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本发明提供了一种荷叶式不粘炊具的制作方法，属于厨房炊具技术领域。它解决了现有不粘炊具不粘效果较差，不粘层耐磨性较差，加工较困难的问题。这种荷叶式不粘炊具的制作方法，该方法包括以下步骤：A、拉伸成型；B、抛丸；C、硬质阳极氧化处理；D、喷涂或浸覆、烧结。本发明实现了炊具的荷叶效应，不粘效果极佳，不粘炊具表面的硬度高、耐磨性好、耐高温，具有优良的电绝缘性和抗蚀性，使用寿命较长，而且制作方法工艺简单、加工容易，能实现大规模的工业化生产。

Description

一种荷叶式不粘炊具的制作方法
技术领域
本发明涉及一种不粘炊具的制作方法，尤其涉及一种荷叶式不粘炊具的制作方法；属于厨房炊具技术领域。
背景技术
炊具类产品主要有铝锅、不锈钢锅、铁搪瓷锅、铁锅和不粘锅，其中不粘锅易清洗，轻轻一擦即干干净净。不粘锅可轻松煎、炒食物而不粘底，能最大限度地减少用油，厨房干净少油烟。它还可以帮助减少脂肪的摄入量，顺应了现代人追求低脂肪、低热量的消费潮流。
目前市场上的不粘锅主要是在金属炊具内表面喷涂一层或几层以聚四氟乙烯为主要成分的不粘涂料，通过高温烧结，使聚四氟乙烯表层与金属基材紧密结合，利用聚四氟乙烯的强化学惰性和低表面能的双疏结构达到与食物以及炊具基材分离，从而起到不粘作用；其中可以由单一涂料组成的不粘层，也可以由底层和面层两种涂料组成的不粘层；还可以由底层、中层和面层3种涂料组成的不粘层。一般不粘层的厚度在20微米～25微米之间。如中国专利申请(公开号：CN1547991A)涉及无油烟不粘锅及其制作方法，该不粘锅的锅体是采用铝合金材料通过拉伸工艺成型，其不同部位具有厚度差异，其中从锅底至油层边缘B点间的锅体厚度为逐渐增厚，自B点往上直至锅口间的锅体为逐渐减薄：其制作方法包括以下步骤：a：冲料，将铝合金冲压成一所需的圆型铝板；b：拉伸成型，用拉伸模将上述圆型铝板拉伸加工成一不同部位有厚度差异的锅体结构，使锅底至油层边缘B点间的锅体厚度为逐渐增厚，自B点往上直至锅13间的锅体为逐渐减薄：c：修整，将毛边修整干净；d：喷漆，在锅体内、外表面分别喷聚四氟乙烯不粘层和高温漆层。虽然上述不粘锅能够起到一定的不粘效果，然后由于其采用喷漆的方法使不粘锅表面光滑，它的不粘效果较差，而且锅的不粘层受到外力冲击时耐磨性较差。
后来人们通过对蜣螂体表结构的研究，制作了一种不粘炊具。如中国专利申请(公开号：CN2686487Y)不粘炊具，该不粘炊具特点是其内壁制成具有凸起单元体的非光滑表面，所说的凸起单元体高度(h)为20～800μm、相对炊具内壁表面的投影面积为314～502400μm2；凸起单元体的分布密度为其在炊具内壁基体表面上的几何投影面积之和与基体表面积之比为10～60％。虽然该不粘炊具与光滑表面比较，食物与锅壁的结合强度和粘附性降低60％一80％；但是首先该炊具的20～800μm的单元体球冠并没有真正实现微米-纳米双重结构，所以不能在炊具基材表面形成气垫。其次该炊具没有双疏成分的蜡质层，所以不具备不粘性。最后该炊具的微米级球冠加工非常困难。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术所存在的缺陷，根据仿生学的原理提供一种实现微米-纳米双重结构，不粘效果极佳，加工方法容易的荷叶式不粘炊具的制作方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实施的：一种荷叶式不粘炊具的制作方法，该方法包括以下步骤：
A、拉伸成型：选择金属板材，将其拉伸成型为炊具结构，然后通过修整毛边、清洗后制成炊具坯件；
B、抛丸：将上述炊具坯件置于抛丸设备中，通过不锈钢丸对其进行抛丸处理；
C、硬质阳极氧化处理：将上述经过抛丸处理后的炊具坯件在电流密度为2.0～5.0A/dm2，温度为-5℃～5℃的条件下进行硬质阳极氧化处理在炊具坯件表面形成硬质阳极氧化膜；
D、喷涂或浸覆、烧结：在上述经过硬质阳极氧化处理后的炊具坯件的表面均匀喷涂或浸覆聚四氟乙烯浓缩分散液，喷涂或浸覆后将其置于温度为350～440℃的烧结炉或烘道中烧结2～20分钟后即得荷叶式不粘炊具。
通过荷叶的研究发现荷叶表面并不是光滑的表面，而是具有突出物的粗糙表面。通过显微镜观察可以发现荷叶表面附着无数个微米级的蜡质纤维结构，通过更高数倍的电子显微镜观察这些纤毛时，可以看出每个微米级纤毛的表面又附着着许许多多与其结构相似的纳米级纤毛，这是荷叶的微米-纳米双重结构。而纤毛上的蜡质层具有低表面能和不亲水的特性。荷叶的双重表面结构能将空气保留在突起物间的底部，使外来的污染物或液体无法粘附于荷叶上。被局限在粗糙层中的空气，就像在荷叶表面形成一层气垫，污染物或液体是由气垫所支撑着，盘交错节的纤毛层的结构有助于减少外来物与表面接触，蜡质层与外来物质间的界面张力非常大，外来污染物或液体不易沾粘。本发明通过对荷叶表面结构的研究，创造性的将其不粘水和不粘尘的原理应用到不粘炊具的制作中。
其中步骤A中采用的金属板材主要为铝合金板材，所述的铝合金板材是通过铝合金冲压形成，铝合金主要是铝材中含有锰、铁、硅、钛等元素。铝合金板材通过制作好的拉伸模拉伸成型为炊具结构，然后将毛糙的边缘修整干净，通过菜油清洗干净后形成炊具坯件。
步骤B中将拉伸成型后的炊具坯件置于抛丸设备进行抛丸的目的不仅是在炊具表面形成具有一定粗糙度的表面。模仿荷叶表面的微米级结构，而且拉伸成型后的炊具坯件经过抛丸处理后还具有冷作硬化的作用，可以使炊具基材得到强化处理。
步骤C中硬质阳极氧化的目的是形成具有纳米结构硬质阳极氧化膜孔的硬质阳极氧化膜，从而模仿荷叶表面的纳米结构，同时硬质阳极氧化膜的高硬度可以大大延长不粘炊具的使用寿命。步骤C中的硬质阳极氧化工艺和普通的硬质阳极氧化有很大的差别，本发明制作荷叶式不粘炊具时硬质阳极氧化工序前包括除油、中和等工序，但是不能进行常规的封孔处理。
步骤D中喷涂或浸覆、烧结的目的是在不粘炊具的表面形成仿荷叶表面的蜡质层，在温度为350～440℃的条件下，聚四氟乙烯处在熔融状态，其中部分熔融的聚四氟乙烯进入硬质阳极氧化膜的膜孔中，在荷叶式不粘炊具表面的微米-纳米双重结构都有聚四氟乙烯附着。
在上述的荷叶式不粘炊具的制作方法中，作为优选，步骤B中所述的不锈钢丸的粒径为0.1～0.8mm。不锈钢丸的粒径太大，经过抛丸后，炊具表面粗糙度太大，食物会在凹陷处沉积；不锈钢丸的粒径太小，荷叶效应不明显，无法在炊具表面形成荷叶式结构。
在上述的荷叶式不粘炊具的制作方法中，步骤C中所述的硬质阳极氧化处理在强空气搅拌的条件下进行，其中具体工艺参数为：
硫酸：180～250g/L； 铝离子：2～20g/L；
温度：-5～5℃；     电流密度：2.0～5.0A/dm2；
时间：30～60分钟。
本发明的硬质阳极氧化过程为：选用铝板作阴极，经过抛丸处理后的炊具坯件作为阳极，将180～250g/L浓度硫酸作为电解液冷却到-5℃～5℃，通直流电进行阳极氧化，电流密度逐渐升到指定电流密度2.0～5.0A/dm2，硬质阳极氧化过程中通强空气进行搅拌。炊具坯件通过硬质阳极氧化后形成30～50μm左右的氧化膜。
在上述的荷叶式不粘炊具的制作方法中，步骤D中所述的聚四氟乙烯浓缩分散液的浓度为10％～60％。聚四氟乙烯浓缩分散液浓度太低，炊具表面所能吸附的聚四氟乙烯的数量有限，从而影响炊具表面形成具有仿荷叶表面的蜡质层。
在上述的荷叶式不粘炊具的制作方法中，作为优选，步骤D中所述的烧结温度为380～420℃，烧结时间为5～10分钟。
在上述的荷叶式不粘炊具的制作方法中，步骤D中制得的荷叶式不粘炊具的表面形成3～20微米的粗糙度，硬质阳极氧化膜的膜孔孔径为20～100纳米，所述的炊具粗糙表面和膜孔内附着有聚四氟乙烯。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、利用本发明的方法制作不粘炊具不仅制作出像荷叶表面那样的的微米-纳米双重结构以及蜡质层，实现了炊具的荷叶效应，不粘效果极佳；而且不粘炊具表面的硬度高、耐磨性好，耐高温，具有优良的电绝缘性和抗蚀性。
2、本发明将仿生学原理应用于不粘炊具的制作过程，在不粘炊具的表面形成气垫以及蜡质层，并且通过抛丸和硬质阳极氧化工序强化铝合金，从而基本上克服荷叶结构的脆弱性，使用寿命较长。
3、本发明的制作方法工艺简单、加工容易；能实现大规模的工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明；但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
选择铝合金材料，通过冲床冲压成铝合金板材；铝合金板材通过制作好的拉伸模拉伸成型为炊具结构，然后将毛糙的边缘修整干净，通过菜油清洗干净后形成铝合金炊具坯件。
将拉伸成型的炊具坯件置于抛丸设备中，通过粒径为0.1～0.8mm的不锈钢丸对炊具坯件进行抛丸处理；将炊具坯件抛丸形成具有一定粗糙度的表面；从而模仿荷叶表面的微米级结构，此外炊具坯件经过抛丸处理后还具有冷作硬化的作用，可以炊具坯件得到强化处理。
将抛丸处理后的炊具坯件放入浓硫酸电解液中进行阳极氧化，炊具坯件作为阳极，选用铝板作为阴极，将浓硫酸电解液冷却至下述工艺参数限定的温度，通直流电进行阳极氧化，电流密度逐渐升到下述工艺参数限定的电流密度，在阳极氧化过程中通压缩空气进行搅拌。硬质阳极氧化处理具体工艺参数为：
硫酸：220g/L；铝离子：10g/L；
温度：-5～5℃；   电流密度：3.0A/dm2；
时间：45分钟。
硬质阳极氧化在炊具表面形成30～50μm左右的阳极氧化膜，该阳极氧化膜具有纳米结构硬质阳极氧化膜孔，从而模仿荷叶表面的纳米结构，同时硬质阳极氧化膜的高硬度可以大大延长不粘炊具的使用寿命。
将经过硬质阳极氧化后的炊具坯件浸覆在浓度为30％的聚四氟乙烯浓缩分散液中，浸覆后置于温度为400℃的烧结炉中烧结8分钟后得到荷叶式不粘炊具。该荷叶式不粘炊具的表面形成3～20微米的粗糙度，硬质阳极氧化膜的膜孔孔径为20～100纳米，所述的炊具粗糙表面和膜孔内附着有聚四氟乙烯。
实施例2
选择铝合金材料，通过冲床冲压成铝合金板材；铝合金板材通过制作好的拉伸模拉伸成型为炊具结构，然后将毛糙的边缘修整干净，通过菜油清洗干净后形成铝合金炊具坯件。
将拉伸成型的炊具坯件置于抛丸设备中，通过粒径为0.1～0.8mm的不锈钢丸对炊具坯件进行抛丸处理；将炊具坯件抛丸形成具有一定粗糙度的表面；从而模仿荷叶表面的微米级结构，此外炊具坯件经过抛丸处理后还具有冷作硬化的作用，可以炊具坯件得到强化处理。
将抛丸处理后的炊具坯件放入浓硫酸电解液中进行阳极氧化，炊具坯件作为阳极，选用铝板作为阴极，将浓硫酸电解液冷却至下述工艺参数限定的温度，通直流电进行阳极氧化，电流密度逐渐升到下述工艺参数限定的电流密度，在阳极氧化过程中通压缩空气进行搅拌。硬质阳极氧化处理具体工艺参数为：
硫酸：180g/L； 铝离子：2g/L；
温度：-5～5℃；电流密度：2.0A/dm2；
时间：60分钟。
硬质阳极氧化在炊具表面形成30～50μm左右的阳极氧化膜，该阳极氧化膜具有纳米结构硬质阳极氧化膜孔，从而模仿荷叶表面的纳米结构，同时硬质阳极氧化膜的高硬度可以大大延长不粘炊具的使用寿命。
将经过硬质阳极氧化后的炊具坯件表面均匀喷涂浓度为60％的聚四氟乙烯浓缩分散液，浸覆后置于温度为350℃的烘道中烧结10分钟后得到荷叶式不粘炊具。该荷叶式不粘炊具的表面形成3～20微米的粗糙度，硬质阳极氧化膜的膜孔孔径为20～100纳米，所述的炊具粗糙表面和膜孔内附着有聚四氟乙烯。
实施例3
选择铝合金材料，通过冲床冲压成铝合金板材；铝合金板材通过制作好的拉伸模拉伸成型为炊具结构，然后将毛糙的边缘修整干净，通过菜油清洗干净后形成铝合金炊具坯件。
将拉伸成型的炊具坯件置于抛丸设备中，通过粒径为0.1～0.8mm的不锈钢丸对炊具坯件进行抛丸处理；将炊具坯件抛丸形成具有一定粗糙度的表面；从而模仿荷叶表面的微米级结构，此外炊具坯件经过抛丸处理后还具有冷作硬化的作用，可以炊具坯件得到强化处理。
将抛丸处理后的炊具坯件放入浓硫酸电解液中进行阳极氧化，炊具坯件作为阳极，选用铝板作为阴极，将浓硫酸电解液冷却至下述工艺参数限定的温度，通直流电进行阳极氧化，电流密度逐渐升到下述工艺参数限定的电流密度，在阳极氧化过程中通压缩空气进行搅拌。硬质阳极氧化处理具体工艺参数为：
硫酸：250g/L； 铝离子：20g/L；
温度：-5～5℃；电流密度：5.0A/dm2；
时间：30分钟。
硬质阳极氧化在炊具表面形成30～50μm左右的阳极氧化膜，该阳极氧化膜具有纳米结构硬质阳极氧化膜孔，从而模仿荷叶表面的纳米结构，同时硬质阳极氧化膜的高硬度可以大大延长不粘炊具的使用寿命。
将经过硬质阳极氧化后的炊具坯件浸覆在浓度为10％的聚四氟乙烯浓缩分散液中，浸覆后置于温度为440℃的烧结炉中烧结5分钟后得到荷叶式不粘炊具。该荷叶式不粘炊具的表面形成3～20微米的粗糙度，硬质阳极氧化膜的膜孔孔径为20～100纳米，所述的炊具粗糙表面和膜孔内附着有聚四氟乙烯。
随机抽取上述实施例1～3制得的不粘炊具样品表面粗糙，对其硬度、耐磨性、抗蚀性等性能进行检测，检测结果如表1所示。
实施例1～3制得的荷叶式不粘炊具的性能
不粘性(测试方法采用QB/T2421-1998取试样锅，用沾有植物油的软布轻揩不粘涂层表面，用温水加洗涤剂清洗后用清水洗净、揩干；再将试样加热，用表面温度计测量，内涂层表面温度在140°C~170°C时，将一只新鲜鸡蛋破壳后放入锅内，不加植物食用油或其他脂肪油，待蛋白基本凝固，试样内表面温度不得超过210°C；用非金属铲无损伤取出鸡蛋，并能用软布擦清涂层表面为合格，连续进行三次。)均为合格。
耐盐水性全部合格。测试方法采用NFD21-511标准，方法如下：
A取试样1只，用去离子水或蒸馏水和氯化钠(分析纯)配制浓度为10％的NaCl溶液注入锅中，使溶液达煮锅的1/2以上高度，大火加热至沸腾。保持微沸20h。中途补充实验过程中挥发的水份以保持溶液浓度不变。
B用自来水洗净盐渍，并用软布吸干涂层表面，立即进行目视检查。
不粘持久性采用BS7069方法。
把测试用的炊具牢牢地固定在往复移动支架上，并把3M百洁布装在不粘涂层表面上，用50ml浓度为5g/L的家用洗涤液润滑表面。保持装载的磨损垫平稳，以中心点为基准在50±2.5mm范围前后循环移动往复移动支架250次，每50次更换一个百洁布。用干净的水清洗磨损表面对锅进行加热使其底部内表面温度保持在150℃～170℃之间。把鸡蛋打破放入锅内的磨损面上，不要加入任何脂肪或其他的润滑油，直至鸡蛋烧熟为止，然后用塑料铲移走鸡蛋。
一般不粘涂层250次通过即为合格，实施例2，3能通过500次并合格，实施例1达到750次并合格。
硬度(维氏显微硬度)按GB/T19822规定的第一类硬质氧化膜须大于400HV，实测值平均值均大于500HV。
从以上检测可以看出，本发明制作的荷叶式不粘炊具的硬度高、耐磨性和耐蚀性好，从而克服了仿荷叶结构的脆弱性；制作出的不粘炊具具有像荷叶表面那样的的微米-纳米双重结构以及蜡质层，实现了炊具的荷叶效应，不粘效果极佳。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (3)

1.一种荷叶式不粘炊具的制作方法，该方法包括以下步骤：
A、拉伸成型：选择金属板材，将其拉伸成型为炊具结构，然后通过修整毛边、清洗后制成炊具坯件；
B、抛丸：将上述炊具坯件置于抛丸设备中，通过不锈钢丸对其进行抛丸处理；
C、硬质阳极氧化处理：将上述经过抛丸处理后的炊具坯件在硫酸浓度为180～250g/L，铝离子浓度为2～20g/L，电流密度为2.0～5.0A/dm2，温度为-5℃～5℃强空气搅拌的条件下进行硬质阳极氧化处理30～60分钟在炊具坯件表面形成硬质阳极氧化膜；
D、喷涂或浸覆、烧结：在上述经过硬质阳极氧化处理后的炊具坯件的表面均匀喷涂或浸覆浓度为10％～60％聚四氟乙烯浓缩分散液，喷涂或浸覆后将其置于温度为350～440℃的烧结炉或烘道中烧结2～20分钟后即得荷叶式不粘炊具，制得的荷叶式不粘炊具的表面形成3～20微米的粗糙度，硬质阳极氧化膜的膜孔孔径为20～100纳米，所述的炊具粗糙表面和膜孔内附着有聚四氟乙烯。
2.根据权利要求1所述的荷叶式不粘炊具的制作方法，其特征在于：步骤B中所述的不锈钢丸的粒径为0.1～0.8mm。
3.根据权利要求1所述的荷叶式不粘炊具的制作方法，其特征在于：步骤D中所述的烧结温度为380～420℃，烧结时间为5～10分钟。
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