具有均匀传热特性的结合金属组件及其制造方法技术

在其整个横截面上具有改善的均匀热传递的烹饪用具，该烹饪用具由多层复合金属（２０）形成，所述多层复合金属（２０）具有一层热传导系数低于在复合物的中心处或附近的相邻层的热传导系数的钛或其他金属层（４０）。钛层轧结到铝层（６０）、（６０’）上，铝层（６０）、（６０’）又轧结到不锈钢层（７０）、（７０’）上。如果需要传导类型加热的话，邻近烹饪区的不锈钢层可以是铁磁不锈钢。多层复合物也适合于制作熨斗底板。烹饪用具和熨斗底板都可以包括一个施加在其上面的不粘表面（９０）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及一种复合结合金属烹饪用具、浅锅盘或者熨斗底板，更具体的涉及结合复合金属烹饪用具、浅锅盘或者熨斗底板，其具有至少一个内部金属层，该金属层具有比复合物的其他金属层更低的热传导系数，从而使得热量在被传输到烹饪表面或者熨斗表面之前充满在那层中。以这种方式，消除了在烹饪表面或者熨斗里的热点，从而改善器具的性能，如果存在不粘表面的话，延长不粘表面的寿命。
技术介绍
在本领域中公知的是，制造多种金属的多层复合结合金属烹饪用具，所述多种金属为了具有良好热传导性能而通常是铝和/或铜，同时为了美观、耐磨和耐腐蚀，还具有外部不锈钢层。同样公知的是，如果在感应烹饪设备上使用烹饪用具时，采用一层铁磁材料，例如碳钢或者400系列铁素体不锈钢，来代替更常见的300系列奥氏体不锈钢。这些组合都在现有技术中进行了披露，这些现有技术例如在Ulam的美国专利4,646,935、McCoy等的美国专利3,966,426和Groll的美国专利6,267,830等进行了教导，上述所有专利都作为参考而并入在此处。在本领域中同样熟知的是，用例如PTFE(“Teflon”)等的不粘材料给烹饪表面或熨斗底板表面涂层。因为使用例如单独的铝、铜和不锈钢或组合使用上述金属，所以在烹饪用具和熨斗底板里会很快产生热点。这些热点不但在烹饪和熨烫中很烦人，而且它们也会引起不粘表面的加速热学退化。即使不存在不粘表面，在烹饪用具中也不希望出现热点，这是因为它会引起不均匀的烹饪。所公开的Woolf的美国专利4,541,411试图使得在烹饪据用里的热点最少化。Woolf公开了一种多层烹饪锅，该锅具有铝或不锈钢的内层和外层，上述内层和外层包围着石墨材料的一中间层。石墨层不是以冶金方式结合到相邻金属层，但具有各向异性的热学特性，且定向为使得在平行于烹饪用具表面的平面里的热传导率高于垂直于所述表面的方向上的热传导率，从而使得在烹饪表面上的热点最少化。因为Woolf的石墨层不是以冶金方式结合到相邻的铝和不锈钢层，且因为铝和不锈钢层自身不是沿着烹饪表面结合(由于中间石墨层)，所以使得Woolf的烹饪用具会具有一定的缺点。首先，由于不结合的石墨层，在石墨层和相邻的铝和不锈钢层之间通常会存在些许空气间隙，该间隙由于阻挡层或薄膜的效果而成为一个绝热体，从而降低了在中间表面上的热传递的效率和均匀性。另外，由于沿着Woolf的烹饪用具的烹饪表面在铝和不锈钢层之间没有冶金方式的结合，所以人们会考虑到，由于在铝和不锈钢的热膨胀系数之间存在差异，所以会产生热学翘曲。本专利技术克服了现有技术中遇到的问题，其试图在烹饪表面和例如用于熨斗底板的其他应用场合(在下文中，所有这些都总起来仅被称为“烹饪用具”)中，消除热点并获得更均匀的加热。另外，本专利技术通过消除在现有技术中的热点问题而延长了不粘表面的寿命。进一步，本专利技术的热延迟层有助于在多层复合物加热期间烹饪容器的平滑，至今，由于复合物的几层不同金属的热膨胀系数不同，所以所述平滑性存在着。
技术实现思路
简而言之，本专利技术提供了复合结合金属烹饪用具，该用具具有铝和/或不锈钢的外层，且具有中心结构，该中心结构包括一层热延迟金属，该热延迟金属例如钛、钛合金、不锈钢等，该热延迟金属在两侧上结合到一层纯铝或者一层包铝(Alclad aluminum)中之一上。本专利技术还包括制造所述结合组件的方法。在一个优选结构中，厚度为大约0.030-0.035英寸的钛Ti46合金条在两个表面上结合到每个厚度都为大约0.035-0.040英寸的包铝(Alclad aluminum)条上，其还有一层0.015-0.017英寸的304不锈钢结合到包铝(Alclad aluminum)的每个外表面上。在轧结之前，用钢丝刷、轮等机械摩擦上面的材料条的表面，以便清洁表面并使得光的未氧化的金属暴露出来。以如下顺序来堆叠金属片不锈钢层-包铝(Alcla)层-钛层(或不锈钢层)-包铝(Alcla)层-不锈钢层；然后，在含氧大气(平常的大气)中叠片被加热或均热处理到550-600(华氏度)的温度，或在没有氧气的大气炉中，其处于更高温度。在轧制期间，在含氧炉大气中，低于大约550的温度就不能提供Ti的结合，而高于大约600的温度会导致Ti氧化物的形成。这样的氧化物会阻止形成坚固的冶金方式的结合。然后，在轧制机中，这样加热并排序的金属堆片第一次进行热轧，同时，其处于550-600(华氏度)的温度下且在含氧大气中且以至少5％-10％的压缩量进行，从而实现在Ti和Al之间的结合以及在Al和外部不锈钢层之间的结合。然后，如果需要的话，可以再次加热结合组片，并以10-20％的压缩量第二次进行轧制。然后，获得的复合物优选地在650-700下进行热处理，以通过在相邻层之间的扩散结合而改善结合强度。然后，冲切如此处理过的材料，并通过传统方式轧制使其形成为需要的烹饪用具形状。本专利技术的复合材料的对比热分析成像显示内部烹饪表面上加热均匀，该内部烹饪表面上没有热点。如果需要感应烹饪用具，例如400系列铁素体不锈钢的碳素钢的铁磁材料可以施加到烹饪用具的外(下)表面上，该烹饪用具的表面最接近于感应体。另外，不粘表面可以施加到在不锈钢层上的烹饪表面或熨斗底板表面上，或者，可选择地，如果需要的话，将其施加到沿着铝层的烹饪表面或熨斗底板表面上。附图说明图1是本专利技术的结合金属复合物的一个优选实施例的横截面视图；以及图2-3是类似于图1的本专利技术的其他优选实施例的横截面视图。具体实施例方式现在参考附图，图1以横截面形式示意性的显示出本专利技术的结合金属复合片2的一个优选实施例。复合片2是一多层轧结结构，其包括层4，该层4的材料的热传导系数低于复合片2中的其他金属层。用于较低热传导率层4的优选材料是钛或者钛合金，这是因为其与铝相比具有相当低的热传导系数，外加与铝相比它还有较轻的重量。不锈钢具有的热传导系数类似于钛的热传导系数，可以用于层4。不锈钢比钛成本更低廉，但是却更重，这会增加烹饪容器的重量。在图1的复合片2中，钛层4在其两侧轧结在铝层6和6’之间。铝层6和6’包括1100系列纯铝，或者铝层6和6’可以是包铝(Alclad aluminum)片。包铝(Alcladaluminum)由例如3003合金的铝合金中心轧结到纯铝的外层上形成。3003铝合金中心提供了改进的强度，同时纯铝的外层提供了良好的轧结性能。为了改进轧结，钛合金(或不锈钢)4应该结合到一层纯铝上。应该理解，当下文中引用了钛层时，不锈钢也同样可以代替它。在图1的实施例中的铝层6和6’又轧结到不锈钢的层7和8上。不锈钢层8限定出图1的复合片2的内部烹饪表面，且优选地由例如304类型不锈钢的奥氏体不锈钢制成，该不锈钢提供了良好的抗腐蚀性能和深度加工(deep drawing)性能。外部不锈钢层7与热源直接相邻，也可以由例如304的不锈钢的奥氏体等级钢制成，或者由铝(刷过、抛光过或者阳极氧化过)制成。如果烹饪用具是用于感应类型的烹饪，那么外层7由例如碳素钢的铁磁材料制成，或者由铁素体不锈钢制成，或者由包含铁素体不锈钢或碳素钢的复合物制成。在层8中优选使用的铁素体不锈钢选自例如409类型不锈钢的400系列不锈钢。当烹饪容器要用于感应烹饪区时，层8也可以使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有改进的均匀热传递属性的多层复合金属片，所述复合片包括多个轧结金属层，所述多个轧结金属层包括金属内层，该金属内层具有的热传导系数低于相邻金属层，从而所述内层延迟热量沿着横断方向的流动，以便使得所述内层沿着横向方向分布热量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉A格罗尔，
申请(专利权)人：全包层金属制品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]