[发明专利]具有耐久和无锈蚀的多层陶瓷涂层的普通铜餐具和金属制品以及制备方法

说明书

本发明总体上涉及金属制品，并且更具体地涉及一种具有多层涂层的金属制品，以及制备该金属制品的方法。在一个具体实施方案中，本发明整体上涉及一种具有抗粘性和如纯铜那样良好热导率的普通铜(plain copper)餐具制品，并且更具体地涉及一种具有多层的、耐久、抗粘性的陶瓷涂层的普通铜餐具制品，以及该餐具制品的制备方法。

炊具可以采用多种基底(lase)材料来制备，包括铸铁、铝、包覆铝、不锈钢和包覆不锈钢以及包覆铜。

时效处理的铸铁炊具具有坚固、耐磨的表面。然而，铸铁容易生锈并且必须小心地对其清洁以防止炊具表面的损伤。另外，食物中的酸能导致铁从表面浸出，这在某些情况下可导致健康问题。

铜炊具具有优异的热传导性能。然而它容易划伤，因为它比其它炊具材料例如铸铁或不锈钢软得多。铜还容易氧化，这导致锈蚀(tarnishing)。可抛光铜以去除锈蚀，但这需要大量的精力来保持表面光泽。另外，铜离子能够渗入食物中。

铝炊具具有优异的热传导性能。然而，铝也容易遭受离子的渗出。减少该问题的一种途径是涂覆铝表面。阳极氧化的铝覆盖有氧化铝。氧化物层使得铝比未处理的铝硬得多(未处理的铝与空气中的氧反应而具有氧化铝薄层)。然而，食物通常将会粘附到阳极氧化的铝炊具上，除非在烹饪的时候使用油。另外，洗碗机对阳极氧化的铝炊具是不安全的，因为它可因用典型的自动洗碗设备而变色或腐蚀。

铝也能够通过热喷涂进行处理来避免浸出。然而，该工艺产生了粗糙的表面，并且食物通常将会粘附到表面上，除非对其进行处理。

不锈钢餐具被广泛使用。不锈钢因其强度和耐久性而闻名。不锈钢相对容易清洁，并且它比铜更好的保持光泽。然而与时效处理的铸铁相比，食物更加容易粘附到不锈钢上。过热、用盐水烹饪或者让锅“干烧”会导致表面变色。另外，尽管离子例如铁、铬、锰和镍的浸出通常很低，但也可能成为不锈钢的顾虑。

另外，不锈钢是差的导热体。不锈钢在225℃的热导率只有19W/mK，而在相同温度下铜为398W/mK，铝为250W/mK。因此，铜的热传导比不锈钢高约20倍。

不锈钢炊具的性能主要取决于锅的热传播有多好，进而减少或消除“热点”。为了分散不锈钢炊具的热量，使用钎焊或冲击结合，铝或铜盘片可被添加到锅的底部(侧壁是不锈钢)。尽管改善了热导率，但整个锅的热分布是不均匀的。此外，如果使用者长时间过热的烹饪食物，或者锅煮沸变干，盘片可能与锅分离。

分散不锈钢炊具热量的另一种途径是使用包覆不锈钢作为炊具的基底材料。包覆材料由不锈钢和铝或铜夹在一起形成。这种锅的热导在侧壁而不是仅仅在底部均匀的提高。包覆不锈钢炊具加热迅速，但冷却也迅速，因为铜或铝芯是热或冷的良导体。例如，如图1所示，包覆不锈钢锅5由总厚度为1.87mm的5层材料构成，其具有内部304不锈钢层(0.336mm)10、铝层(0.140mm)15、铜芯(0.940mm)20、铝层(0.140mm)25和外部430不锈钢层(0.31mm)30。具有总厚度为2.71mm的3层材料的一个例子包括内部304不锈钢层(0.394mm)、铝芯(1.930mm)和外部430不锈钢层(0.386mm)。包覆不锈钢的导热率是约占总厚度28-35％的导热率差的不锈钢层和导热率好的铝或铜的结合。

3层和5层不锈钢炊具和普通不锈钢炊具一样具有相同的缺点：炊具表面的变色和刮伤。炊具在高温烹饪时容易被烧焦，并且清洁烧焦的内表面需要大量时间。另外，内部不锈钢表面层在擦洗时可被去除。在许多高要求的餐馆里，5层煮锅只能使用约7-8个月，因为铜芯变成暴露的了。

分散更多热的另一种途径是使用包覆铜作为炊具的基底材料。如图2所示，例如，由总厚度为2.2mm的包覆铜材料制成的锅40可具有内部304不锈钢层(0.4mm)45、铝层(0.3mm)50和外部铜层(1.5mm)55。在这种情况下，不锈钢层减少到总厚度的18％。包覆铜炊具的所得导热率优于3层或5层包覆不锈钢炊具。然而，内部不锈钢表面与其它不锈钢炊具一样具有相同的问题：变色/烧焦和刮伤。另外，外部的铜表面容易氧化。如上所述，保持铜表面光泽度需要大量的努力。

表面处理以避免粘结是已知的。一种公知的炊具表面处理涉及全氟化碳聚合物的使用。全氟化碳涂层提供不粘表面，但它们容易刮伤。尽管目前的全氟化碳涂层比它们的前体坚硬，但还是相当容易被刮伤。当表面被刮伤或擦伤时，全氟化碳涂层的薄片可能进入烹饪的食物中。该薄片不能被许多人接受，尽管已知全氟化碳薄片并不会引起健康风险。另外，尽管全氟化碳聚合物在正常的烹饪温度是安全的，但在高温下它们会被破坏并释放有毒气体。