的金属涂层。
本实用新型的目的是这样实现的首先对市售铁锅的内、外表面喷砂处理，经过喷砂处理的表面应新鲜、有光泽、具有一定的粗糙度。对经过喷吵处理的内表面用SQP－1型喷枪(上海喷涂机械厂制造)喷涂材料代号为NLS2082丝(北京有色金属研究总院有售)的镍铝复合丝作结合底层，镍铝层厚度为0.05－0.3mm。然后在NLS2082涂层上用电弧喷枪(上海喷涂机械厂制造)，喷涂铁、铜、锌涂层(对铁锅内表面喷铁铜锌涂层的方法已另申请专利)，涂层中各元素的含量如下Cu15－45％(重)Zn1－20％(重)，Fe余量％(重)，铁铜锌涂层厚度一般为0.5－3毫米最佳。然后，在经过喷砂处理的锅体外表面用SQP－1型喷枪喷涂NL2082丝作为抗磨、导热、防蚀涂层，Ni－Al涂层厚度一般为0.08～1mm。最后经粗磨、精抛光两步工序便制出成品锅。
本实用新型因为只需在市售烹饪铁锅表面喷涂金属涂层，所以方法简单，造价低，重要的是在烹饪或一般使用过程中不断地有铁、铜、锌微量元素独立地释放出，并通过与食物结合而被人体摄入，以补偿人体在正常食物链中对这类元素需求的不足部分；在铁锅的外表面由于喷涂了镍铝涂层，使得铁锅导热快，抗磨抗氧化，外观也很漂亮，打破了以往给人们的黑锅底印象。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。
图1是根据本实用新型提出的表面有金属涂层的烹饪用铁锅，其中1－铁铜锌涂层，2－镍铝层，3－锅体，4－镍铝涂层。
图2是本实用新型锅内表面金属涂层的显微组织(×100)。
图3是本实用新型锅内表面金属涂层的形貌相(×500)。
图4是本实用新型锅内表面金属涂层中的铁、铜、锌元素面分布图，其中(a)铁分布图，(b)铜分布图，(c)锌分布图。
图5是本实用新型锅中的镍铝涂层(2)(4)与铁锅基体(3)的结合处的形貌相，它说明涂层与基体是冶金结合。
图6是本实用新型锅中的镍铝涂层(2)(4)与铁锅基体(3)的交界处元素浓度分布曲线图，其中(a)为Fe－Al元素曲线图，(b)为Fe－Ni元素曲线图。
以下结合附图详细说明依据本实用新型提出的内外表面有不同金属涂层的烹饪锅的细节及制造方法。
该烹饪铁锅的内表面包括一个铁一铜一锌涂层(1)，该涂层(1)通过镍－铝结合底层(2)与锅体(3)的内表面“粘结”，从图2可见，涂层中各相的分布、组织是比较均匀的。利用扫描电镜对涂层的正面侧面进行分析，尽管是微区分析，也可以看出在各处均有铁铜锌三元素存在，并且含量的波动虽然存在但不是很大(见表1)。
表1元素(％) FeCuZn 元素(％) FeCuZn66.9 21.7 11.464.1 23.9 12.9涂层正面68.1 21.1 10.8 涂层侧面 78.9 14.3 6.870.4 19.8 9.8注试样涂层正面、侧面均磨光。
铁锅内表面上的涂层微观上是一种由Fe和Cu－Zn两相组成的假合金。图3中的A(黑色部分)为铁，B(白色部分)为铜－锌。从涂层显微组织来看，这二相是独立存在的，交互嵌镶。从图4(a)(b)(c)来看，更证实Fe和CU－Zn虽略有扩散，但未熔合。比较(a)(b)(c)三图，可以看到铁的含量较多，而Cu－Zn仍成为一体，Zn的含量较Cu含量少一些。
对涂层的X射线衍射分析，也证明涂层中主要组成相为Fe相和Cu－Zn相。扫描电镜观察表明铁－铜－锌涂层(1)和Ni－Al层(2082丝)(2)的界面交互嵌镶，互相略有扩散，但未熔合。也无脆性金属间化合物产生，为使用提供了良好的耐磨性和抗热冲击性。再有，由于镍铝复合喷涂丝(2082丝)在喷涂瞬间发生强烈放热反应，使涂层(2)(4)与铁锅基体(3)相熔合，形成牢固的冶金结合，镍铝复合喷涂丝的涂层(2)(4)与铁锅基体(3)形成的良好结合如图5所示，从图5可看出在结合层，镍铝层与铁层无明显界限。用电子探针测定了喷涂试片涂层(2)(4)与基体(3)交界处元素浓度分布曲线(见图6)，实验结果表面，扩散层厚度为10μ以上，并且镍铝底层(2)(4)中的一些镍、铝元素已扩散入铁基体(3)上，与铁基体形成了牢固的冶金结合，而这底层同时又为后续锅内表面的FeCuZn三元涂层(1)提供了良好的具有一定粗糙度的结合面，(1)(2)二涂层间相互嵌镶，故结合十分牢固。
热冲击实验则从另一侧面证实了这一点，从本实用新型锅上取下已用镍铝丝打底，铁铜锌涂层为0.7mm厚的90×150mm的金属板三块，涂层向内，当弯曲半径R＝5mm时，样品分别弯曲45°，70°，90°，涂层无开裂脱落。将弯曲后的试样，在580－640℃下保温4分钟，基体呈暗红，即取出用自来水冲，冷却后入炉，反复三次，涂层完好。
本实用新型锅体(3)的外表面涂有镍铝涂层(4)，实践证明，铁锅(3)外表面喷涂镍铝金属涂层(4)后，热分布均匀，因镍铝层抗氧化抗磨损无锈蚀发生，所以锅体外观漂亮，样锅已试用40个月，涂层完好，无剥落掉块。
用本实用新型铁锅烹饪各种食品并与各种调料接触时，用原子吸收法检测铁、铜、锌微量元素释放均匀，异常毒性试验中无不良反应，表2是本实用新型铁锅(称“合金锅”)和一般铁锅及不锈钢锅在烹饪各种食物及与调料接触时所释放出的微量元素的对比结果。
表2.微量元素测定结果(mg／1000g)检品锅种类铜锌铁红烧鱼肉合金锅0.0952.2732.454
红烧鱼肉铁锅00.4000.640红烧鱼肉不锈钢锅00.7622.000红烧鱼汤 合金锅0.3522.0004.848红烧鱼汤铁锅0.0360.3201.840红烧鱼汤不锈钢锅0.2000.1160.640水合金锅00.0020.010清炖鱼肉合金锅00.5330.867清炖鱼汤合金锅0.1720.4884.316红烧肉合金锅0.5368.22723.227红烧肉铁锅0.2003.0717.664红烧肉不锈钢锅0.2824.9938.400炒肉丝合金锅0.4693.6623.892炒肉丝铁锅0.3363.1094.327炒肉丝不锈钢锅0.2223.3563.719西红柿炒合金锅0.3521.6485.864鸡蛋西红柿炒铁锅0.1211.1822.042鸡蛋西红柿炒不锈钢锅0.1040.9442.000鸡蛋熏醋原醋0.0352.8808.240熏醋合金锅0.05880.000254.000熏醋铁锅0.0369.30052.300熏醋不锈钢锅0.0469.00020.2001％食用碱碱液0.0050.0090.0301％食用碱合金锅0.0180.0020.0181％食用碱铁锅0.0080.0030.0271％食用碱不锈钢锅0.0140.0020.0301％食盐水原盐水0.00600
1％食盐水合金锅0.012001％食盐水铁锅0.006001％食盐水 不锈钢锅0.00700酒(60)二锅头酒0.0050.0250.054酒(60)合金锅0.02519.60043.900酒(60)铁锅0.00612.500110.000酒(60)不锈钢锅0.0220.7522.016注每次每锅用量鱼1000g、豆油200g、盐15g、水1000ml，此表中醋、碱、盐水、酒中的微量元素测定结果用(mg／100ml)计。
实施例取市售熟铁锅一个，直径350mm，内外表面径喷吵处理后，喷涂NLS2082丝，然后在内表面电弧喷涂Fe－Cu－Zn涂层。
具体步骤1.在铁锅内外表面喷砂，用16目棕刚玉砂，空气压力为5个大气压；2.喷涂NLS2082，丝材成分为Al20－24％，Ni余量，直径为φ3.17毫米。
用Metco12E喷枪，喷枪点火压力氧气2.41巴，乙炔1.03巴，压缩空气4.83巴。喷涂时流量表读数氧气44格，乙炔39格，压缩空气52格，涂层厚度0.1毫米。
3.在上述喷涂底层上喷涂铁铜锌涂层。
采用SCDP－3型电弧喷枪，两极分别为铁线和铜－锌线(不能含Pb)，线材直径均为φ1.5毫米。其中铜锌线中Cu／Zn＝1.63。电压22V，电流60A，压缩空气压力5大气压，喷涂距离250毫米，涂层厚度1.5毫米。涂层组成如下Cu为26.84％(重)，Zno 15.22％(重)，Fe余量。
4.对锅体(3)外表面喷NLS2082丝，所用丝材和工艺同本例的第二步。需要说明的是对于镍－铝喷涂丝，喷涂距离约在150～200毫米之间，另外，射流与被喷涂表面的夹角，即喷涂角应大于45°，以75～90°为好。这个角度喷涂强度最佳。外表面镍铝涂层厚度为0.2～0.8mm。
5.最后将锅体内表面进行粗磨、精抛光两步，便制得成品锅。
权利要求1.一种表面有金属涂层的烹饪用铁锅，其特征在于该锅的内表面包括一个铁-铜-锌涂层(1)，该涂层(1)通过镍-铝结合底层(2)与锅体(3)结合，在锅体(3)的外表面喷有镍铝金属涂层(4)，其中所说的铁铜锌涂层(1)中各元素的含量如下CU15～45%(重)，Zn1～20%(重)，Fe余量%(重)，涂层(1)的优选厚度0.5～3mm；所说的镍铝层(2)的组成如下Al20～24%(重)，Ni余量，其厚度为0.05～0.3mm；所说的镍铝涂层(4)厚度优选0.08～1mm。
2.根据权利要求1所述的铁锅，其特征在于涂层(1)与镍铝层(2)交互嵌镶，互相略有扩散，但未熔合。
3.根据权利要求1所述的铁锅，其特征在于镍铝层(2)(4)与锅体(3)呈冶金结合。
4.根据权利要求书1所述的铁锅，其特征在于涂层(1)中的铁、铜、锌各元素独立释放。
专利摘要本实用新型涉及一种表面有金属涂层的烹饪用铁锅，其特征在于该锅的内表面包括一个铁-铜-锌涂层(1)，该涂层(1)通过镍-铝结合底层(2)与锅体(3)结合，在锅体(3)的外表面喷有镍铝金属涂层(4)。
文档编号A47J27/10GK2071480SQ9020908
公开日1991年2月20日 申请日期1990年6月25日 优先权日1990年6月25日
发明者甘晓铁, 徐天元 申请人:北京市第二水利工程处