1、第一節(jié) 食品機械對材料的一般要求對食品物料接觸的部分要求：食品必須無害，不污染食品；不受或少受物料介質(zhì)的破壞，以延長使用壽命。一、機械性能食品機械一般屬于輕型機械大多數(shù)零部件受力較小。從疲勞強度來要求機件的性能、耐磨強度大、硬度高的要求、較高的抗扭強度、耐高溫和耐低溫的機械性能。二、物理性能 食品機械的性能常常和材料的物理性能有關(guān)。與材料的相對密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、軟化溫度、線膨脹系數(shù)、熱幅射波譜、磁性、表面摩擦特性、抗粘著性等。在不同的使用場合，要求材料有不同的物理性能。如傳熱裝置要求有高的導(dǎo)熱系數(shù)，食品的成型裝置則要求有好的抗粘著性，以便脫模。三、耐腐蝕性能食品機械接觸的食品物料帶有酸性

2、或弱堿性，有些本身就是酸或堿，例如：醋酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、乳酸、酪酸、脂肪酸、鹽酸、純堿、小蘇打等等。這些物料對許多金屬材料都有腐蝕作用。普通食鹽、非酸、非堿，對許多金屬也有腐蝕作用。微生物生長繁殖時會產(chǎn)生帶有腐蝕性的代謝物等。四、制造工藝性 材料的制造工藝性能至關(guān)重要否則設(shè)計出來的零件有可能難以加工，甚至無法加工。如焊接件的材料要有好的可焊性和切削性能，要求表面硬度高的零件要有好的熱處理性能，要求表面涂裝的零件要有好的附著性能。第二節(jié) 食品機械設(shè)備中的腐蝕現(xiàn)象與防止方法一、均勻腐蝕與防止措施這類腐蝕在食品機械中是最常見的形式。其特征為金屬部件整個暴露表面或大面積上均勻地發(fā)生化學(xué)或電化

3、學(xué)反應(yīng)，以相近的速度腐蝕，金屬宏觀地變薄。例如在間接式制冷設(shè)備中，金屬材料受到濃鹽水的腐蝕；各種果汁、果茶和果醬加工設(shè)備受到酸的溶解；裸露在大氣中的金屬材料在空氣中的氧化等都屬于這種腐蝕。為了防止這類腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生在設(shè)計、制造和使用食品機械設(shè)備時可采取如下措施:1.選用耐蝕性能好的金屬材料或非金屬材料作為零部件的基材；2.采用耐用耐蝕金屬或非金屬覆蓋層保護，可視其材料性質(zhì)和工藝條件采取電鍍、熱噴涂等工藝；3.采取表面合金化措施，根據(jù)零部件的工作條件選用滲鋁、滲鉻、滲鋅或多元共滲等工藝；4.采取化學(xué)轉(zhuǎn)化膜措施，使金屬部件表面參與化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)形成附著良好、抗腐蝕性強的反應(yīng)產(chǎn)物膜層；5.采用有機

4、涂層保護措施，在食品機械設(shè)備的非工作的裸露表面上，利用有機的涂料或塑料，形成附著良好、連續(xù)的裝飾保護層。二、電化學(xué)腐蝕金屬或合金在電解質(zhì)溶液中形成原電池，一部分金屬以離子形式溶入電解質(zhì)就形成電化腐蝕。食品物料雖然不一定是液料，但是過程是一樣的。影響金屬電化學(xué)腐蝕的因素如下：1、金屬及合金的組織和狀態(tài)（1）在食品機械的構(gòu)造材料中純金屬很少，主要是合金材料，而多相合金多半不耐蝕。單相合金（即固態(tài)溶液）的耐腐蝕性非常特殊。在合金中的增加時，合金的電極電位增加很慢，耐腐蝕性能也增加不多。但當耐蝕組分達到某一定比例時，電極電位和耐腐蝕性發(fā)生階段性的突變。（2）金屬的變形和應(yīng)力對耐腐蝕性也有影響。（3）金

5、屬或合金的表面粗糙度越低，則其耐腐蝕性也越強。2、腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)（1）食品物料介質(zhì)的性質(zhì)和濃度。（2）介質(zhì)的溫度升高時，許多腐蝕過程都加快。（3）壓力升高會使氣體（CO2、O2）在溶液中的溶解度升高，使金屬的腐蝕加快。使氧加速進入陰極區(qū)；除去金屬表面上沉積的腐蝕產(chǎn)物或破壞鈍化膜3、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)備的結(jié)構(gòu)是多種多樣的、對腐蝕影響十分復(fù)雜，設(shè)備中的死角造成液流的停滯，形成濃差電池。使用不同材料的混合結(jié)構(gòu)，情況可能更嚴重。三、化學(xué)腐蝕（1）化學(xué)腐蝕在金屬表面上生成膜，膜的性質(zhì)主要。（2）金屬表面會生成一層金屬氧化物膜。（3）其他氣體或液體介質(zhì)也可能在金屬上形成膜。（4）膜有一定厚度。（5）膜的生

6、成是兩個方面的互相擴散過程實現(xiàn)的，即介質(zhì)向金屬擴散和金屬原子（實際上是離子和電子）向外部擴散。（6）溫度升高時，金屬的氧化速度通常增加（7）氧對金屬的腐蝕常發(fā)是在有水蒸氣冷凝在金屬表面上時發(fā)生的，也伴隨有電化學(xué)腐蝕。（8）食品生產(chǎn)中物料分解或腐敗。生成二氧化碳、硫化物（H2S和SO2）及氧化物等，都會對金屬腐蝕。（9）微生物能形成特殊的腐蝕性介質(zhì)，直接影響到腐蝕的速度。硫酸鹽還原細菌對鋼進行嫌氣腐蝕，在陰極的腐蝕產(chǎn)物如FeS。嫌氣腐蝕形式?jīng)Q定于材料特性:對鑄鐵能引起石墨化；對鋼則生成墨色FeS沉積覆蓋的麻點。硫化細菌可以從H2S生成硫酸:H2S+O22S+2H2O2S+3O2+2H2O2H2S

7、O4 除本來的腐蝕之外，硫酸又能產(chǎn)生腐蝕電池，從而加速了腐蝕。鐵細菌也造成金屬腐蝕。鐵細菌在金屬表面的腐蝕產(chǎn)物形成結(jié)核狀被覆層，作為陰極，與金屬表面的好氣部分相對應(yīng)，形成腐蝕電池。如果在結(jié)核被覆之下，同時存在硫酸鹽還原細菌的侵蝕，則整個腐蝕將會加速進行。（10）氯離子的存在，破壞某些奧氏體不銹鋼表面鈍化膜，而腐蝕內(nèi)部金屬。 點蝕:氯離子及亞硫酸根離子會在鈍化膜缺陷部位，如夾雜物、貧鉻區(qū)、晶界、位錯等處，侵入鈍化膜與金屬離子結(jié)合成強酸鹽，而溶解鈍化膜，使膜產(chǎn)生缺位。逐步破壞的鈍化膜處，形成了“鈍化一活化”的原電池，使其產(chǎn)生點蝕局部破壞的鈍化膜處，形成了“鈍化一活化”的原電池，使其產(chǎn)生點蝕，且速度

8、很快。 防止氯離子穿過鈍化膜產(chǎn)生點蝕的方法是采用含鉬高鎳鉻不銹鋼，如1Cr18Ni12MO2Ti， 0Cr20Ni30MO2Nb等。 理由是氯離子在表面形成MoOCl2保護膜，有效地防止氯離子穿透鈍化膜。氯脆:溫度80以上的氯化物水溶液中，拉應(yīng)力作用下的奧氏體不銹鋼易發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂，主要是脆性斷裂，稱為氯脆。其機理是: 應(yīng)力的松馳使金屬表面的鈍化膜產(chǎn)生較粗大的滑移而破裂; 氯離子等使膜裂紋處引起電化學(xué)的陽極溶解，而電化學(xué)陽極反應(yīng)產(chǎn)生的氫離子在裂紋處滲入金屬中還原成氫氣，從而產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力，促使馬氏體內(nèi)形成脆斷。 在高溫高濃燒堿水溶液中，或在含硫化物的水溶液中，拉應(yīng)力作用下的奧氏體不銹鋼亦會產(chǎn)

9、生應(yīng)力腐蝕斷裂。解決這個問題: 采用奧氏體和鐵素體組成的兩相不銹鋼，因為裂紋在鐵素體界面不再繼續(xù)擴展，如0Crl7Mnl3Mo2N，0Cr21Ni5Ti等鋼，這類不銹鋼還有抗晶間腐蝕的能力。 加工方法亦影響到不銹鋼的腐蝕，常規(guī)食品機械設(shè)備都要經(jīng)過焊接加工，在焊縫處，往往會發(fā)生晶間腐蝕，為了避免晶間腐蝕，可以采用兩種方法，1、采用低碳級不銹鋼，如:0Cr18Ni9，0Crl7Ni12Mo2等.2、采用加有鈦或鈮等穩(wěn)定化元素的不銹鋼。焊條亦要采用相對應(yīng)牌號，焊后要進行穩(wěn)定化或固溶化處理，以穩(wěn)定奧氏體組織。防止化學(xué)腐蝕的措施: 在設(shè)計和制造上盡可能選用同名金屬連接，或采用金屬與非金屬材料的連接，以避

10、免原電池的形成。若考慮到制造成本或工藝上的要求必須采用兩種異名金屬連接時，可在用量較少的那種金屬構(gòu)件表面涂絕緣性能較好的有機涂料加以保護或采取陰極電位降到與陽極電位相等，則金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕電池消失，而使結(jié)構(gòu)物得到完全保護。四、腐損腐蝕及防止措施 空泡腐蝕(或稱氣蝕) ： 腐蝕表面出現(xiàn)凹槽、波紋、圓孔等而常帶方向性。如泵的葉輪、攪拌器的漿葉、冷凝器的入口端、輸送管路中的各種管、三通在流向轉(zhuǎn)變處常產(chǎn)生這種腐蝕。在腐蝕介質(zhì)中，由于空泡反復(fù)出現(xiàn)，反復(fù)消失使周圍料液形成高速的水柱，集中沖擊在葉片某些部位(最大壓力可達數(shù)千大氣壓)，使金屬表面的水柱集中沖擊在葉片的某些部位(最大壓力可達數(shù)千大氣壓)，金屬表面

11、產(chǎn)生密集似蜂窩狀小孔的空泡腐蝕。 減少這種腐蝕的措施： 空泡腐蝕的破壞很嚴重，其速度遠高于其他類型的腐蝕速度。減少這種腐蝕的措施是:在設(shè)計上改變構(gòu)形、增加管徑、加厚易磨損部，使進口水流導(dǎo)向槽的中央而不接近槽壁，在制造工藝上采用陰極保護，涂層保護措施；在使用上采取料液除氣降溫措施；在維護上對已受侵蝕的部位采取熔焊修補等辦法。第三節(jié) 食品機械設(shè)備常用的金屬材料一、碳鋼和鑄鐵 普通碳鋼和鑄鐵耐腐蝕性不好，大氣中易生銹，不宜直接接觸具有腐蝕性的食品介質(zhì)。通常用在機械設(shè)備中承受載荷的結(jié)構(gòu)。在承受干物料的磨損構(gòu)件中，鋼鐵是理想材料。鐵質(zhì)本身對人體無害。影響食品的色澤，如遇含有單寧的食品（如茶），會使食品變

12、成黑色。鋼鐵與食品直接接觸的構(gòu)件，常常采用表面涂層，如鍍鋅的白鐵皮，鍍錫的馬口鐵。馬口鐵熱鍍錫厚度為3微米。有時表面有細孔，會造成鐵錫電池產(chǎn)生腐蝕，用作罐頭包裝會影響味、色和產(chǎn)生氣體?，F(xiàn)在用電解法鍍錫，覆蓋層厚度為 0.351微米，表面還要覆蓋其他涂料。二、不銹鋼和耐酸鋼不銹鋼的基本金屬為鐵鉻合金和鐵鉻鎳合金。還添加其他元素，如鈦、鈮、鉬、鎢、銅、氮等等，提高耐腐蝕穩(wěn)定性、機械和物理性質(zhì)以及加工工藝性質(zhì)。 不銹鋼的金相組織可以分為：鐵索體型、馬氏體型、奧氏體型、奧氏體一鐵素體型等幾種，性質(zhì)不相同。 鐵和鉻是各種不銹鋼的基本成分。當鋼中含鉻量在12以上時，就可以對各種介質(zhì)耐腐蝕，含鉻量不超過28

13、。1、鐵鉻合金鐵鉻合金呈鐵素體型，含碳量超過 0 .15則為馬氏體型。馬氏體型鉻鋼含碳量一般在0.2以上，淬火磨光后性能好，高強度和高沖擊韌性，切削加工和壓力加工性能也好。熱加工有利于提高其耐腐蝕性和機械性能。鐵素體型高鉻鋼含鉻量1728，含碳015以下。鐵鉻合金在不銹鋼中價格較低。馬氏體不銹鋼是指含鉻量不低于12%的高鉻鋼，它比鐵素體不銹鋼含碳量高。隨著含碳量的增加它的強度硬度和耐磨性等顯著提高，而耐磨蝕性下降，馬氏體不銹鋼主要用來制造力學(xué)性能要求高而耐腐蝕性要求并不很高的零部件，常用的有1Cr132、Cr133、Cr13等。耐腐蝕性： 在鉻、鎳含量相當?shù)牟讳P鋼中，馬氏體的耐腐蝕性最差，常溫

14、下馬氏體不銹鋼在單寧酸、水果汁、咖啡茶、牛奶及工業(yè)酒精中具有良好的穩(wěn)定性但馬氏體不銹鋼在晶間腐蝕點蝕應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)中不宜選用。2、鐵鉻鎳合金鎳鉻不銹鋼是食品機械所使用的主要材料之一。高耐腐蝕穩(wěn)定性、高的機械性能、較高塑性、可焊性好。食品機械最廣泛使用的品種是1Cr18Ni9，其中含鉻1719、鎳811、碳0.01，簡稱為188鋼。常溫時的結(jié)構(gòu)為奧氏體，沒有磁性，比電阻和線膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱性不太好。奧氏體鎳鉻不銹鋼焊接后有產(chǎn)生晶間腐蝕的傾向。晶粒間多余的碳擴散到晶體內(nèi)與鉻結(jié)合形成Cr23C6析出，局部鉻含量下降至耐腐蝕限。防腐方法：（1）加入適當數(shù)量的鈦或鈮，可以解決。 1Cr18Ni9Ti。（

15、2）在鎳鉻鋼中加入鉬，可以提高材料的化學(xué)穩(wěn)定性，特別是在高溫的情況下，對一部分氯離子、醋酸、草酸及其他酸等。（3）在材料中加入2的硅，一般可以增加鋼的抗酸性，也可以阻止晶間腐蝕。（4）錳在鎳鉻鋼中可以提高奧氏體的安定性，并改善鋼的熱加工性。（5）鎳鉻不銹鋼在某些情況下抗腐蝕性降低，例如在室溫下接觸某些非酸性介質(zhì)、鹽溶液、硫酸、沸騰的和冷凍的醋酸、高濃度（50以上）的乳酸等等。氯離子是破壞鎳鉻鋼的重要因素。各種鉻鋼和鎳鉻鋼（包括馬氏體、鐵素體和奧氏體）對啤酒、碳酸飲料、肉類、果汁、乳類等都有極好的防腐蝕性能。馬氏體鉻鋼對乳類、果醬和蔬菜篷的防腐性能稍差。三、銅和銅合金1）紫銅的性質(zhì)與特點： 純銅

16、亦稱紫銅，特點是導(dǎo)熱系數(shù)特別高，所以常常被用作導(dǎo)熱材料，可以制造各種換熱器。紫銅的冷壓及熱壓加工性能都好，對許多食品介質(zhì)都具有高的耐腐蝕性能，能抗大氣和淡水腐蝕，對中性溶液及流速不大的海水都具有抗腐蝕性能。對于一系列的有機化合物，如醋酸、檸檬酸、草酸和甲醇、乙醇等各種醇類，紫銅都有好的抗蝕穩(wěn)定性。當處理介質(zhì)中存在氨、硫化氫以及氯化物時，紫銅的腐蝕快。對無機酸、硫化物都不耐蝕。 銅制設(shè)備和容器不適于加工和保存乳制品，當乳或乳制品中含銅量達 1.5ppb時，就帶有不適味，奶油會很快酸敗，加熱時也會加強氧化。 銅對維生素C有影響，極少量的銅也會促成維生素C很快分解，所以處理富含維生素C的蔬菜汁和水果

17、汁時忌用銅制設(shè)備。2）銅制材料的分類（1）紫銅：制造蒸煮鍋、蒸發(fā)器、管、螺旋管等等（2）青銅：是銅和除了鋅和鎳以外的元素形成的合金，主要有錫青銅，鋁青銅.錫、鋁、錳、硅，對食品無害（3）錫青銅：在無機酸中不耐腐蝕（4）鋁青銅：鐵、錳。（5）硅黃銅：良好的澆鑄性和冷熱沖壓性能四、鋁和鋁合金鋁的腐蝕產(chǎn)物為 A12O3，白色無毒，所以不影響食品。鋁和鋁合金在許多濃度不高的有機酸中，如醋酸、檸檬酸、酒百酸、蘋果酸、葡萄糖酸、脂肪酸等，以及在酸性的水果汁、葡萄酒中，腐蝕是微弱的，但草酸和蟻酸是例外。食品機械中用鋁為鑄件。鋁材適應(yīng)范圍主要包括碳水化合物類、脂肪類、乳類制品等。第四節(jié) 食品機械設(shè)備常用的非金

18、屬材料一、非合成材料木材曾經(jīng)是食品機械中廣泛使用的材料，它具有許多優(yōu)點，例如耐酸、加工性能好、輕便等，西方釀酒業(yè)中仍作為貯酒容器（橡木桶）。搪瓷和玻璃襯里，耐腐蝕，清潔衛(wèi)生。金剛砂在大豆磨漿機中用作磨盤材料。橡膠。玻璃鋼開始應(yīng)用于食品機械制造它的特點是相對密度小、強度大、耐沖擊、耐腐蝕。玻璃鋼的結(jié)構(gòu)成分是玻璃纖維和樹脂。成型方法：一種為層粘法，將玻璃纖維布用樹脂層層粘貼，達到一定的厚度；另一種是注塑法，將短玻璃纖維與合成材料混合均勻后注塑成型。二、合成材料用于食品機械和作為食品包裝材料。許多種類的合成材料具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，并對人類無毒，例如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚四氟二烯等等。優(yōu)點：（1）

19、良好的化學(xué)穩(wěn)定性；（2）良好的機械性能：（3）相對密度比金屬小很多；（4）隔熱性好；（5）電阻極大；（6）光學(xué)特性好，有些有一定透明度表面光澤并可加入各種色彩；（7）吸震消音；（8）加工性能好。l、尼龍聚酰胺。如尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍1010等等。強韌、耐磨、相對密度小。尼龍加入30的玻璃纖維，則其抗拉強度可以提高23倍，抗壓強度提高1.5倍。 2、聚烯烴聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）聚苯乙烯（PS）等。改性聚苯乙烯就是一般稱為ABS的工程塑料，其優(yōu)點為無毒、無臭、堅韌、質(zhì)硬、剛性好，在低溫條件下抗沖擊，機械性能較好，使用溫度范圍大（一40100）。3、聚碳酸酯（PC）單體雙酚A 有優(yōu)良的工程性能，密度1.2kgm3聚碳酸酯的重要機械特性是剛而韌，成型收縮率恒定為 0.50 .7，線膨脹系數(shù)低。最高使用溫度可達