專利名稱：：為鋁炊具提供銅涂層的工藝的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種為鋁制品(article)提供銅著色涂層的工藝，具體地說，用于為鋁炊具(例如，鍋(pot)和平底鍋(pan))提供銅涂層的工藝。本發(fā)明還涉及一種通過所述工藝獲得的鋁制品。
背景技術：
：由于銅是熱的最佳導體，所以銅炊具是許多專業(yè)廚師的選擇。因此由銅制成的鍋或平底鍋將對溫度變化很快地做出反應，并且由于這種良好的導熱性，所以非常均勻地烹飪食物。銅的缺點在于銅是活性金屬。這意味著銅將與特定的食物(通常是強酸性食物)化學結合，因此會改變菜肴的外觀和口味，這通常是不期望的。為了解決這個問題，一些銅炊具襯有錫或不銹鋼。另夕卜，銅炊具需要頻繁的清潔和/或拋光，以保持其光亮并去除指紋。最后，銅炊具相當昂貴。使用鋁炊具也是已知的。因此，同樣作為熱的良導體的鋁通常更便宜。與銅一樣，鋁是活性金屬，這意味著鋁會改變特定食物(例如蛋)的外觀和口味。因此，通常用深灰表面處理(darkgrayfinish)來對鋁炊具進行陽極化，深灰表面處理是一種使鋁不活潑的工藝。雖然通過使用鋁炊具代替銅炊具，可解決銅炊具的一些缺點，但是由于銅炊具更吸引人的外觀，許多人仍然喜歡使用銅炊具。.
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供不具有傳統(tǒng)銅制品的缺點的"銅"制品，具體地說，例如鍋和平底鍋的炊具。該目的被本發(fā)明通過一種為鋁炊具提供銅涂層的工藝來實現(xiàn)，該工藝包括以下步驟第一步，對鋁制品進行陽極化，以在鋁制品表面上生成陽極氧化物層；第二步，在至少包含銅鹽的電解浴中，通過使被陽極化處理的鋁表面經受由具有正相位和負相位的非對稱電壓控制交流方塊月永沖來使鋁表面著色，使得在鋁表面上形成金屬銅著色涂層。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的非對稱交流方塊電流的波形。圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的工藝的優(yōu)選實施例的連續(xù)步驟。具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明，已經發(fā)現(xiàn)，通過使鋁制品在含有例如硫酸和銅鹽的水溶液的電解浴中(鋁制品用作至少一個電極)經受電壓控制的非對稱方塊電流，能夠向所述制品提供金屬銅涂層，因而鋁制品具有"銅外觀(copperlook)"。即，所述鋁制品通常看起來像銅制品。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該工藝用來為鋁炊具提供銅涂層，即，具有"銅外觀"的鋁炊具。因此，根據(jù)本發(fā)明的工藝特別適于生產鋁廚房用具，例如電奶酪鍋和壺(fonduesetandkettle)、平底鍋、鍋、非電烹飪器具、煎魚鍋、炒鍋、非電奶酪鍋和壺、烹飪鍋。根據(jù)本發(fā)明，已經發(fā)現(xiàn)，銅涂層是持久的，甚至經受會在例如烹飪過程中遭受的高溫。有利地，該制品不具有與使用銅制品相關的普遍缺點。因此，該制品例如較為^^宜，并且不需要頻繁的清潔和/或拋光。已知的是，陽極化鋁可通過電解工藝的方式來著色。因此，已知的是，鋁表面上的陽極氧化物膜通常會由于浸入到包含特定金屬化合物的電解液中的陽極化鋁和對電極之間的交流電流或疊加有直流電流的交流電流的經過而被著色。根據(jù)在電解浴中存在的化合物，所述電解液可包含鎳、鈷、銅、錫、鉻、銀、鐵或鉛的陽離子，以及硝酸根、磁iJ臾根、磷酸根、醋酸根、草酸根、檸檬酸或亞硒酸根、亞碲酸根、錳酸根或高錳酸根的陰離子，并且保持為酸性pH。在一些情況下，電解浴中可包括兩種或兩種以上金屬的鹽?；谶@樣的假設來解釋本工藝的可操作性，即，由于陽極氧化物膜的阻斷效應(blockingeffect),鋁做陰極時的時間段期間的總電荷比鋁做陽極時的時間段期間的總電荷多，使得在陰極時間段期間從電解液沉積的金屬的量比在陽極時間段期間再溶解的量多。在這些情況下，涂覆在鋁上的陽極氧化物變?yōu)楸恢?，并且基于選定的金屬以及處理的強度和持續(xù)時間，可獲得各種顏色。當使用銅時，這些工藝通常得到淡紅色、磚紅色或略褐色的顏色。相反，根據(jù)本發(fā)明，已經發(fā)現(xiàn)，通過使陽極化鋁制品經受非對稱方塊電流，在鋁的表面上提供金屬銅著色的涂層，使得雖然制品本質上由鋁組成，但是卻看起來像銅制品。在根據(jù)本發(fā)明的工藝的第一步中，以傳統(tǒng)方式使鋁制品的表面陽極化，以生成陽極氧化物涂層，例如，本領域技術人員公知的通常出于保護或類似目的而涂覆的類型的涂層。雖然可釆用許多已知操作(尤其是采用可被限定為由硫酸、鉻酸或諸如石黃基水楊酸的磺酸的水溶液，以及它們與其它酸或化合物的適宜混合物組成的電解質的組)中的任意一種，并且雖然在一些情況下交流電流陽極化處理是可以可行的，但是通過用直流電流來4吏制品(例如鍋和平底鍋)在硫酸的水溶液(例如，酸的濃度為15wt。/。)中陽極化20分鐘至60分鐘的時間段來獲得有效的結果。陽極化步驟的操作條件通常不是特別重要，而被選擇為大體上滿足期望的陽極涂層的厚度、硬度和其它特性。涂覆在鋁上的多孔氧化物的相當大的范圍的厚度滿足后續(xù)的著色步驟的要求。在著色步驟中，鋁制品經受如圖1中限定的非對稱電壓控制方塊脈沖。相反，傳統(tǒng)的著色工藝通常使用具有疊加DC電流或不具有疊加DC電流的50Hz交流頻率。當使用具有正相位和負相位的非對稱電壓控制方塊脈沖時，能夠控制銅沉積，并且能夠產生更加鮮明且均勻的顏色。為了克服阻斷效應并在陽極層底部的孔處沉積金屬，必須在脈沖中使用負相位。為了避免不受控的銅沉積，必須具有正相位。在正相位下，多余的金屬在出現(xiàn)最小電流時溶解，并且在下一個負相位下，阻擋層(barrierlayer)被修正為促進金屬在陽極層的孔中沉積。優(yōu)選地，著色步驟中的對電極由對電解液呈惰性的材料制成，例如，由碳(石墨)或不銹鋼制成。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在正相位下施加到鋁表面的平均電流密度在0.00A/dm2和0.05A/dm2之間。當在正相位下的電流量在0.00A/dm2和0.05A/dn^之間時，獲得陽極化鋁材料的均勻的且鮮明的銅顏色。當在正相位下的電流大于0.05A/dmht，由于阻擋層被過修正，所以將獲得略灰的顏色。例如，電流密度取決于施加的電壓。因此，優(yōu)選地，施加的電壓足以使在正相位下的平均電流密度在0.00A/dm2和0.05A/dm2之間。優(yōu)選地，負相位下的平均電流密度在0.08A/dm2至0.4A/dm2之間。當在負相位下的電流量在0.08A/dm2至0.4A/dm2之間時，沉積的金屬的量產生鮮明的金屬顏色。在電流密度低于0.08A/dr^的情況下，沉積的金屬太少以至6于不能獲得鮮明的顏色，當電流密度高于0.4A/dm2時，控制不了沉積的金屬量。脈沖的頻率以及正相位和負相位之間的關系都會影響陽極/陰極電流之比，并影響例如著色速率。例如，較低的頻率提高陽極電流/陰極電流之比。根據(jù)本發(fā)明，正負相位之間的關系被計算為。/oFF，這表示正相位在全部脈沖中的比例(見下文)。較高的。/。FF使得著色的速率加快。然而，隨著著色速率的加快，顏色偏差的可能性也會增大。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，使用的脈沖的頻率在5Hz和50Hz之間，優(yōu)選地在10Hz和40Hz之間，更優(yōu)選地在15Hz和30Hz之間，最優(yōu)選地，該頻率大約為20Hz。在又一優(yōu)選實施例中，正相位和負相位之間的關系(即，所述。/。FF)為50%以上，優(yōu)選地為60%以上，更優(yōu)選地在80%和100%之間，最優(yōu)選地為大約80%。雖然準確的工藝時間可根據(jù)例如期望的色彩強度而變化，但是優(yōu)選地，著色步驟的持續(xù)時間可以在5分鐘和15分鐘之間變化。優(yōu)選地，著色步驟中的電解浴包含酸性水溶液，所述酸性水溶液包含至少一種銅鹽。例如，適宜的銅鹽為硫酸銅、醋酸銅或磷酸銅。在又一優(yōu)選實施例中，電解浴包含濃度為lg/l至100g/l的銅鹽(例如，硫酸銅)，優(yōu)選地，濃度為5g/1至75g/l,更優(yōu)選地，濃度為10g/l至50g/1,更優(yōu)選地，濃度為15g/l至25g/1，具體地說，濃度為20g/1。在優(yōu)選實施例中，電解浴包含濃度為0.5g/l至25g/l的硫酸，優(yōu)選地，濃度為lg/1至20g/l，更優(yōu)選地，濃度為2g/l至10g/l,最優(yōu)選地，濃度為3g/l至7g/l,具體地說，濃度為5g/l。優(yōu)選地，電解浴中其余的組成為溫度15。C至25。C的去離子水。在優(yōu)選實施例中，鋁和/或鎂鹽可作為剝落(spalling)的抑制劑被添加到電解液中，以提高顏色的均勻性。優(yōu)選地，電解浴還包含濃度為Og/1至50g/l的硫酸鎂或硫酸鋁，優(yōu)選地，濃度為20g/1。制品(例如鍋和平底鍋)的最終外觀會受不同類型的機械和/或化學(預)處理的影響。也可使用處理的組合來影響鍋和平底鍋在該工藝之后的外觀。機械處理方法包括例如但不限于噴砂、噴丸(beatblasting)、拋光、打磨等?；瘜W處理方法包括例如^f旦不限于脫脂、腐蝕蝕刻、酸蝕刻、化學拋光和電化學拋光。這些處理是本領域技術人員所公知的。因此，本發(fā)明的工藝可以與這些公知的(預)處理工藝的一種或多種相結合。利用根據(jù)本發(fā)明的工藝荻得的具有銅涂層的鋁制品還可經受最終的密封步驟。密封步驟包括例如熱水密封，冷密封或浸漬密封。如圖2所示，在適宜實施例中，本發(fā)明的工藝可與傳統(tǒng)的預處理步驟的組合以及最終的密封步驟相結合。本發(fā)明還涉及一種通過如上所述的工藝獲得的設置有銅涂層的鋁制品。本發(fā)明具體涉及一種通過所述工藝獲得的具有銅外觀的鋁炊具。然而，應該理解的是，本發(fā)明的工藝也可被用于其它應用，其中，可以期望仿銅制品而不具有與銅制品相關的缺點。已經根據(jù)本發(fā)明來使用以下的定義與方向保持恒定的直流電流相反，交流電流通常表示一種大小和方向周期性地地變化的電流。AC功率電路的常見波形為其中正相位和負相位對稱的正弦波。根據(jù)本發(fā)明，使用了非對稱方塊脈沖，即，所述非對稱方塊脈沖具有矩形波形且正相位和負相位不對稱。在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的非對稱方塊脈沖。術語"電壓控制"是指通過施加預定的電壓脈沖來控制脈沖。根據(jù)本發(fā)明，具有銅涂層的制品表示一種具有銅制品外觀的制品，即，看起來像金屬銅。鋁材料本身可以是工業(yè)純鋁金屬，或者可以是鋁為主要合金組成的鋁合金。還通過下面的示例和附圖來示出本發(fā)明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的非對稱交流方塊電流的波形。通過下面的參數(shù)來限定所述非對稱電壓控制方塊電流丁+011=正相^立的導通時間[ms]T+off-正相位的截止時間[ms〗T+=T+on+T+off[ms]Ton-負相位的導通時間[ms]T-off=負相位的截止時間[ms]T-=T'on+T陽off[ms]基電壓=操作電壓[V]%負相位=(負電壓/基電壓>100%[-]丁+循環(huán)=丁-開始之前丁+重復出現(xiàn)的次數(shù)[-]r循環(huán)二T+開始之前r重復出現(xiàn)的次數(shù)[-]脈沖時間=(T+循環(huán)xT+)+(r循環(huán)xT-)[ms]%FF=((T+onxT+循環(huán))/脈沖時間)xlOO%[-]圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的工藝的優(yōu)選實施例的連續(xù)步驟。首先，利用傳統(tǒng)方法1制造鋁制品。鋁炊具(例如鋁鍋和鋁平底鍋)的生產可通過傳統(tǒng)的生產方法來完成。如果需要，可在鋁鍋和鋁平底鍋的內表面和/或外表面上涂覆(不粘)涂層。根據(jù)涂層的質量，涂層將不受期望的工藝的損壞。鋁制品可由工業(yè)純鋁金屬制成，或者可以是鋁為主要合金組成的鋁合金制成。在步驟2,制品經受例如噴^K拋光等機械預處理步驟?？墒褂帽绢I域技術人員公知的任何傳統(tǒng)預處理。對于本發(fā)明的工藝，鋁制品必須被放置并浸入到電解浴中。為此，鋁制品通常被放置在電解浴中的合適的架子上(步驟3，上架)。由于在著色工藝中使用交流電流，所以除非將全部的生鈦(beartitanium)從電解液屏蔽，否則鈦對上架步驟來講不是有用的材料。優(yōu)選地，用鋁來制造架子。每平方米的鋁制品要求的最小接觸面積為lmm2，以獲得均勻的陽極涂層和顏色。由于架子和材料之間的原電池效應，所以將上架和陽極化之間的時間段保持得盡可能短是重要的。優(yōu)選地，該時間段被限制為24小時。在上架之后，優(yōu)選地，使制品經受例如脫脂、腐蝕蝕刻等化學預處理步驟4。根據(jù)本發(fā)明的工藝，然后，將鋁制品首先陽極化以在鋁制品的表面上生成陽極氧化物層(標號5)。在本發(fā)明的工藝的第二步中(標號6),為陽極化鋁制品提供銅著色涂層。最后，制品經受最終的密封步驟7,從而獲得具有銅外觀的鋁制品。示例陽極化工藝在下面的根據(jù)本發(fā)明的工藝的特定示例中，首先通過傳統(tǒng)的硫酸陽極化處理來使鋁鍋和鋁平底鍋陽極化，所述石危酸陽極化處理在包含最大20g/l鋁的15%至25%石危酸溶液中用0.5安培/dm2至2安培/dm2的直流電流在16。C和22。C之間的溫度下處理20分鐘至90分鐘。為了提高抗磨損性，可以以0g/l和930g/l之間的濃度加入草酸。用于著色步驟的電解液可使用包含以下組成的電解液來作為著色電解浴硫酸銅，濃度為10g/l至50g/1,優(yōu)選地，濃度為20g/l;硫酸鎂，濃度為10g/l至50g/l，優(yōu)選地，濃度為20g/l;硫酸，濃度為2g/l至10g/l,優(yōu)選地，濃度為5g/1，其余為溫度15X:至25t:的去離子水。工藝參數(shù)在利用上述陽極化工藝和電解液的著色處理過程中，下面的工藝參數(shù)是固定的。Ramp=0.5V/sT+off=0msT—off=0ms丁+循環(huán)=1丁—循環(huán)=1%反向=100%示例1參照顏色首先根據(jù)上述步驟對6塊表面為1.3dm2的鋁板進行陽極化，然后將所述6塊鋁板在上述電解液中著色。使用下述脈沖來確定著色程度，其中，只有總工藝時間在200秒至1600秒之間以200秒的間隔變化。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>測試結果清楚地示出工藝時間對著色工藝的影響。較長的工藝時間帶來更深的顏色。得到的顏色從輕微的銅外觀(Cfl)到黑色(C傷)。相反，傳統(tǒng)的50HzAC脈沖的情況下，獲得的顏色更加趨于略褐色而不是略紅色。示例2基電壓的影響利用表面積為10dn^的鋁平底鍋來確定基電壓對獲得的顏色的影響。使用了以下工藝參數(shù)T+on=40msT—on=10ms脈沖時間=50ms%FF=80%工藝時間400s<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>發(fā)現(xiàn)的是，基電壓決定工藝的著色速度。因此，較低的基電壓帶來較慢的著色速度。已經通過其它試驗得知，陽極涂層的電阻對將在工藝過程中流動的電流有影響，由此對著色工藝的速度有影響。對于在測試過程中使用的特定種類的陽極涂層，需要13V的最低電壓來獲得好的著色結果。如果陽極涂層的電阻較低，則可利用較低(例如，IOV)的基電壓來獲得良好的著色結果。如果基電壓升高(例如為20V)，則著色工藝的速度提高到這樣的程度，即，著色工藝不再可控，并且剝落的可能性增加。示例3頻率的影響利用表面為10dm2的平底鍋來確定非對稱電壓控制方塊脈沖的頻率的影響。使用了以下工藝參數(shù)基電壓=16V%FF=80%工藝時間-300s<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>已發(fā)現(xiàn)的是，非對稱電壓控制方塊脈沖的頻率影響著色工藝的速度。為了保持著色工藝一直進行，需要最低lHz的頻率。該工藝的能耗(即，所使用的庫侖)隨著頻率的升高而增加。關于能耗，該工藝被限制為100Hz的頻率。示例4%FF的影響利用表面為10dm2的鋁平底鍋來確定。/。FF的影響J吏用了以下工藝參數(shù):脈沖時間二50ms基電壓=16V工藝時間二300s<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>。/。FF對著色工藝的速度和獲得的顏色有影響。在高于50。/。的。/。FF的情況下，能夠獲得良好的銅著色結果，在低于50。/。的。/。FF的情況下，獲得的顏色不再像銅，而是紅色/略褐色。權利要求1、一種為鋁制品提供銅涂層的工藝，所述工藝包括以下步驟(a)將所述鋁制品陽極化，以在其表面生成陽極氧化物層；(b)在包含銅鹽的電解浴中，通過使陽極化鋁表面經受由具有正相位和負相位的非對稱電壓控制交流方塊電流來使鋁表面著色，從而在鋁表面上形成金屬銅著色的涂層。2、如權利要求1所述的工藝，其中，所述工藝用于為鋁炊具提供銅涂層。3、如權利要求1或2所述的工藝，其中，在正相位下施加到鋁表面的平均電流密度在0.00A/dm2和0.05A/dm2之間。4、如權利要求l、2或3所述的工藝，其中，在負相位下施加的平均電流密度在0.08A/dm2和0.4A/dm2之間。5、如權利要求1至權利要求4中的任意一項所述的工藝，其中，使用的脈沖的頻率在5Hz和50Hz之間。6、如權利要求5所述的工藝，其中，頻率在10Hz和40Hz之間。7、如權利要求6所述的工藝，其中，頻率在15Hz和30Hz之間。8、如權利要求7所述的工藝，其中，頻率為20Hz。9、如前述權利要求中的任意一項所述的工藝，其中，正相位和負相位之間的計算為。/。FF的關系為在50%以上。10、如4又利要求9所述的工藝，其中，正相位和負相位之間的計算為。/oFF的關系為60%以上。11、如權利要求10所述的工藝，其中，正相位和負相位之間的計算為%FF的關系在80%和100%之間。12、如權利要求11所述的工藝，其中，正相位和負相位之間的計算為%FF的關系為80%。13、如權利要求l、2或3所述的工藝，其中，電解浴包含酸的水溶液，所述酸的水溶液包含從由硫酸銅、醋酸銅和磷酸銅組成的組中選擇的銅鹽。14、如權利要求13所述的工藝，其中，銅鹽以lg/1至100g/l的濃度存在，優(yōu)選地，濃度為5g/l至75g/l，更優(yōu)選地，濃度為10g/l至50g/l,更優(yōu)選地，濃度為15g/l至25g/1,具體地說，濃度為20g/l。15、如前述權利要求中的任意一項所述的工藝，其中，電解浴包含濃度為0.5g/l至25g/l的硫酸，優(yōu)選地，濃度為lg/1至20g/l，更優(yōu)選地，濃度為2g/l至10g/1,最優(yōu)選地，濃度為3g/l至7g/1,具體地-說，濃度為5g/l。16、如權利要求1至權利要求15中的任意一項所述的工藝，其中，電解浴還包含濃度為0g/l至50g/l的硫酸鎂或硫酸鋁，優(yōu)選地，濃度為20g/1。17、一種具有銅涂層的鋁制品，所述鋁制品通過如前述權利要求中的任意一項所述的工藝獲得。18、如權利要求17所述的鋁制品，其中，所述制品包括具有銅外觀的鋁炊具。全文摘要本發(fā)明涉及一種為鋁制品提供銅涂層的工藝，所述工藝包括以下步驟第一步，將所述鋁制品陽極化以在其表面上生成陽極氧化物層；第二步，在包含銅鹽的電解浴中，通過使陽極化鋁表面經受由具有正相位和負相位的非對稱電壓控制交流方塊電流來使鋁表面著色，從而形成金屬銅著色涂層。本發(fā)明還涉及通過所述工藝獲得的設置有銅涂層的鋁制品。文檔編號A47J36/02GK101563484SQ200680056463公開日2009年10月21日申請日期2006年11月23日優(yōu)先權日2006年11月23日發(fā)明者亨德里克·阿道夫·施魯?shù)聽柹暾埲?阿諾克斯有限公司