Легкоочищаемая варочная поверхность и электробытовой прибор с такой поверхностью - RU2413448C2

Описание

Предлагаемое изобретение относится к области изделий, предназначенных для приготовления и термической обработки продуктов питания и, говоря более конкретно, к варочной поверхности таких изделий, находящейся в непосредственном контакте с подлежащими термической обработке продуктами питания.

Уже на протяжении многих лет прилагаются значительные усилия, направленные на то, чтобы облегчить процесс повседневного приготовления пищи. Среди заслуживающих внимания достижений в этой области наибольшее развитие получили специальные покрытия на основе фторуглеродных полимеров, используемых в качестве антипригарных покрытий для кухонной посуды, которые быстрыми темпами разрабатываются с конца пятидесятых годов двадцатого века. Такие покрытия стали всемирно известными после того, как способ, обнародованный в патентном документе FR 1120749, обеспечил возможность надежной фиксации таких покрытий на поверхности различных металлов, в частности на поверхности алюминия.

Однако покрытия подобного типа остаются достаточно хрупкими и плохо сопротивляются механическим воздействиям, царапающим эту поверхность. Таким образом, были разработаны различные ухищрения, предназначенные для того, чтобы механически укрепить слой покрытия у основания. В многочисленных патентных документах, направленных на усовершенствование таких покрытий, описаны различные способы и средства, позволяющие повысить сопротивляемость таких покрытий к образованию царапин, воздействуя на само это покрытие и/или на его подложку. Однако, несмотря на все усилия, такие покрытия остаются чувствительными к повторяющемуся воздействию на них заточенных или остроконечных металлических изделий, таких, например, как металлические ножи или вилки.

Параллельно были проведены исследования прочных в механическом отношении поверхностей, для которых делались попытки повысить легкость их очистки. Таким образом, появились металлические покрытия, такие, например, как хромирование нержавеющей стали, квазикристаллические покрытия или неметаллические покрытия (силикаты и т.п.). Однако, в целом, результаты этих исследований остаются не вполне удовлетворительными, в частности, по сравнению с покрытиями типа РТFЕ.

Из патентного документа FR 2848797 также известна варочная поверхность, сформированная, главным образом, из металлического циркония, причем эта поверхность обладает очень высокой твердостью после того, как слой покрытия будет азотирован или науглерожен, и представляет вполне удовлетворительные свойства легкости очистки, не достигающие, однако, в полной мере свойств легкости очистки для слоев покрытия из материала типа РТFЕ.

Техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы устранить отмеченные выше недостатки существующего уровня техники и предложить варочную поверхность с усовершенствованными характеристиками, касающимися легкости очистки, представляющую основательное снижение прилипания к ней пищевых продуктов в процессе их термической обработки, а также после нее в процессе очистки, и устойчивость к коррозии при обеспечении высокой механической прочности, в частности высокой твердости.

Поставленная в данном изобретении техническая задача решается при помощи варочной поверхности для пищевых продуктов, используемой в кухонной утвари или в варочных аппаратах, отличающейся тем, что эта варочная поверхность представляет собой покрытие, содержащее по меньшей мере 30% ниобия.

Указанные в данном изложении значения процентного содержания представляют собой процентные содержания по весу.

Ниобий известен, в частности, своим высоким потенциалом затвердевания, достаточно высокой точкой плавления, а также своей высокой стойкостью к воздействию химических реактивов. Он также используется, главным образом, при производстве сталей, в частности, в форме карбида, а также в области медицины, причем ниобий рассматривается как биологически совместимый элемент.

Неожиданным образом в процессе исследований было установлено, что покрытия, содержащие значительную пропорцию ниобия, и даже поверхность, изготовленная из чистого ниобия, обладают также свойствами легкости их очистки в том случае, когда такая поверхность используется в качестве варочной поверхности и когда пищевые продукты остались прилипшими к поверхности, например, после кальцинации подвергавшихся термической обработке продуктов. Эта легкость очистки выражается в том, что пригоревшие остатки легко удаляются с варочной поверхности.

Предпочтительным образом содержание циркония или титана в предлагаемом покрытии менее 70%.

Использование циркония или титана позволяет получить разнообразные цвета покрытия, которое невозможно обеспечить только с использованием ниобия. Таким образом, так как имеется возможность задать тот или иной цвет покрытия, пользователь может уверенно определить, что используемое покрытие является особенным и относится к покрытию "легкой очистки".

Можно даже предусмотреть различные цвета окрашивания для различных предназначений (поджаривание яиц, рыбы, мяса и т.п.) для того, чтобы пользователи легко могли идентифицировать подходящую варочную поверхность для приготовления данного пищевого продукта.

В то же время, использование циркония или титана позволяет сохранить характеристики легкости очистки и твердости покрытия даже при высоких пропорциях содержания этих элементов.

Создание варочной поверхности заключается в физическом нанесении в парообразной фазе составляющих покрытия на подложку на основе одной или нескольких массивных порций. В общем случае здесь могут быть использованы любые технологии физического нанесения материала в парообразной фазе. При этом толщина покрытия имеет величину в диапазоне от 2 мкм до 10 мкм.

Такая технология осуществления имеет преимущество, которое заключается в использовании относительно небольшого количества материала и в возможности корректировать относительно небольшую толщину материала на подложке для выполнения варочной поверхности. Эта технология нанесения покрытия в то же время позволяет обеспечить нанесение с высокой степенью сцепления с подложкой, на которую это покрытие наносится. Таким образом, минимизируется опасность отслоения этого покрытия в процессе его использования.

Предпочтительным образом создание покрытия содержит этап науглероживания и/или азотирования по меньшей мере одного из компонентов. Этот этап может быть реализован перед нанесением покрытия, причем компоненты этого покрытия науглероживаются или азотируются предварительно или науглероживаются или азотируются в процессе нанесения покрытия путем введения реактивных газов в камеру нанесения покрытия газов.

Такие этапы позволяют существенно повысить твердость варочной поверхности, обеспечивая при этом разнообразие получаемой окраски в результате воздействия на стехиометрические характеристики нитрида, карбида или нитрокарбида циркония или титана, причем упомянутые нитрокарбиды известны своей высокой твердостью.

В соответствии с особым способом создания покрытия первый этап азотирования реализуется перед последующим этапом науглероживания поверхности или ее насыщения нитрокарбидом, причем упомянутый этап азотирования позволяет обеспечить достаточное сцепление слоя карбида или нитрокарбида. Действительно, известно, что достаточно трудно обеспечить сцепление слоя карбида или нитрокарбида с некоторыми химическими соединениями, используемыми на подложке, типа алюминия или нержавеющей стали без использования некоторого промежуточного слоя. В то же время, скорость нанесения слоя карбида определенно превышает скорость нанесения слоя нитрида.

Такие компоненты объединяют в себе свойства легкости очистки с высоким потенциалом затвердевания, окрашивания и устойчивости к коррозии слоев нитрида, карбида и нитрокарбида циркония, титана и ниобия. Полученные при этом значения твердости могут достигать 2400 единиц по Виккерсу для карбида или нитрида циркония.

Предпочтительным образом нанесение слоя металлического покрытия, состоящего из различных компонентов, реализуется перед фазой науглероживания и/или азотирования. Такая последовательность операций позволяет повысить устойчивость покрытия к коррозии и обеспечивает сцепление слоя покрытия лучшее, чем сцепление слоя при непосредственном нанесении карбида, нитрида или нитрокарбида используемых компонентов.

Кроме того, нанесение металлического слоя оказывается более быстрым, чем нанесение того же слоя с использованием реактивного газа, что позволяет в целом повысить скорость нанесения покрытия.

В соответствии с предпочтительным способом реализации нанесение покрытия осуществляется на основе одной мишени, полученной путем присоединения к электропроводной подложке одного или нескольких листов или пластин материалов, имеющих желаемый химический состав. При этом речь будет идти о моноблочной или мозаичной мишени.

Упомянутые листы или пластины предпочтительным образом выполняются путем прокатки. Однако в рамках предлагаемого изобретения могут быть использованы и другие технологии, такие, например, как спекание порошка, термическое напыление порошка или же технологии на основе литья.

Таким образом, эти мишени образуют источник материалов, которые будут нанесены на варочную поверхность.

Упомянутая подложка может состоять из одного или нескольких металлических листов следующих материалов: алюминий, нержавеющая сталь, чугун, сталь, медь.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения, выявленные в процессе испытаний, будут более понятны из приведенного ниже описания, выполненного со ссылками на несколько не являющихся ограничительными примеров, иллюстрирующих это изобретение.

Различные примеры реализации предлагаемого изобретения относятся к нанесению путем РVD на подложку из нержавеющей стали композиции, существенным образом имеющей в своем составе ниобий. Все используемые в примерах подложки подготовлены аналогичным образом посредством наждачной обработки и/или механической полировки, вслед за чем в случае необходимости выполняется механическая подготовка типа дробеструйной обработки или обстрела микрошариками с последующей ионной очисткой поверхности.

В рассматриваемых здесь примерах реализации представлены следующие покрытия:

С1: карбид ниобия;

С2: нитрид ниобия;

С3: цирконий (50%) и ниобий (50%). После нанесения составляющих слой покрытия подвергается азотированию.

Система оценки степени легкости очистки позволяет количественно охарактеризовать способности данной варочной поверхности снова принимать свой исходный вид после ее использования. Эта система оценки содержит следующие этапы:

поверхность локально покрывается смесью пищевых продуктов известного состава;

эта смесь сжигается в печи при определенных условиях, например при температуре 210°С в течение 20 минут;

после охлаждения эта поверхность погружается на определенное время в смесь воды и детергента;

затем загрязненная поверхность обрабатывается с определенным усилием абразивной мочалкой при помощи абразивного аппарата (плинометр), при этом мочалка выполняет возвратно-поступательные движения с заданным количеством циклов;

затем отмечается процентная доля удовлетворительно очищенной поверхности, которая характеризует легкость очистки варочной поверхности.

Таким образом, испытания, проведенные на поверхностях различных типов, позволяют сравнительным образом оценить качество этих поверхностей с точки зрения легкости их очистки.

Разумеется, испытания были осуществлены при выдерживании одних и тех же параметров для каждого этапа системы оценки: одна и та же смесь пищевых продуктов, одна и та же площадь поверхности нанесения этой смеси пищевых продуктов, одна и та же температура сжигания смеси и т.п.

Приведенная ниже сравнительная таблица демонстрирует результаты, полученные на трех различных варочных поверхностях, а именно полированной нержавеющей стали, квазикристаллической поверхности и поверхности из сплава кобальта с цирконием в соответствии с одним из упомянутых выше эвтектических сплавов, нанесенных на нержавеющую сталь, азотированную, а затем цианированную, так как это было описано ранее, после полировки, в процессе проведения ограниченного теста с использованием смеси пищевых продуктов на основе молока и риса, которая считается особенно трудной для очистки после пригорания. Таким образом, подобный тест дает возможность выявить различия между качеством очистки этих поверхностей.

Приведенная таблица демонстрирует превосходные свойства слоев С1, С2 и С3, нанесенных на нержавеющую сталь, в частности результаты, сопоставленные с результатами, полученными на других варочных поверхностях. Другие тесты, проведенные с использованием подложки на основе алюминия, демонстрируют аналогичные результаты.

Здесь следует отметить, что количество абразивных циклов на плинометре было зафиксировано на уровне 18 движений. Это относительно небольшое количество циклов подтверждает качество легкости очистки поверхности в соответствии с предлагаемым изобретением, поскольку после выполнения 18 возвратно-поступательных движений абразивной мочалки остается не более 5% загрязненной поверхности.

Повторные испытания после полной очистки поверхности показывают, что легкость очистки покрытия из представленного сплава не ухудшается.

Предлагаемое изобретение не ограничивается упомянутыми выше примерами реализации. Действительно, количество циркония, присутствующего в варочной поверхности, можно изменить в широком диапазоне, слегка уменьшая при этом твердость покрытия, но позволяя выделить и предложить более широкий спектр вариантов его окрашивания.

Кроме того, изменяя степень азотирования, имеется возможность обеспечить различную окраску металлического внешнего вида, представляемого нержавеющей сталью. Таким образом, могут быть получены желтые, охровые, янтарные, антрацитовые, дымчато-серые, фиолетовые, голубые и другие тона окраски.

Эта фаза окрашивания путем азотирования также может быть реализована после фазы нанесения типа РVD. Например, данная деталь вместе со своим покрытием может быть в дальнейшем термически обработана в печи в атмосфере азота с добавлением кислорода, в случае необходимости.

В качестве присадочного элемента к ниобию можно использовать титан для придания ему цвета, отличного от цвета нержавеющей стали.

Реферат

Изобретение относится к варочной поверхности для пищевых продуктов, используемой в кухонной утвари или в варочных аппаратах. Варочная поверхность представляет собой покрытие, содержащее по меньшей мере 30% ниобия. Технический результат изобретения заключается в облегчение очистки варочной поверхности за счет снижения прилипания к ней пищевых продуктов. 7 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула