一种耐用不锈钢锅的制备方法与流程

本发明涉及不锈钢锅制造领域，尤其涉及一种耐用不锈钢锅的制备方法。
背景技术：
：现在技术的发展，不锈钢锅具已经普及千家万户，作为日常生活中的常用工具，无论是厨房煮饭炒菜、卫生间物品盛放，不锈钢锅都显示出重要的作用。而且，随着人们生活水平的日益提高，更加重视食品安全，饮食健康。不锈钢锅由于易清洗、耐磨耐用，能最大限度的减少食物残留，降低清洗难度，受到人们越来越多的喜爱。现有技术中的不锈钢锅表面使用陶瓷工艺已经极为常见，但是由于锅体本身强度不够，实际使用中即使陶瓷层性能优异也难以发挥，而且陶瓷涂覆在不锈钢表面时由于工艺所限，在微观尺度会造成一定数量的凹陷和空隙，对于实际使用中的耐用性带来较大影响。如专利号为cn201710406788.x的一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具及其生产工艺，通过熔炼、浇筑热处理等工序将锅体制出，再将陶瓷涂料配置成浆料涂覆在锅体表面，最后经辐照和强化处理等步骤制得成品，其制作中未针对涂层做进一步的处理，导致锅体本身耐用性和抗氧化性并没有做到最佳；又如专利号为cn202010506814.8的一种不锈钢表面抗菌型仿陶瓷涂层及其制备方法，采用有机硅改性树脂、二氧化钛和活性炭制成，其直接使用材料混合胶结，整体上并没有有效使用金属的延展性，导致锅体主体结构机械适应性不好，耐用性价差。所以，研究一种锅主体强、耐磨性好的不锈钢锅具极有必要。技术实现要素：本发明针对现有技术中的不足，提供了一种耐用不锈钢锅的制备方法，以提高不锈钢锅的耐磨性和强度，使得不锈钢锅更为耐用。具体技术方案为：一种耐用不锈钢锅的制备方法，包括以下步骤：（1）按照以下重量百分比选取原料：碳0.08~0.12%、锰1~1.5%、硅0.1~0.3%、铋0.3~0.6%、镍2~4%、镧0.01~0.03%、钨0.1~0.3%、余量为铁；将原料冶炼成钢水，制成钢板；将钢板锻造后冶炼成钢水，经模具定型后再次锻造成不锈钢；（2）将钢板在780~830℃下退火处理，放入熔炼炉中加热至1100~1200℃，让温度持续1~2h，将温度降低至800~850℃，将钢板轧制到厚度5-7mm，冲压成型得到不锈钢锅初品；（3）将不锈钢锅初品表面打磨，加热至200~300℃，降温至45~50℃，将不锈钢锅初品放入稀酸溶液中，用微波处理10~20s，再将不锈钢锅放入纯水中冲洗1~2min，沥干水分，真空干燥备用；（4）将不锈钢锅初品放入真空室中，将真空室抽至真空度1~1.5×10~4pa，以陶瓷材料作为靶材，在电场作用下，用氩气轰击靶材，使得靶材沉积在不锈钢表面形成陶瓷层；所述靶材由以下质量份的原料组成：氧化锆1~3份、氮化硼4~6份、碳化硅1~3份、碳化硼5~6份、氮化钛0.5~1份；所述靶材细度为30~50nm；（5）将不锈钢锅浸没到磷酸二氢钠溶液中，在40~45℃下浸泡1~3min，将不锈钢锅取出，放置到反应器内，将反应器抽至压强0.1~0.3个标准大气压；用超声波雾化器将氯化钙溶液雾化，注入反应器中，喷涂在不锈钢锅表面，注入氮气，使得反应器内压强增加至4~5个标准大气压，将反应器内空气湿度调节至75~80%，加热至80~90℃，调节反应器内空气流速为50~60cm/s，保温20~30min；然后将不锈钢锅置于纯净水中清洗2~3次；（6）将上一步骤处理过的不锈钢锅放入硅酸钠溶液中，将温度降低至3~6℃，浸泡10~15min，取出不锈钢锅，放入反应器中，在反应器中充入二氧化碳，使得反应器中压强为2~3个标准大气压，静置30~40min；（7）将上一步骤处理过的不锈钢锅放置到加热器中，抽至压强1~3pa，加热至400~500℃，保温3~5h；降温后用水冲洗3~5次即可。进一步的，步骤（3）中，所述稀酸溶液为质量分数0.05-0.08%的盐酸溶液。进一步的，步骤（3）中，所述微波功率为400~500w。进一步的，步骤（5）中，所述磷酸二氢钠溶液浓度为0.3~0.5mol/l。进一步的，步骤（5）中，所述氯化钙溶液浓度为0.5~0.8mol/l。进一步的，步骤（5）中，所述氯化钙溶液的用量为不锈钢锅质量的1/3~1/2。进一步的，步骤（6）中，所述硅酸钠溶液浓度为0.5~0.8mg/l。本发明的有益效果：本发明通过在不锈钢原料中加入镧，利用其原子固溶及形成稀土杂化物的特点，通过镧在冶炼中改善不锈钢的晶界形态，促进钢结构中晶体之间的衔接，形成有序排列；抑制碳化物沿晶界析出和聚集成型，防止碳化物之间形成应力分散结构，达到强化钢结构晶体和降低晶体断裂的目的。使得宏观上不锈钢的性能得到显著的提升，可以有效提高不锈钢的抗拉效果，使得制备出来的不锈钢锅适应性更好，更耐用，即使表面陶瓷损坏，锅的主体依然能有效使用。本发明通过在酸溶液清洗不锈钢锅时使用微波处理，利用微波的高频率特点加速液体分子与锅体之间的碰撞，有效提高酸液对锅体的处理。而且，由于镧在锅体中与不同金属形成差异化的晶体结构缺陷，导致电导率存在差异，使得锅体不同位置之间对于微波的吸收不同，带来不同位置之间的温度不同，和酸溶液反应速率不同，形成局部的完全腐蚀和不完全腐蚀，进而强化锅体表面形成凹凸不平的粗糙面，使得陶瓷与不锈钢之间拥有更多的结合点，提高不锈钢与陶瓷的结合效果。本发明通过使用氮化硼，利用其导热性好硬度高的特点，保证制作出来的不锈钢的炊具使用效果，可以快速高效加热食物，同时防止使用中剐蹭带来的机械损伤，有效提高陶瓷层的耐磨性，而且较好的硬度使得陶瓷层与不锈钢粗糙表面形成坚固的咬合结构，显著提高陶瓷层与不锈钢之间的结合效果。可以与氮化钛形成良好的协同效果，提高不锈钢锅对环境侵蚀的抗性，显著提高不锈钢锅的耐用效果，使得不锈钢与陶瓷形成更好的整体性。本发明通过将不锈钢锅浸润到磷酸二氢钠溶液中，通过雾化氯化钙溶液的均匀喷涂，形成不锈钢锅表面的磷酸钙沉积封堵陶瓷空隙；通过反应器内合适的湿度控制，利用不锈钢锅具表面的微水流运动促进磷酸二氢钠和氯化钙结合产生磷酸钙。有效封堵陶瓷表面的空隙，降低粗糙度，使得微观尺度上相对平整，降低外界物体与陶瓷的摩擦，显著提高耐磨性。本发明通过锈钢锅放入硅酸钠溶液，与反应器中高压下的二氧化碳反应，形成局部的硅酸或二氧化硅，利用二氧化碳的均匀分散使得硅酸或二氧化硅进一步填充陶瓷间隙，优化磷酸钙沉积的不能兼顾的位置。然后浸没硅酸钠溶液，让陶瓷层充分吸收硅酸钠，并在封闭环境中注入二氧化碳，高压下迫使部分硅酸钠和二氧化碳浸入陶瓷层孔隙中生成硅酸，经步骤（7）的加热，使得硅酸分解形成二氧化硅。在冲洗作用下，表面沉积的二氧化硅凝结度差被冲洗除去，陶瓷孔隙中形成的二氧化硅凝结度好不会被冲洗除去，可以最大程度的降低陶瓷粗糙面，提高耐磨性。使用本发明方法制作的不锈钢锅耐磨性低于0.15%，抗拉强度高于903.63rm/mpa，陶瓷层与不锈钢之间的结合强度高于79.67mpa，耐用性好。具体实施方式实施例1一种耐用不锈钢锅的制备方法，包括以下步骤：（1）按照以下重量百分比选取原料：碳0.08%、锰1%、硅0.1%、铋0.3%、镍2%、镧0.01%、钨0.1%、余量为铁；将原料冶炼成钢水，制成钢板；将钢板锻造后冶炼成钢水，经模具定型后再次锻造成不锈钢；（2）将钢板在780℃下退火处理，放入熔炼炉中加热至1100℃，让温度持续1h，将温度降低至800℃，将钢板轧制到厚度5mm，冲压成型得到不锈钢锅初品；（3）将不锈钢锅初品表面打磨，加热至200℃，降温至45℃，将不锈钢锅初品放入稀酸溶液中，用微波处理10s，再将不锈钢锅放入纯水中冲洗1min，沥干水分，真空干燥备用；所述稀酸溶液为质量分数0.05%的盐酸溶液；所述微波功率为400w；（4）将不锈钢锅初品放入真空室中，将真空室抽至真空度1.5×10~4pa，以陶瓷材料作为靶材，在电场作用下，用氩气轰击靶材，使得靶材沉积在不锈钢表面形成陶瓷层；所述靶材由以下质量份的原料组成：氧化锆1份、氮化硼4份、碳化硅1份、碳化硼5份、氮化钛0.5份；所述靶材细度为30nm；（5）将不锈钢锅浸没到磷酸二氢钠溶液中，在40℃下浸泡1min，将不锈钢锅取出，放置到反应器内，将反应器抽至压强0.1个标准大气压；用超声波雾化器将氯化钙溶液雾化，注入反应器中，喷涂在不锈钢锅表面，注入氮气，使得反应器内压强增加至4个标准大气压，将反应器内空气湿度调节至75%，加热至80℃，调节反应器内空气流速为50cm/s，保温20min；然后将不锈钢锅置于纯净水中清洗2次；所述磷酸二氢钠溶液浓度为0.3mol/l；所述氯化钙溶液浓度为0.5mol/l，所述氯化钙溶液的用量为不锈钢锅质量的1/3；（6）将上一步骤处理过的不锈钢锅放入硅酸钠溶液中，将温度降低至6℃，浸泡10min，取出不锈钢锅，放入反应器中，在反应器中充入二氧化碳，使得反应器中压强为2个标准大气压，静置30min；所述硅酸钠溶液浓度为0.5mg/l；（7）将上一步骤处理过的不锈钢锅放置到加热器中，抽至压强1pa，加热至400℃，保温3h；降温后用水冲洗3次即可。实施例2一种耐用不锈钢锅的制备方法，包括以下步骤：（1）按照以下重量百分比选取原料：碳0.12%、锰1.5%、硅0.3%、铋0.6%、镍4%、镧0.03%、钨0.3%、余量为铁；将原料冶炼成钢水，制成钢板；将钢板锻造后冶炼成钢水，经模具定型后再次锻造成不锈钢；（2）将钢板在830℃下退火处理，放入熔炼炉中加热至1200℃，让温度持续2h，将温度降低至850℃，将钢板轧制到厚度7mm，冲压成型得到不锈钢锅初品；（3）将不锈钢锅初品表面打磨，加热至300℃，降温至50℃，将不锈钢锅初品放入稀酸溶液中，用微波处理20s，再将不锈钢锅放入纯水中冲洗2min，沥干水分，真空干燥备用；所述稀酸溶液为质量分数0.08%的盐酸溶液；所述微波功率为500w；（4）将不锈钢锅初品放入真空室中，将真空室抽至真空度1.5×10~4pa，以陶瓷材料作为靶材，在电场作用下，用氩气轰击靶材，使得靶材沉积在不锈钢表面形成陶瓷层；所述靶材由以下质量份的原料组成：氧化锆3份、氮化硼6份、碳化硅3份、碳化硼6份、氮化钛1份；所述靶材细度为50nm；（5）将不锈钢锅浸没到磷酸二氢钠溶液中，在45℃下浸泡3min，将不锈钢锅取出，放置到反应器内，将反应器抽至压强0.3个标准大气压；用超声波雾化器将氯化钙溶液雾化，注入反应器中，喷涂在不锈钢锅表面，注入氮气，使得反应器内压强增加至5个标准大气压，将反应器内空气湿度调节至80%，加热至90℃，调节反应器内空气流速为60cm/s，保温30min；然后将不锈钢锅置于纯净水中清洗3次；所述磷酸二氢钠溶液浓度为0.5mol/l；所述氯化钙溶液浓度为0.8mol/l，所述氯化钙溶液的用量为不锈钢锅质量的1/2；（6）将上一步骤处理过的不锈钢锅放入硅酸钠溶液中，将温度降低至6℃，浸泡15min，取出不锈钢锅，放入反应器中，在反应器中充入二氧化碳，使得反应器中压强为3个标准大气压，静置40min；所述硅酸钠溶液浓度为0.8mg/l；（7）将上一步骤处理过的不锈钢锅放置到加热器中，抽至压强3pa，加热至500℃，保温5h；降温后用水冲洗5次即可。实施例3一种耐用不锈钢锅的制备方法，包括以下步骤：（1）按照以下重量百分比选取原料：碳0.0812%、锰1.5%、硅0.13%、铋0.36%、镍4%、镧0.013%、钨0.1%、余量为铁；将原料冶炼成钢水，制成钢板；将钢板锻造后冶炼成钢水，经模具定型后再次锻造成不锈钢；（2）将钢板在830℃下退火处理，放入熔炼炉中加热至1200℃，让温度持续1h，将温度降低至850℃，将钢板轧制到厚度6mm，冲压成型得到不锈钢锅初品；（3）将不锈钢锅初品表面打磨，加热至300℃，降温至50℃，将不锈钢锅初品放入稀酸溶液中，用微波处理20s，再将不锈钢锅放入纯水中冲洗2min，沥干水分，真空干燥备用；所述稀酸溶液为质量分数0.08%的盐酸溶液；所述微波功率为500w；（4）将不锈钢锅初品放入真空室中，将真空室抽至真空度1×10~4pa，以陶瓷材料作为靶材，在电场作用下，用氩气轰击靶材，使得靶材沉积在不锈钢表面形成陶瓷层；所述靶材由以下质量份的原料组成：氧化锆3份、氮化硼4份、碳化硅3份、碳化硼5份、氮化钛1份；所述靶材细度为30nm；（5）将不锈钢锅浸没到磷酸二氢钠溶液中，在45℃下浸泡1min，将不锈钢锅取出，放置到反应器内，将反应器抽至压强0.3个标准大气压；用超声波雾化器将氯化钙溶液雾化，注入反应器中，喷涂在不锈钢锅表面，注入氮气，使得反应器内压强增加至4个标准大气压，将反应器内空气湿度调节至80%，加热至80℃，调节反应器内空气流速为60cm/s，保温20min；然后将不锈钢锅置于纯净水中清洗3次；所述磷酸二氢钠溶液浓度为0.5mol/l；所述氯化钙溶液浓度为0.5mol/l，所述氯化钙溶液的用量为不锈钢锅质量的1/3；（6）将上一步骤处理过的不锈钢锅放入硅酸钠溶液中，将温度降低至6℃，浸泡10min，取出不锈钢锅，放入反应器中，在反应器中充入二氧化碳，使得反应器中压强为3个标准大气压，静置30min；所述硅酸钠溶液浓度为0.8mg/l；（7）将上一步骤处理过的不锈钢锅放置到加热器中，抽至压强1pa，加热至500℃，保温3h；降温后用水冲洗5次即可。为验证本发明效果，设置如下对比例：对比例1与实施例1的区别是步骤（1）的原料中未加入镧；对比例2与实施例1的区别是步骤（3）中未经微波处理；对比例3与实施例1的区别是步骤（4）中未加入氮化硼；对比例4与实施例1的区别是步骤（4）中未加入氮化钛；对比例5与实施例1的区别是未经步骤（5）处理；对比例6与实施例1的区别是步骤（5）中湿度调整为95%；对比例7与实施例1的区别是未经步骤（6）处理；对比例8与实施例1的区别是步骤（6）中，在反应器中充入二氧化碳，使得反应器中压强为1.5个标准大气压。实验例分别按照实施例1~3、对比例1~8制作成厚度8mm的不锈钢锅，参照gb/t1768-79检测方法，以涂层失重率来衡量不锈钢锅耐磨性，按照gbt228.1-2010检测不锈钢锅的抗拉强度，按照astmc-633的方法测定陶瓷与不锈钢的结合强度。结果如下表：耐磨性抗拉强度rm/mpa结合强度mpa实施例10.12