Pourquoi sont 1060 et 3003 alliages souvent utilisés dans les disques en aluminium pour ustensiles de cuisine? Quelles sont les différences de propriétés matérielles entre les différentes pièces?

HW-A. Introduction: Le rôle essentiel des disques en aluminium pour les ustensiles de cuisine

des alliages de disques d'aluminium pour ustensiles de cuisine servent de matériau de base pour des ustensiles de cuisine formés par emboutissage (woks, marmites, poêles à frire, etc.). Leur sélection d'alliage détermine directement l'uniformité de la conductivité thermique, difficulté de formation, durée de vie, et performances de sécurité des ustensiles de cuisine. Actuellement, 1060 (Série 1 aluminium pur) et 3003 (Série 3 alliage aluminium-manganèse) compte pour plus 90% de la part de marché comme options principales pour ce matériau. En plus, la différence matérielle entre les fonds de casseroles et les corps est une conception raffinée basée sur le principe de “adaptation des zones fonctionnelles,” qui forment ensemble le système technique de matériaux de base en aluminium pour ustensiles de cuisine.

HW-B. Principales raisons de choisir 1060 et 3003 Alliages pour ustensiles de cuisine Disques en aluminium

Les propriétés de 1060 et 3003 les alliages sont hautement compatibles avec les exigences de fabrication des ustensiles de cuisine, et ils offrent un meilleur équilibre de “processus performance-coût” par rapport à d'autres alliages d'aluminium (par ex., 5052, 6061). Les raisons spécifiques peuvent être analysées sous trois aspects:

(UN) Propriétés inhérentes à l'alliage: S'aligner sur les exigences de base en matière d'ustensiles de cuisine

(B) Compatibilité du matériau du disque en aluminium avec les processus de fabrication des ustensiles de cuisine

1. Compatibilité des processus de formage:

• • Comme matériau pour ces disques de batterie de cuisine, 1060l'allongement élevé (δ10≥30 %) permet “formage par étirement unique,” adapté aux surfaces courbes complexes des corps de pots (par ex., un wok de 32 cm de diamètre a une hauteur de paroi extensible >8cm). En outre, il ne présente aucun retour élastique évident après sa formation, avec une précision dimensionnelle jusqu'à ±0,1 mm;

• • Pour 3003, sa résistance et sa ductilité équilibrées (δ10≥20 %) le rendent idéal pour le “estampage épaississement” processus de fond de pot (par ex., estamper un disque en aluminium de 2 mm dans un fond de pot de 3 mm pour améliorer la capacité de charge). Notamment, il maintient la stabilité de la forme sans recuit après l'estampage, contrairement à 1060, ce qui nécessite un recuit à 300℃ pendant 1h pour éliminer les contraintes internes après étirement.

2. Adaptabilité post-traitement:

• • Le film d'oxyde (Al₂O₃) la surface des disques de batterie de cuisine à base de 1060 est uniforme et facile à colorer, ce qui le rend adapté aux corps de pots colorés anodisés (par ex., noir mat, champagne or) avec une épaisseur de film de 10-15μm (comme requis par GB/T 8013.1);

• • Pour les disques de batterie de cuisine basés sur 3003, leur surface est facile à souder ou à composer avec d'autres matériaux (par ex., couche magnétique en acier inoxydable, couche thermique en cuivre). De plus, la résistance à la corrosion au niveau des joints soudés ne diminue pas de manière significative, répondant aux exigences de compatibilité des cuisinières à induction de “composite aluminium-acier” fonds de casseroles.

(C) Logique pour exclure d'autres alliages des applications de disques d'ustensiles de cuisine

Pourquoi les alliages ressemblent-ils 5052 (Série 5 Alliage Al-Mg) et 6061 (Série 6 Alliage Al-Mg-Si) non choisi pour ce matériau de batterie de cuisine? Le noyau réside dans “excédent de performance” ou “inadéquation fonctionnelle”:

• 5052: Sa résistance à la traction (σb=230MPa) est bien supérieur à celui de 1060/3003, mais son faible allongement (δ10≤25 %) provoque des fissures lors de l'étirement, le rendant incapable de former des corps de pot complexes. En plus, sa haute teneur en magnésium (2.2-2.8%) conduit à une précipitation de Mg₂Si à ​​des températures >180℃, entraînant une conductivité thermique inégale;

• 6061: Il a une dureté élevée (HB≥95) mais faible conductivité thermique (λ = 160 W/(m·K)), seulement 69.6% de celui de 1060, provoquant facilement “points chauds locaux” pendant la cuisson (par ex., surchauffe au centre du fond de la casserole et basse température sur les bords). De plus, sa mauvaise ductilité après durcissement par vieillissement le rend impropre à l'emboutissage;

• 1100 (Série 1 aluminium pur): Sa pureté (Al≥99,0 %) est inférieur à 1060, et sa conductivité thermique (λ = 223 W/(m·K)) est légèrement inférieur. Sa résistance à la corrosion (de la rouille blanche apparaît après 300h de test au brouillard salin) est inférieur à 3003, il n'est donc utilisé que dans les ustensiles de cuisine bas de gamme (par ex., pots jetables en aluminium) et ne peut pas servir de matériau de disque en aluminium pour batterie de cuisine grand public.

HW-C. Différences matérielles entre les différentes pièces d'ustensiles de cuisine: Application de la zone fonctionnelle des disques en aluminium pour ustensiles de cuisine

Les fonds de casseroles et les corps sont confrontés à des conditions de travail très différentes (température, stresser, environnement corrosif), il y a donc des différences évidentes dans la sélection, conception d'épaisseur, et traitement du matériau du disque en aluminium pour ustensiles de cuisine. Les comparaisons spécifiques sont les suivantes:

(UN) Différence fondamentale: Les exigences fonctionnelles déterminent la sélection des matériaux pour les disques d'ustensiles de cuisine

(B) Détails du matériau: Amélioration de l'épaisseur et du processus des disques en aluminium pour ustensiles de cuisine

1. Conception des matériaux du fond du pot:

• • Matériau de base: 3003-à base de disques de batterie de cuisine d'une épaisseur de 2-3 mm (50-100% plus épais que le corps du pot). Raisons: ① L'épaississement réduit la densité du flux thermique (Q = λ×ΔT/δ; l'augmentation de δ diminue le gradient de température local), éviter “brûlant”; ② Améliore la rigidité pour éviter la déformation à haute température (par ex., déformation du fond du pot);

• • Amélioration composite: Les ustensiles de cuisine de milieu à haut de gamme adoptent une structure composite de “3003-disques de batterie de cuisine à base + couche magnétique” (par ex., “3003 (2mm) + 430 acier inoxydable (0.5mm)”) pour résoudre le problème non magnétique de l'aluminium pur (incompatible avec les plaques à induction). La couche d'acier inoxydable améliore la résistance à l'usure (430 l'acier inoxydable a une dureté de HB≥170, deux fois celui de 3003);

• • Traitement de surface: Les fonds de pots sont généralement sablés (Ra = 1,6-3,2 μm) pour augmenter la friction avec les poêles (empêcher le glissement) et évitez le pelage du revêtement antiadhésif à haute température (les revêtements antiadhésifs ont tendance à se décomposer lorsque la température du fond de la casserole dépasse 260 ℃).

2. Conception matérielle du corps du pot:

• • Matériau de base: 1060-disques de batterie de cuisine à base d'une épaisseur de 1 à 1,5 mm. Avantages: ① Léger (15-20% plus léger que 3003 pour un corps de pot de même taille), offrant une sensation de main plus confortable; ② Supports à haute ductilité “emboutissage profond” (par ex., profondeur de la marmite >15cm) sans rides après formation;

• • Traitement de surface: L'oxydation anodique est le processus principal (70% taux d'application) avec une épaisseur de film d'oxyde de 8 à 12 μm, mettant en vedette: ① Résistance aux rayures (HB≥3H, résiste aux légères rayures des spatules de wok); ② Résistance aux taches (pores superficiels fermés, prévenir les résidus d'huile). Par exemple, certains ustensiles de cuisine haut de gamme utilisent des revêtements en céramique (basé sur des disques de batterie de cuisine basés sur 1060) avec une épaisseur de 20-30μm pour améliorer la résistance aux hautes températures (résister à une combustion sèche à court terme à 400 ℃);

• • Adaptation structurelle: La zone de connexion entre le corps du pot et le fond (par ex., “col de pot”) adopte “1060-basé + épissage de disque d'ustensile de cuisine local basé sur 3003.” La raison en est que la zone de connexion doit résister à la chaleur et aux contraintes provenant du fond du pot., et la force de 3003 empêche les fissures (Le soudage TIG est utilisé pour l'épissage, avec résistance à la traction de la soudure ≥100MPa).

(C) Cas pratiques: Application des disques en aluminium pour ustensiles de cuisine par les marques grand public

1. Supposer “Point chaud rouge” Wok:

• • Fond de casserole: 3003-disques de batterie de cuisine à base (2.5mm d'épaisseur) + 430 couche magnétique en acier inoxydable (0.4mm d'épaisseur). Le processus composite est “laminage à chaud” (force de stratification ≥50N/cm), résoudre les problèmes de compatibilité des cuisinières à induction et de déformation à haute température;

• • Je peux porter un body: 1060-disques de batterie de cuisine à base (1.2mm d'épaisseur) avec “oxydation anodique + revêtement nano-céramique” sur la surface. Son allongement atteint 32%, permettre “formage par étirement d'une seule pièce” (mur de pot sans soudure).

2. DOUBLE “Mouvement” Marmite:

• • Fond de casserole: 3003-disques de batterie de cuisine à base (3mm d'épaisseur) + noyau de cuivre pur (0.8mm d'épaisseur, λ=401W/(m·K)). Le noyau en cuivre améliore la conductivité thermique (deux fois celui du pur 3003 fonds de casseroles), convient pour faire bouillir rapidement des soupes;

• • Je peux porter un body: 1060-disques de batterie de cuisine à base (1.5mm d'épaisseur) avec “oxydation anodique brossée” sur la surface (Ra = 0,8 μm), amélioration de la texture de l'apparence et de la résistance aux empreintes digitales.

HW-D. Tendances de l'industrie: Mise à niveau des disques en aluminium des ustensiles de cuisine et expansion des applications des matériaux composites

Avec le raffinement des exigences fonctionnelles des ustensiles de cuisine (par ex., cuisine à faible teneur en sucre, compatibilité induction, conception légère), l'application de disques en aluminium pour ustensiles de cuisine (basé sur 1060 et 3003) est également en train de mettre à niveau, avec les principales orientations dont:

1. Optimisation de la composition des alliages:

• • “Impureté ultra faible” version de disques de batterie de cuisine basés sur 1060 (Fe≤0,15 %, Si≤0,10 %) avec une conductivité thermique augmentée à 235W/(m·K), convient aux ustensiles de cuisine de précision haut de gamme (par ex., pots de nourriture pour bébé);

• • “Micro-allié” 3003-disques de batterie de cuisine à base (ajout 0.1-0.2% Zr) avec une résistance à haute température (σb≥80MPa à 300℃) 15% plus élevé que d'habitude 3003, convient aux woks utilisés pour une cuisson prolongée à flamme nue.

2. Structure composite multicouche:

• • Structure à quatre couches: “1060-disques de batterie de cuisine à base (je peux corps) + 3003-disques de batterie de cuisine à base (couche de transition) + 430 acier inoxydable (fond extérieur du pot) + noyau de cuivre (centre).” Il équilibre la conductivité thermique, résistance à la corrosion, magnétisme, et l'apparence, et a été appliqué dans des ustensiles de cuisine haut de gamme à un prix supérieur à 10,000 yuan.

3. Adaptation des processus écologiques:

• • Les deux 1060 et les disques d'ustensiles de cuisine basés sur 3003 sont conformes à la directive RoHS de l'UE 2.0 et aux États-Unis. Normes FDA relatives au contact alimentaire (FDA 21 CFR 175.300), et peut être 100% recyclé (la performance de l'aluminium recyclé est seulement 5-8% inférieur à l'aluminium primaire), s'aligner sur le “batterie de cuisine verte” s'orienter.

HW-E. Conclusion

La sélection de 1060 et 3003 pour ustensiles de cuisine disques en aluminium est essentiellement un équilibre de “propriétés de l'alliage – exigences en matière d'ustensiles de cuisine – coût du processus”: 1060-les disques à base d'eau s'adaptent aux exigences de formation et d'apparence des corps de pots avec une ductilité élevée et une conductivité thermique uniforme, tandis que les disques à base de 3003 s'adaptent aux conditions de température et de contrainte élevées des fonds de casseroles avec une résistance élevée et une résistance à la corrosion.. Par contre, la différence matérielle entre les fonds et les corps des casseroles est une application raffinée de ces disques de batterie de cuisine basés sur “zonage fonctionnel.” Grâce à la sélection des alliages, réglage de l'épaisseur, et amélioration composite, la performance globale optimale des ustensiles de cuisine est obtenue. À l'avenir, avec l’avancement des matériaux composites et l’optimisation des alliages, 1060 et 3003 restera le choix d'alliage de base pour les disques en aluminium des ustensiles de cuisine, tandis que des solutions plus améliorées s'adaptant à des scénarios segmentés émergeront.