ЛЕГКООЧИЩАЕМАЯ РАБОЧАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩИ И КУХОННАЯ ПОСУДА ИЛИ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩИ Российский патент 2008 года по МПК A47J36/02 C22C45/00 

Настоящее изобретение относится к области изготовления изделий, предназначенных для приготовления и жарения пищи, и касается, в частности, рабочей поверхности этих изделий, соприкасающейся с обрабатываемыми продуктами.

Вот уже много лет предпринимаются значительные усилия для облегчения ежедневного приготовления пищи. Среди наиболее значительных достижений можно указать быстрое развитие в конце пятидесятых годов прошлого века покрытий на основе фторуглеродных полимеров в качестве антиадгезивных покрытий для кухонной посуды. Такие покрытия стали известны во всем мире с тех пор, как способ, описанный в патенте FR 1120749, позволил обеспечить надежное закрепление таких покрытий на различных металлах, таких как алюминий.

Вместе с тем такие покрытия до сих пор остаются непрочными. Так, были предприняты попытки повышения механической прочности слоя покрытия на его подложке. Во многих патентах описаны способы и средства для повышения сопротивляемости царапанию таких покрытий путем соответствующей обработки покрытия и/или подложки. Несмотря на эти усилия такие покрытия не выдерживают многократного воздействия на них острыми или остроконечными металлическими предметами, такими как ножи или вилки.

Параллельно велись разработки по созданию механически прочных поверхностей, легко поддающихся очистке. Благодаря этому появились металлические покрытия, выполненные путем хромирования нержавеющих металлов, квазикристаллы и неметаллические покрытия (силикаты и т.д.).

Квазикристаллы являются металлической фазой или металлическим соединением, имеющим на кристаллографическом уровне осевую вращательную симметрию порядка 5, 8, 10 или 12, как изокаэдрические или декагональные фазы. Такие покрытия описаны, в частности, в патенте ЕР 0356287 и обладают свойствами сопротивляемости царапанию и даже в некоторых случаях антиадгезивными свойствами.

Кроме того, в документе FR 2784280 описана композитная рабочая поверхность для приготовления пищи, содержащая две фазы, - керамическую и металлическую, - предназначенные для придания обработанному дну предметов кухонной посуды свойства прочности на деформацию в рамках области их применения, а также повышенной износоустойчивости. Однако такие покрытия не отличаются хорошими свойствами, относящимися к легкости их очистки, поэтому для придания им такой функции часто рекомендуют добавлять твердое смазочное вещество, такое как ПТФЭ. Этот дополнительный этап приводит к значительному удорожанию производственного процесса изготовления такой рабочей поверхности для приготовления пищи.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков известных технических решений путем разработки рабочей поверхности для приготовления пищи с улучшенными свойствами сопротивляемости царапанию, легкости очистки и коррозионной стойкости.

Задача настоящего изобретения достигается благодаря созданию рабочей поверхности кухонной посуды или приспособления для приготовления пищи, отличающейся тем, что эту рабочую поверхность выполняют из аморфного металлического сплава.

Применение аморфных металлических сплавов, называемых также металлическими стеклами, обеспечивает придание поверхности улучшенных свойств (в частности, твердости) и коррозионной стойкости. Действительно, отсутствие кристаллической фазы позволяет избежать дефектов твердого кристаллического вещества (дислокации, границ зерен и т.д.) и вызываемых этими дефектами явлений (в частности, коррозии на границах зерен).

В зависимости от состава и способа получения сплава может наблюдаться присутствие нанокристаллической фазы. Однако нанокристаллическая структура обладает свойствами, близкими к свойствам аморфной структуры в силу отсутствия дальнего атомного порядка по крайней мере в том, что касается искомых свойств, таких как перечисленные выше свойства. Может даже наблюдаться небольшое улучшение ее жаростойкости, в частности, что касается сохранения твердости при повышенной температуре.

Во время испытаний неожиданно обнаружилось, что некоторые покрытия из аморфных металлических сплавов обладают также свойствами легкой очищаемости, которые могут также выражаться в возможности удаления с рабочей поверхности обуглившихся продуктов. Вместе с тем некоторые из этих сплавов несовместимы с контактом с пищевыми продуктами.

В связи с этим сплав предпочтительно должен иметь формулу A_aD_bE_cX_d, где:

- А является одним из элементов Zr или Cu;

- D является по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, в которую входят Ni, Cu, Al, если А является Zr, или по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, в которую входят Ni, Zr, Al, если A является Cu;

- Е является по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, в которую входят Ti, Hf;

- X представляет собой производственные примеси; при этом:

- 40% < a < 70 ат.%;

- 5% < b < 30 ат.%;

- c < 10 ат.%;

- d < 1 ат.% и

a + b + c + d = 100 ат.%.

Необходимо отметить, что такой выбор уже применялся для сплавов, которым можно было придать аморфность. Кроме того, от других элементов пришлось отказаться специально, так как они являются токсичными по отношению к человеческому организму. Предлагаемые настоящим изобретением покрытия не обладают абсолютно никакой токсичностью по отношению к продуктам, даже нагреваемым до высокой температуры.

Кроме того, при выборе компонентов сплава учитывались также элементы, способствующие зарождению кристаллов, чтобы избежать этого явления.

Содержание различных элементов в сплаве является результатом разработки условий получения в сочетании с испытаниями на абразивную прочность и на легкость очистки таких покрытий после длительного приготовления пищи.

Принимались также во внимание эвтектические составы, обладающие низкой температурой плавления, а также более низкой вязкостью жидкости, способствующие достижению аморфного состояния.

Различные испытания неожиданно показали, что высокое содержание циркония позволяет получать покрытия, исключительно легко поддающиеся очистке.

Кроме того, исследования показали, что сплавы, содержащие по меньшей мере три элемента, являются более стойкими, чем двухкомпонентные составы, и что их устойчивость тем выше, чем больше число входящих в них элементов.

Полученные сплавы остаются, в частности, устойчивыми без проявления структурных преобразований, когда их нагревают до температуры порядка 300°С, то есть до температуры, превышающей температуру обычного приготовления пищи.

Кроме того, применение циркония позволяет еще больше повысить жаростойкость конечного сплава.

Согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения металлический сплав имеет формулу Zr_aCu_bNi_cAl_dTi_eX_f, где a, b, c, d, e являются значениями содержания соответственно Zr, Cu, Ni, Al и Ti в сплаве, причем указанные значения находятся в следующих интервалах:

- 40% < a < 70%;

- 10% < b < 25%;

- 5% < c < 15%;

- 5% < d < 15%;

- 2% < e < 10%;

и где Х представляет собой производственные примеси, при этом f < 1 ат.%.

В этом составе a + b + c + d + e + f = 100 ат.%.

Входящие в состав этих сплавов элементы выбирались, в частности, таким образом, чтобы соответствующий сплав обладал повышенной температурой перехода в стеклообразное состояние. Содержание составов определялось заранее для того, чтобы приблизиться к составам, соответствующим эвтектическим системам, с целью снижения температуры жидкости, что обеспечивает более низкие скорости охлаждения для получения аморфного состояния с присутствием или без присутствия нанокристаллической фазы.

Разумеется, что состав сплавов зависит также от искомых свойств механической прочности, коррозийной стойкости и легкости очистки полученного сплава.

Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения рабочую поверхность предмета кухонной посуды или приспособления для приготовления пищи получают путем нанесения на подложку слоя металлического материала соответствующей толщины. Это нанесение можно осуществлять при помощи одного из следующих способов: термическое напыление порошка соответствующего гранулометрического состава, электрофоретическое нанесение микронного или субмикронного порошка, катодное напыление на массивную мишень. В последнем случае мишень получают при помощи соединения с медной подложкой одного или нескольких листов или пластин из материала, имеющего требуемый состав, при этом указанные листы или пластины получают либо путем спекания порошка или термического напыления порошка, либо путем литья. Можно также использовать другие технологии, такие как горячее прессование или электролитическое осаждение.

Преимуществом данного варианта является возможность использования материала в небольших количествах и регулирования толщины рабочей поверхности.

Кроме того, все эти технологии обеспечивают получение покрытий с высокой степенью сцепления с подложкой, на которую их наносят. В результате снижается опасность разрушения покрытия от воздействия острых предметов типа ножа или вилки.

Материал, наносимый при помощи вышеописанных способов, может быть получен из порошка, находящегося изначально в аморфном состоянии или полученного в результате измельчения кристаллизованного сплава, при этом указанный порошок в дальнейшем проходит через этап превращения в стеклообразное состояние перед этапом нанесения или во время этапа нанесения в зависимости от применяемой технологии. В этом варианте осуществления преследуется цель получения аморфной фазы в самую последнюю очередь.

Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения рабочую поверхность предмета кухонной посуды или приспособления для приготовления пищи получают путем соединения с подложкой листа из аморфного сплава с присутствием или без присутствия нанокристаллической фазы. Преимуществом этого варианта является его приближение к известным способам соединения металлов, что позволяет приспособить к его осуществлению уже известные технологии без значительных специальных доработок.

Согласно варианту способа производства лист получают при помощи прокатки аморфного слитка, полученного в результате сплавления смеси металлов. Такой вариант представляет особенный интерес с экономической точки зрения, так как позволяет использовать плавление, а затем прокатку, в частности, в случае аморфных материалов, так как они характеризуются высокой степенью обжатия при прокатке с возможностью регулирования температурного процесса.

Согласно другому способу производства лист получают при помощи технологии отверждения на барабане.

Эта технология отверждения металлического сплава на вращающемся охлаждаемом барабане обеспечивает достаточно высокие скорости охлаждения для образования аморфной пленки. Полученная толщина может достигать значений порядка 0,1 мм и вполне удовлетворяет целям использования, не требуя последующей прокатки.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения соединение листа с подложкой производят при помощи одной из следующих известных технологий: совместная прокатка, пайка, горячая штамповка.

Предпочтительно после соединения листа и подложки осуществляют этап формования путем обжатия.

Другие преимущества настоящего изобретения, проявившиеся в результате испытаний, будут более очевидны из нижеследующего описания, приведенного со ссылкой на пример реализации, не носящий ограничительного характера.

Пример реализации настоящего изобретения касается массивной подложки из аморфного сплава, имеющего состав Zr₆₀Cu_17,5Ni₁₀Al_7,5Ti₅, полученного при помощи плавления в индукционном тигле массивного слитка, охлаждаемого в медной форме в соответствии с условиями образования аморфного сплава. Перед производством испытаний одну сторону этой подложки подвергли интенсивной полировке, близкой к оптической полировке, чтобы ее можно было сравнить с другими рабочими поверхностями и чтобы можно было сравнить результаты испытаний на возможность очистки такой поверхности при различных вариантах приготовления пищи.

Система оценки легкости очистки позволяет количественно определить способность рабочей поверхности к восстановлению своего первоначального вида после использования. Эта система оценки включает в себя следующие этапы:

- на поверхность локально помещают пищевую смесь известного состава;

- эту смесь обугливают в печи в определенных условиях, например при температуре 210°С в течение 20 минут;

- после охлаждения поверхность заливают смесью воды и моющего средства и оставляют на определенное время;

- под усилием, определяемым при помощи прибора для испытания на истирание (плинометра), к загрязненной поверхности прижимают абразивный тампон и осуществляют возвратно-поступательные движения при соблюдении заданного числа циклов;

- в процентах отмечается площадь правильно очищенной поверхности, которая и характеризует легкость очистки рабочей поверхности для приготовления пищи.

Таким образом, испытания, проводящиеся на различных типах поверхности, позволяют путем сравнения оценить качество поверхностей с точки зрения легкости их очистки.

Разумеется, что испытания проводились при соблюдении одинаковых параметров для каждого этапа системы оценки: одинаковая пищевая смесь, одинаковая площадь размещения пищевой смеси, одинаковая температура обугливания и т.д.

В нижеследующей сравнительной таблице приведены результаты, полученные на трех различных рабочих поверхностях для приготовления пищи, а именно: полированная нержавеющая сталь, квазикристалл и описанный выше аморфный сплав с составом Zr₆₀Cu_17,5Ni₁₀Al_7,5Ti₅, при испытании в предельных условиях с пищевой смесью на основе молока и риса, которая считается трудно поддающейся очистке после обугливания. Такое испытание позволяет выявить различия в качестве очистки поверхностей.

 Нержавеющая стальКвазикристаллыАморфный сплавКоличество снятого нагара25%30%90%

Таблица наглядно подтверждает исключительные результаты, достигнутые при использовании аморфного сплава.

Необходимо отметить, что на плинометре было установлено 10 абразивных циклов. Такое незначительное число циклов показывает со всей очевидностью качество очистки аморфной поверхности, так как остается всего 10% загрязненной поверхности после десяти возвратно-поступательных движений абразивного тампона.

Повторные испытания после полной очистки поверхности показали, что качество очистки поверхности из аморфного сплава не ухудшается.

Если осуществление настоящего изобретения предполагает использование подложки, то она в этом случае состоит из одного или нескольких металлических листов из следующих материалов: алюминий, нержавеющий металл, чугун, сталь, медь. Однако настоящее изобретение не ограничивается выполнением слоя небольшой толщины из аморфного металлического сплава с присутствием или без присутствия нанокристаллической фазы, наносимого или соединяемого с толстой подложкой, но может также предусматривать выполнение массивного материала с подложкой или без нее, при этом, если подложка присутствует, то она не выполняет функцию простой механической подложки для слоя, а обеспечивает термическое распределение тепла для предмета кухонной посуды, помещенного на источник тепла (сковорода, кастрюли и т.д.).

Настоящее изобретение касается рабочей поверхности для предмета кухонной посуды или приспособления для приготовления пищи. Данная поверхность для приготовления пищи обладает повышенными свойствами сопротивляемости царапанию, легкости очистки и коррозионной стойкости. Поверхность выполняют либо из аморфного металлического сплава, либо из нанокристаллического металлического сплава. Аморфный сплав имеет формулу A_aD_bE_cX_d, где А является одним из элементов Zr или Cu; D является по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, в которую входят Ni, Cu, Al, если А является Zr, или по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, в которую входят Ni, Zr, Al, если А является Cu; Е является по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, в которую входят Ti, Hf; X представляет собой производственные примеси; при этом 40%<а<70 ат.%; 5%<b<30 ат.%; с<10 ат.%; d<1 ат.% и a+b+c+d=100 ат.%. 13 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Рабочая поверхность предмета кухонной посуды или приспособления для приготовления пищи, отличающаяся тем, что поверхность выполнена из аморфного металлического сплава.2. Рабочая поверхность по п.1, отличающаяся тем, что сплав содержит нанокристаллическую фазу.3. Рабочая поверхность предмета кухонной посуды или приспособления для приготовления пищи по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что сплав имеет формулу A_aD_dE_cX_d, где

А является одним из элементов Zr или Cu;

D является по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, в которую входят Ni, Cu, Al, если А является Zr, или по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, в которую входят Ni, Zr, Al, если А является Cu;

Е является по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, в которую входят Ti, Hf;

X представляет собой производственные примеси, при этом

40%<а<70 ат.%;

5%<b<30 ат.%;

с<10 ат.%;

d<1 ат.%; и

a+b+c+d=100 ат.%.

40%<а<70%;

10%<b<25%;

5%<с<15%;

5%<d<15%;

2%<е<10%,

где X представляет собой производственные примеси, при этом f<1 ат.%,

где a+b+c+d+e+f=100 ат.%.