Легкоочищаемая поверхность для жарки и электробытовое изделие, содержащее такую поверхность
Изобретение относится к поверхности для жарки продуктов питания для кухонной утвари или устройства для жарки. Поверхность для жарки выполнена из композитного материала в виде сплава, двумя основными компонентами которого являются цирконий и кобальт. Подложка, на которой расположена поверхность для жарки продуктов, образована из одного или более металлических листов из алюминия, нержавеющего сплава, чугуна, стали или меди. Композиционный материал наносят физическим осаждением из паровой фазы с использованием одной или более массивных мишеней. После нанесения композиционного материала проводят азотирование с последующей карбюризацией или цианированием. Получается поверхность для жарки с улучшенными характеристиками, обеспечивающими легкую очищаемость поверхности в течение длительного времени, при этом поверхность имеет высокую коррозионную стойкость и обладает улучшенными механическими свойствами, в частности повышенной твердостью. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.
Настоящее изобретение относится к области изделий, предназначенных для приготовления и жарения продуктов питания и, в частности, к поверхности для жарки в этих изделиях в контакте с обрабатываемыми продуктами питания.
С давних пор предпринимались значительные усилия, чтобы облегчить повседневное приготовление пищи. К существенным достижениям относятся антипригарные покрытия на основе фторуглеродных полимеров, используемые в кухонной утвари, которые нашли широкое развитие с конца 1950-х годов. Такие стали всемирно известными после того, как способ, представленный в патенте FR 1120749, позволил обеспечить надежную фиксацию таких покрытий на различных металлах, в частности на алюминии.
Однако такие покрытия остаются хрупкими и плохо устойчивыми к царапинам. Поэтому предпринимались попытки механически укрепить антипригарный слой на его подложке. Многочисленные патенты на усовершенствование описывают способы и средства, позволяющие повысить устойчивость к царапинам таких покрытий, воздействуя на покрытие и/или на подложку. Несмотря ни на что, такие покрытия остаются чувствительными к частому контакту с заточенными или заостренными металлическими предметами, такими как ножи или вилки.
Параллельно велись разработки механически прочных поверхностей, у которых пытались улучшить легкость очищения. В результате появились металлические покрытия, полученные хромированием нержавеющей стали, а также покрытия на основе квазикристаллов или неметаллические покрытия (силикаты и т.п.). Однако результаты все же остаются неудовлетворительными, в частности, в сравнении с покрытиями типа ПТФЭ.
Из патента FR 2848797 известна поверхность для жарки на основе металлического циркония, обладающая повышенной твердостью благодаря наличию в слое азота или углерода и имеющая удовлетворительную легкость очистки, однако не достигающую легкости очистки слоя типа ПТФЭ.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков предшествующего уровня техники и разработка поверхности для жарки с улучшенными характеристиками, обеспечивающими легкую очищаемость поверхности в течение длительного времени, отличающейся низким прилипанием продуктов питания во время готовки, имеющей высокую коррозионную стойкость обладающей улучшенными механическими свойствами и, в частности, повышенной твердостью.
Задача решается созданием поверхности для жарки продуктов питания для кухонной утвари или жарочного устройства, отличающейся тем, что указанная поверхность для жарки выполнена из композитного материала в виде сплава, двумя основными составляющими которого являются цирконий и кобальт.
Металлические сплавы на основе кобальта известны своей хорошей износостойкостью. В ходе экспериментов неожиданно было установлено, что сплавы на основе кобальта и циркония имеют также легкую очищаемость, когда такие поверхности используются в качестве поверхности, для жарки и когда продукты питания остаются приставшими к поверхности, например, после пригорания продуктов. Пригоревшие компоненты могут быть легко удалены с поверхности для жарки.
Эта легкость очистки обеспечивается также при реализации композита повышением твердости указанного композита.
Кроме того, использование циркония позволяет получить самые разнообразные цвета покрытия, что невозможно получить только с кобальтом. Таким образом, можно задавать цвет покрытия, что пользователю точно идентифицировать покрытие как легкоочищаемое. Можно также привести в соответствие различные цвета с результатами испытаний на легкость очистки жарочных поверхностей в зависимости от используемых продуктов питания. В этом случае конкретный цветовой код может позволить пользователю идентифицировать жарочную поверхность для приготовления тех или иных продуктов (яиц, рыбы, мяса и т.п.).
Предпочтительно, чтобы сплав содержал в основном цирконий, кобальт и хром. Сплавы кобальта и хрома, такие как Alacrite®, известны своей исключительной коррозионной стойкостью (в основном за счет хрома) и высокой износостойкостью (в основном за счет кобальта). Они используются в основном в технике для внутренней отделки подшипников поршней. Определенные марки используются в области медицины для получения имплантантов и протезов.
Таким образом, наличие хрома позволяет усилить устойчивость поверхности для жарки к химическим агентам и к коррозии.
Получение поверхности для жарки включает этап нанесения составляющих на подложку на подходящую толщину с последующим азотированием составляющих. Такое азотирование в основном циркония позволяет значительно повысить твердость поверхности для жарки, придавая разнообразие получаемым окраскам, главным образом в зависимости от стехиометрии нитрида циркония.
Предпочтительно, чтобы получение указанной поверхности включало этап карбюрации или цианирования поверхности после этапа азотирования, позволяющий еще больше повысить твердость поверхности слоя, делая ее почти нечувствительной к царапинам и не ухудшая ее способность легко очищаться. Кроме того, этап азотирования позволяет получить хорошую адгезию слоя карбида или карбонитрида Co/Cr/Zr. К тому же известно, что на практике очень трудно закрепить без промежуточного слоя слой карбида или карбонитрида на подложке типа алюминиевой или из нержавеющего сплава. Кроме того, скорость осаждения слоя карбида заметно выше скорости осаждения слоя нитрида.
Градиент полученного таким образом состава сочетает свойства легкого очищения поверхностей из сплава Со/Сr с высоким потенциалом твердения, окрашивания и коррозионной стойкости слоев нитрида, карбида и карбонитрида циркония. Полученные значения твердости могут для карбида циркония доходить до 2500 Виккерсу.
Предпочтительно, чтобы составляющие наносились на подложку физическим осаждением из паровой фазы, исходя из одной или нескольких сплошных мишеней. В последнем случае мишень может получена объединением на медной подложке одного или нескольких листов или щитов материала, имеющего искомый состав, причем указанные листы или щиты получены либо спеканием порошка термическим напылением порошка либо отливкой. Таким образом эти листы составляют источник материалов, которые будут осаждены на поверхность для жарки. Вообще говоря, могут примeнятьcя любые методы физического осаждения из паровой фазы.
Преимуществом этого варианта выполнения является использование малого количества материала и возможность устанавливать малую толщину материала на подложке для получения поверхности для жарки. Этот метод осаждения позволяет кроме того получить покрытия с сильным сцеплением с подложкой, на которую они нанесены. Таким образом, риск отслоения покрытия при использовании минимален.
Подложка может состоять из одного или нескольких металлических листов из следующих материалов: алюминий, нержавеющий сплав, чугун, сталь, медь.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительного варианта его осуществления.
Различные примеры осуществления изобретения относятся к покрытию подложки из нержавеющей стали сплавом Co/Zr путем осаждения из паровой фазы, с использованием четырех эвтектических точек бинарной диаграммы Co/Zr. Весовая процентная циркония для этих четырех эвтектик равна 14%, 57,5%, 74% и 85%.
Одна сторона этого покрытия подвергается механической обработке поверхности перед проведением испытания, чтобы сделать ее сходной с другими жарочными поверхностями, чтобы можно было сравнить испытания на оценку легкости очищения такой поверхности при ее использовании для приготовления пищи в быту, толщина осаждения составляет примерно несколько микрон.
После нанесения компонентов слой подвергают азотированию, а затем цианированию. Чем дольше фаза цианирования, тем тверже будет поверхность.
Система оценки легкости очищения позволяет количественно определить способность поверхности для жарки восстановить свой первоначальный вид после использования. Эта система оценки включает следующие этапы:
- поверхность локально покрывают смесью продуктов известного состава,
- полученную смесь обжигают в печи в определенных условиях, например при 210°С в течение 20 мин,
- после охлаждения поверхность замачивают в течение контролируемого времени в смеси воды и моющего средства,
- затем с помощью устройства для испытаний на абразивный износ к загрязненной поверхности при определенных условиях прикладывают абразивный тампон, перемещающийся взад-вперед при определенном числе циклов,
- фиксируют процентную долю правильно очищенной поверхности и степень легкости очистки поверхности для жарки.
Таким образом, испытания, проведенные на поверхностях разного типа, позволяют оценить путем сравнения качество поверхностей в отношении легкости их очистки. Испытания проводятся с соблюдением одинаковых параметров на каждом этапе системы оценки, т.е. с использованием одинаковой продуктовой смеси, одинаковой площади поверхности нанесения продуктовой смеси, одинаковой температуры карбюрации и т.д.
Следующая сравнительная таблица показывает результаты, полученные для трех разных поверхностей для жарки, а именно поверхности из шлифованной нержавеющей стали, квазикристаллической поверхности и поверхности из сплава кобальт/цирконий при указанных эктектиках, осажденного на нержавеющую сталь, азотированного, а затем цианированного так, как описано выше, и затем отшлифованного, в ходе испытаний с составом пищи на основе молока и риса, считающимся трудным для очистки в случае пригорания. Таким образом, такое испытание позволяет наглядно продемонстрировать разницу в качестве очистки поверхностей.
| Шлифованная нержавеющая сталь | Квазикристаллическая | Азотированный/цианированный сплав Co/Zr на нержавеющей стали | |
| Количество удаленного пригоревшего остатка | 50% | 60% | 90 |
В таблицу сведены результаты, полученные при испытаниях со сплавом Co/Zr, осажденным на нержавеющую сталь, и, в частности, результаты в сравнении с другими поверхностями для жарки. Другие испытания, проведенные на базе алюминия, показали аналогичные результаты.
Следует отметить, что число циклов истирания на приборе Plynometre было установлено равным 18. Это низкое число циклов хорошо подтверждает легкость очистки поверхности согласно изобретению, так как после 18 движений абразивного тампона взад-вперед остается не более 10% загрязненной поверхности.
Повторные опыты после полной очистки поверхности показали, что легкость очистки представленного сплава не ухудшилась.
Если для осуществления изобретения предполагается использование подложки, она состоит в этом случае из одного или нескольких листовых металлов из следующих материалов: алюминий, нержавеющий сплав, чугун, сталь, медь.
1. Поверхность для жарки продуктов для кухонной утвари или устройства для жарки, отличающаяся тем, что указанная поверхность для жарки выполнена из композитного материала в виде сплава, двумя основными компонентами которого являются цирконий и кобальт.
2. Поверхность для жарки продуктов по п.1, отличающаяся тем, что указанный сплав дополнительно содержит хром, причем тремя основными компонентами сплава являются цирконий, кобальт и хром.
3. Поверхность для жарки продуктов по п.1 или 2, отличающаяся тем, что поверхность получают азотированием сплава, производимым после нанесения составляющих на подложку на требуемую толщину.
4. Поверхность для жарки продуктов по п.3, отличающаяся тем, что получение указанной поверхности включает этап карбюрации или цианирования поверхности после этапа азотирования.
5. Поверхность для жарки продуктов по п.3, отличающаяся тем, что нанесение проводят физическим осаждением из паровой фазы с использованием одной или нескольких массивных мишеней.
6. Поверхность для жарки продуктов по п.5, отличающаяся тем, что осаждение осуществляется на указанную подложку на основе мишени, полученной объединением на медной подложке одного или более листов или щитов материала, образующего источник материалов, которые будут осаждаться на указанную подложку, причем указанные листы или щиты получены либо спеканием порошка или термическим напылением порошка, либо отливкой.
7. Поверхность для жарки продуктов по п.3, отличающаяся тем, что подложка образована из одного или нескольких металлических листов из следующих материалов: алюминий, нержавеющий сплав, чугун, сталь, медь.
