WO2001051678A1 - Ustensiles culinaires fabriques d'un seul alliage d'aluminium - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
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- A47J36/00—Parts, details or accessories of cooking-vessels
- A47J36/02—Selection of specific materials, e.g. heavy bottoms with copper inlay or with insulating inlay
Definitions
- the present invention relates to the use of a single aluminum alloy for producing cooking utensils with non-stick interior finish and enameled or non-stick exterior finish.
- the implementation of cookware made of aluminum alloy and having a non-stick coating uses two distinct technologies: one consists in mechanically fixing the polytetrafluoroethylene (PTFE) film, the other consists in chemically adhere to the support.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- the use of one or the other technique thus makes it possible to decorate the outside of the article in a different way (enamel, lacquer, PTFE, etc.)
- the choice of technology used determines the choice of aluminum alloy used.
- the present invention relates to two of these types of finish, enamel and non-stick, which are deposited on the surface of the aluminum substrate, which constitutes the container itself, according to two different production methods which require this two shades of aluminum alloys are also different.
- the stamped aluminum disc is first stamped, then the surface of the stamped cap is degreased, on which a layer of enameling composition which is vitrified by cooking.
- the adhesion of the enamel layer to the aluminum substrate is largely conditioned by the structure and chemical composition of the aluminum. If the interior surface of the cooking utensil must receive a non-stick coating, it is therefore applied after enameling, without chemical attack, but on the surface sanded with corundum with a primer. Enamelling is carried out at temperatures of the order of 550 ° C. to 560 ° C. which would degrade the PTFE.
- the addition of silicon in its composition makes it possible to obtain good rigidity in the annealed state without having the disadvantage of magnesium which is there in very small quantity and which is unfavorable for the behavior in service and in aging of the enamel layer; the adhesion thereof is also favored by the presence of iron and nickel; addition of nickel further improves heat resistance and addition additional manganese also increases mechanical characteristics.
- this grade 4007 has never been used for more than twenty years, however. was developed: in fact on the one hand the performance gain obtained compared to the 4006 alloy did not justify the significant difference in marketing price that P ⁇ CHINEY had set at the time, and on the other hand this gain was obtained especially with a nickel content of 0.76% to 0.80%, therefore quite high and posing problems of industrial implementation. It is therefore the Applicant Company who broke this inoperative situation by finding that this alloy made it possible to produce, under good conditions, not only enameled containers for which it had been developed, but also, and above all, double containers. non-stick side made by chemical attack; while the known alloys like those mentioned above, even when they are enamelled and capable of receiving a non-stick coating of PTFE type, but then after mechanical attack, were considered as not being compatible with a chemical attack process.
- compositions with specific percentages of components chosen within the ranges of base defining this 4007 alloy according to the ALUMINUM ASSOCIATION standard, one obtains: on the one hand improved final mechanical characteristics, and in particular good resistance to deformation of the bottoms;
- the present invention thus makes it possible to respond to the problem of limiting the number of grades of alloys necessary and therefore of stocks of aluminum discs before treatment (a single grade of alloy replacing two even makes it possible to reduce the number of references of discs by four), and to increase the final anti-deformation performance of the bottoms while allowing good deformability during the stamping phases for the shaping of these bottoms.
- the solution to this double problem is according to the invention at the same time: a method for allowing the attachment, on a surface of an aluminum substrate, either of a non-stick coating, or of a layer of enamel , which surface having previously undergone respectively, a chemical attack for the non-stick coating, or a degreasing for the enamel layer, such as in the two cases, that is to say for these two types of coating, a single aluminum alloy of the family 4000 is used as substrate; the use of aluminum alloy 4007, known for producing articles for culinary use of which at least the outer surface is covered with a enamel layer deposited after degreasing of said surface, such that the same alloy is used to produce articles for culinary use, the interior and exterior surfaces of which are covered with a non-stick coating deposited after chemical treatment of said surfaces; a process for manufacturing a non-stick double-sided aluminum alloy article for culinary use, comprising a step of prior treatment by chemical attack on the surfaces intended to receive the non-stick coating, a process in which an alloy is used aluminum of the family 4
- composition according to the invention can only respect certain above contents such as Mn and Si on the one hand, and / or Cr, Fe and Ni, on the other hand, the rest of the contents then respecting only the basic forks of alloy 4007.
- the subject of the present invention is therefore, in particular, the use of alloy 4007 with targeted composition, such as that defined above, for the implementation of two methods which make it possible to manufacture the following culinary articles: articles with an inner layer of non-stick coating deposited on a sanded surface and an outer enamel layer deposited on a degreased surface; articles with an inner layer and an outer layer of non-stick coating deposited on the surface with relief obtained by acid chemical attack.
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Abstract
Procédé pour permettre l'accrochage, sur une surface d'un substrat en aluminium, soit d'un revêtement anti-adhésif, soit d'une couche d'émail, laquelle surface ayant subi préalablement respectivement, soit une attaque chimique pour le revêtement anti-adhésif, soit un dégraissage pour la couche d'émail, tel que dans les deux cas on utilise comme substrat un seul alliage d'aluminium de la famille 4000.
Description
USTENSILES CULINAIRES FABRIQUES D'UN SEUL ALLIAGE D'ALUMINIUM
La présente invention a pour objet l'utilisation d'un seul alliage d'aluminium pour réaliser des ustensiles culinaires de finition intérieure antiadhérente et de finition extérieure émaillée ou antiadhérente. Les mises en œuvre d' articles de cuisson réalisés en alliage d' aluminium et comportant un revêtement anti-adhésif font appel à deux technologies distinctes : l'une consiste à fixer mécaniquement le film de polytétrafluoréthylène (PTFE) , l'autre consiste à le faire adhérer chimiquement au support. L'emploi de l'une ou l'autre technique permet ainsi de décorer de façon différente l'extérieur de l'article (émail, laque, PTFE, etc... )
Le choix de la technologie employée détermine le choix de l'alliage d'aluminium employé.
La présente invention concerne deux de ces types de finition que sont l'émail et l' anti-adhésif et qui sont déposés sur la surface du substrat en aluminium, qui constitue le récipient proprement dit, suivant deux procédés de réalisation différents qui nécessitent à ce jour deux nuances d'alliages d'aluminium également différentes.
En effet, pour qu'un revêtement adhésif à base de PTFE adhère à la surface de l'aluminium, celle-ci fait l'objet préférentiellement , et simultanément quand les deux surfaces interne et externe du récipient sont concernées, d'une attaque acide qui permet de créer des microcavités favorisant l'adhérence du revêtement de PTFE. La forme souhaitée de ces microcavités est largement conditionnée par les traitements métallurgiques subis précédemment par l'aluminium. Un
tel procédé est utilisé depuis plus de quarante ans pour traiter les disques en aluminium prédécoupés, essentiellement pour les récipients à double face antiadhérente, et avant leur emboutissage, permettant d'obtenir la forme définitive du récipient souhaité ; de nombreuses demandes de brève- ont été déposées sur le sujet en particulier par la Demanderesse.
Lorsque l'on souhaite réaliser des ustensiles en aluminium décorés extérieurement par émaillage, il existe également un procédé ce traitement permettant de déposer un revêtement anti-adhésif sans attaque chimique, en utilisant alors un sablage préalable comme celui indiqué ci-après en combinaison avec un revêtement émaillable, mais le revêtement anti-adhésif de type PTFE ne peut être déposé alors qu'après emboutissage de l'aluminium, et émaillage de la face à décorer car la température de cuisson de l'émail est supérieure à la température du frittage du PTFE. Il nécessite l'emploi d'une couche primaire d'accrochage après sablage de la surface : ce procédé qui est donc plus onéreux est peu utilisé pour les récipients à double face antiadhérentes .
Pour réaliser un ustensile culinaire avec une finition extérieure émaillée, on emboutit donc d'abord le disque d'aluminium prédécoupé, puis on dégraisse la surface de la calotte emboutie sur laquelle est appliquée ensuite sur l'extérieur, par voie liquide, une couche de composition d'émaillage qui est vitrifiée par cuisson. L'adhérence de la couche d'émail sur le substrat d'aluminium est largement conditionnée par la structure et la composition chimique de l'aluminium. Si la surface intérieure de l'ustensile culinaire doit recevoir un revêtement anti-adhésif, celui-ci est donc appliqué après l' émaillage, sans attaque chimique, mais sur surface sablée au corindon avec un primaire d'accrochage. En effet, l' émaillage est réalisé à des
températures de l'ordre de 550°C à 560°C qui dégraderaient le PTFE.
Compte tenu que ces deux méthodes de fabrication connues, l'une pour des récipients à double face anti- adhérentes et l'autre pour ceux à finition extérieure émaillée, comportent, d'une part, des phases de traitement très différentes et, d'autre part, des phases communes mais alors inversées, on utilise pour chacun à ce jour des alliages distincts dont les caractéristiques mécaniques, qui évoluent suivant les étapes des procédés, doivent permettre d'obtenir en final de bonnes qualités, en particulier d' anti-déformabilité : ainsi pour des récipients d'articles culinaires émaillés, traités après emboutissage, on utilise par exemple couramment les nuances d'alliages d'aluminium séries 3000 et 4000, en particulier les alliages du type 3003 et 4006 dont les performances mécaniques assez élevées permettent de compenser les effets successifs des deux traitements thermiques nécessaires à la cuisson spécifique et successive des deux revêtements, émail puis PTFE.
Il était largement répandu que de tels alliages dits "pour émaillage" n'étaient pas compatibles avec une préparation de surface par attaque chimique, et notamment par l'effet d'un acide ; en effet, en raison de leur structure intrinsèque liée à leur composition chimique, et en particulier à la nature des composés inter-métalliques, on considérait qu'un tel traitement ne permettait pas d'obtenir le relief nécessaire à l'accrochage d'un revêtement anti-adhésif du type PTFE. Ainsi, pour les récipients à double surface (extérieure et intérieure) anti-adhérente, traités avant emboutissage, on utilise par exemple les nuances séries 1000 (1050-1200) ou 5000 (5005-5050). Les références de nuances mentionnées ci-dessus sont parfaitement définies par L'ALUMINIUM ASSOCIATION
(et dans la norme européenne NF. EN.573-3) et ne sont donc pas décrites précisément dans la présente invention, comme du reste les deux procédés évoqués ci- dessus et qui ont fait l'objet de nombreuses publications.
Les fabricants d'ustensiles culinaires, dont les finitions extérieures décrites ci-dessus peuvent être soit émaillées, soit anti-adhérentes, doivent donc disposer de plusieurs nuances d'alliages d'aluminium suivant la finition voulue, ce qui démultiplie leurs stocks initiaux de disques prédécoupés.
Aussi, depuis de nombreuses années ces fabricants cherchent à développer un nouvel alliage qui aurait toutes les caractéristiques nécessaires et satisfaisant au moins aux deux procédés ci-dessus : de nombreux essais ont pu être ainsi effectués sans résultats probants, jusqu'à ce que la Demanderesse constate qu'un alliage pourtant déjà connu, de nuance 4007, réponde d'une façon surprenante à ces critères. Cet alliage est parfaitement décrit dans l'article de Juin 1980 de LA REVUE DE L'ALUMINIUM, pages 289 à 292, et avait été développé par la société ALUMINIUM PECHINEY pour répondre à des demandes de réalisation de récipients émaillés ayant une résistance mécanique élevée à la déformation, même après traitement à haute température nécessité par l' émaillage : cet alliage devant également être soudable et assurer une meilleure tenue en service de l'émail. Pour cela et en particulier, l'addition de silicium dans sa composition permet d'obtenir une bonne rigidité à l'état recuit sans avoir l'inconvénient du magnésium qui y est en quantité très faible et qui est défavorable pour la tenue en service et en vieillissement de la couche d'émail ; l'adhérence de celle-ci est également favorisée par la présence de fer et de nickel ; l'addition de nickel améliore de plus la résistance à chaud et l'addition
supplémentaire de manganèse augmente également les caractéristiques mécaniques.
Malgré les caractéristiques de cet alliage d'aluminium de nuance 4007 a priori plus intéressantes que celles des alliages de nuances 3003 ou 4006 évoqués précédemment pour l' émaillage, cette nuance 4007 n'a cependant jamais été exploitée depuis plus de vingt ans qu'elle a été mise au point : en effet d'une part le gain de performances obtenu par rapport à l'alliage 4006 ne justifiait pas l'écart de prix de commercialisation important qu'avait fixé PΞCHINEY à l'époque, et d'autre part ce gain était obtenu surtout avec une teneur en nickel de 0,76% à 0,80%, donc assez élevée et posant des problèmes de mise en œuvre industrielle. C'est donc la Demanderesse qui a rompu cette situation d' inutilisation en trouvant que cet alliage permettait de réaliser dans de bonnes conditions non seulement des récipients émaillés pour lesquels il avait été mis au point, mais également, et surtout, des récipients à double face anti-adhérentes réalisées par attaque chimique ; alors que les alliages connus comme ceux cités précédemment, même quand ils sont emaillables et aptes à recevoir un revêtement anti-adhérent de type PTFE, mais alors après attaque mécanique, étaient considérés comme n'étant pas compatibles avec un procédé d'attaque chimique.
Or la Demanderesse a vaincu ce préjugé et constaté de façon surprenante et inattendue qu'en particulier l'alliage 4007 décrit ci-dessus et développé pour la fabrication de récipients émaillés, était également, et contrairement aux connaissances de l'homme du métier, tout à fait compatible pour la fabrication d'un article culinaire à double face anti-adhérente préparé par attaque chimique.
De plus, en sélectionnant certaines compositions particulières avec des pourcentages spécifiques de composants, choisis à l'intérieur des fourchettes de
base définissant cet alliage 4007 suivant la norme de L'ALUMINIUM ASSOCIATION, on obtient : d'une part des caractéristiques mécaniques finales améliorées, et notamment une bonne résistance à la déformation des fonds ;
- d'autre part, une adaptation satisfaisante aux deux méthodes de fabrication décrits précédemment.
En particulier on relève une facilité de conformation par emboutissage à l'état recuit, la possibilité de « tremper » lors du cycle d'émaillage, de bonnes caractéristiques mécaniques et une bonne configuration des microcavités après attaque chimique.
La présente invention permet ainsi de répondre au problème de limiter le nombre de nuances d'alliages nécessaires et donc de stocks de disques d'aluminium avant traitement (une seule nuance d'alliage en remplacement de deux permet même de réduire le nombre des références de disques par quatre), et d'augmenter les performances anti-déformation finales des fonds tout en permettant une bonne déformabilité lors des phases d'emboutissage pour la mise en forme de ces fonds.
La solution à ce double problème est selon l'invention à la fois : un procédé pour permettre l'accrochage, sur une surface d'un substrat en aluminium, soit d'un revêtement anti-adhésif, soit d'une couche d'émail, laquelle surface ayant subi préalablement respectivement, soit une attaque chimique pour le revêtement anti-adhésif, soit un dégraissage pour la couche d'émail, tel que dans les deux cas, c'est-à-dire pour ces deux types de revêtement, on utilise comme substrat un seul alliage d'aluminium de la famille 4000 ; l'utilisation de l'alliage d'aluminium 4007, connu pour réaliser des articles à usage culinaire dont au moins la surface extérieure est recouverte d'une
couche d'émail déposée après dégraissage de ladite surface, telle qu'on utilise le même alliage pour réaliser des articles à usage culinaire dont les surfaces intérieure et extérieure sont recouvertes d'un revêtement anti-adhésif déposé après traitement chimique des dites surfaces ; un procédé de fabrication d'un article à usage culinaire en alliage d'aluminium à double face anti-adhérente, comprenant une étape de traitement préalable par attaque chimique des surfaces destinées à recevoir le revêtement anti-adhésif, procédé dans lequel on utilise un alliage d'aluminium de la famille 4000 et, de préférence, l'alliage d'aluminium de nuance 4007 ; le choix particulier d'une composition d'alliage de nuance 4007 pour réaliser des récipients à usage culinaire dont au moins une surface est recouverte d'un revêtement anti-adhésif et l'autre surface est recouverte soit d'un revêtement anti-adhésif, soit d'une couche d' émail et qui est préférentiellement suivant les procédés et/ou l'utilisation définis précédemment, telle qu'elle comprend (les teneurs ci-dessous étant indiquées en pourcentage de poids de l'alliage) :
- Manganèse Mn 1,2 à 1,5
- Silicium Si 1,35 à 1,7 (Ces deux composants permettent d'obtenir de bonnes caractéristiques mécaniques)
- Fer Fe 0,4 à 0,6
- Chrome Cr 0, 05 à 0, 10
- Nickel Ni 0,15 à 0,25 (Ces trois derniers composants avec les précédents, permettent de favoriser à la fois, dans un procédé, l' émaillage et, dans l'autre procédé, l'attaque chimique)
- Cuivre Cu 0,03 maxi - Zinc Zn 0,03 maxi
- Titane Ti 0, 03 maxi
- Magnésium Mg 0,01 maxi
Suivant le cas la composition selon l'invention ne peut respecter que certaines teneurs ci-dessus telles que le Mn et Si d'une part, et/ou le Cr, Fe et Ni, d'autre part, le reste des teneurs respectant alors seulement les fourchettes de base de l'alliage 4007.
La présente invention a ainsi pour objet, en particulier, l'utilisation de l'alliage 4007 avec composition ciblée, telle que celle définie ci-dessus, pour la mise en œuvre de deux procédés qui permettent de fabriquer les articles culinaires suivants : articles avec une couche intérieure de revêtement anti-adhésif déposé sur surface sablée et une couche extérieure émail déposée sur surface dégraissée ; articles avec une couche intérieure et une couche extérieure de revêtement anti-adhésif déposé sur surface avec relief obtenu par attaque chimique acide.
Claims
1. Procédé pour permettre l'accrochage, sur une surface d'un substrat en aluminium, soit d'un revêtement anti-adhésif, soit d'une couche d'émail, laquelle surface ayant subi préalablement respectivement, soit une attaque chimique pour le revêtement anti-adhésif, soit un dégraissage pour la couche d'émail, caractérisé en ce que pour ces deux types de revêtement on utilise comme substrat un seul alliage d'aluminium de la famille 4000.
2. Utilisation de l'alliage d'aluminium 4007 pour réaliser des articles à usage culinaire dont au moins la surface extérieure est recouverte d'une couche d'émail déposée après dégraissage de ladite surface, caractérisée en ce qu'on utilise le même alliage pour réaliser des articles à usage culinaire dont les surfaces intérieure et extérieure sont recouvertes d'un revêtement anti-adhésif déposé après traitement chimique des dites surfaces.
3. Alliage d'aluminium de nuance 4007 pour réaliser des récipients à usage culinaire dont au moins une surface est recouverte d'un revêtement anti-adhésif et l'autre, soit d'un revêtement anti-adhésif, soit d'une couche d'émail, caractérisé en ce que sa teneur en manganèse Mn est de 1,2 à 1,5% en poids, et en silicium Si de 1,35 à 1,7% en poids.
4. Alliage d'aluminium selon la revendication 3, caractérisé en ce que sa composition, en poids, comprend 0,4 à 0,6% de fer Fe, 0,05 à 0,10% de chrome Cr, et de 0,15 à 0,25% de nickel Ni.
5. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que sa teneur en poids de cuivre Cu, de zinc Zn et de titane Ti est de 0,03% maximum chacun, et en magnésium Mg de 0,01% maximum.
6. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il est utilisé suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2.
7. Procédé de fabrication d'un article à usage culinaire en alliage d'aluminium à double face antiadhérente, comprenant une étape de traitement préalable par attaque chimique des surfaces destinées à recevoir le revêtement anti-adhésif, caractérisé en ce que l'on utilise un alliage d'aluminium de la famille 4000.
8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on utilise l'alliage d'aluminium de nuance 4007.
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Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2001231869A1 (fr) |
| FR (1) | FR2803602B1 (fr) |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH509412A (de) * | 1967-01-23 | 1971-06-30 | Olin Mathieson | Hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis und Verfahren zur Herstellung der Legierung |
| DE2529064A1 (de) * | 1975-06-30 | 1977-01-13 | Vdm Aluminium Gmbh | Verwendung einer aluminiumlegierung |
| FR2411244A1 (fr) * | 1977-12-08 | 1979-07-06 | Metallgesellschaft Ag | Procede pour la fabrication de demi-produits en un alliage al-mn presentant des proprietes mecaniques ameliorees et produits obtenus |
| EP0004519A2 (fr) * | 1978-03-20 | 1979-10-03 | Cegedur Societe De Transformation De L'aluminium Pechiney | Alliage d'aluminium et ses applications |
-
2000
- 2000-01-11 FR FR0000296A patent/FR2803602B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-01-10 AU AU2001231869A patent/AU2001231869A1/en not_active Abandoned
- 2001-01-10 WO PCT/FR2001/000070 patent/WO2001051678A1/fr active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH509412A (de) * | 1967-01-23 | 1971-06-30 | Olin Mathieson | Hochfeste Legierung auf Aluminiumbasis und Verfahren zur Herstellung der Legierung |
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Also Published As
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| FR2803602A1 (fr) | 2001-07-13 |
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