CN105615610B

CN105615610B - 铁基锅、其制备方法和用途

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Publication number: CN105615610B
Application number: CN201410592857.7A
Authority: CN
Inventors: 雷大法; 陈瑞德
Original assignee: Midea Group Co Ltd; Foshan Shunde Midea Electrical Heating Appliances Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Midea Group Co Ltd; Foshan Shunde Midea Electrical Heating Appliances Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2018-08-24
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: CN105615610A

Abstract

本发明涉及一种铁基锅，其包含铁基锅体和不粘涂层，其特征在于还包含由内膜层和外膜层构成的复合膜层，所述复合膜层施加在铁基锅体内侧；所述的内膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为0.8‑2％，F为1‑2.5％，Al为50‑60％，Si为8‑15％，Fe为25‑35％，上述成分总和为100％；所述的外膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为0.5‑1％，O为2.5‑4％，Al为85‑92％，Si为3‑4.5％，Fe为0.5‑1％，上述成分总和为100％；所述不粘涂层，其涂布在内侧的复合膜层上。本发明还涉及所述铁基锅的制备方法和用途。

Description

铁基锅、其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种铁基锅、其制备方法和用途。

背景技术

铁基锅具有健康补铁、可电磁加热等优点，但铁基锅抗腐蚀性不好，容易生锈，严重影响铁基锅在烹饪领域，例如电饭煲/电压力锅中的应用。现有技术中有用渗氮处理或喷涂涂料的方法提升铁锅的抗腐蚀性。经氮化处理后的铁锅表面过于致密，若直接将无机不粘涂层喷涂在铁锅上，无机不粘涂层则容易脱落。进一步改善铁基锅的耐腐蚀性，仍是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的是为了解决现有技术的问题，提供了一种铁基锅，其包含铁基锅体和不粘涂层，其特征在于还包含由内膜层和外膜层构成的复合膜层，所述复合膜层施加在铁基锅体内侧；

所述的内膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为0.8-2％，F为1-2.5％，Al为50-60％，Si为8-15％，Fe为25-35％，上述成分总和为100％；

所述的外膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为0.5-1％，O为2.5-4％，Al为85-92％，Si为3-4.5％，Fe为0.5-1％，上述成分总和为100％；

所述不粘涂层，其涂布在内侧的复合膜层上。

在本发明铁基锅的一个优选实施方案中，在铁基锅体外侧也施加复合膜层，由内膜层和外膜层构成，所述的内膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为0.8-2％，F为1-2.5％，Al为50-60％，Si为8-15％，Fe为25-35％，上述成分总和为100％；所述的外膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为0.5-1％，O为2.5-4％，Al为85-92％，Si为3-4.5％，Fe为0.5-1％，上述成分总和为100％。优选地，铁基锅体外侧的复合膜层组成与铁基锅体内侧复合膜层一样。

本发明还提供了一种铁基锅的制备方法，其包含以下步骤：

(1)将钢板，优选低碳钢板，拉伸成锅的形状，形成铁基锅体；

(2)通过电化学沉积法在铁基锅体的内侧上形成内膜层，所述的内膜层按重量％计，由以下成分组成：C为0.8-2％，F为1-2.5％，Al为50-60％，Si为8-15％，Fe为25-35％，上述成分总和为100％；

(3)通过化学沉积法在内膜层上形成外膜层，所述的外膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为0.5-1％，O为2.5-4％，Al为85-92％，Si为3-4.5％，Fe为0.5-1％，上述成分总和为100％；

(4)在具有复合膜层的铁基锅的内部形成不粘涂层。

在本发明方法的一个优选实施方案中，还包括在铁基锅体外侧施加复合膜层的步骤，该步骤可在第(3)和(4)步骤之间进行，也可以在第(4)步骤之后进行；与在铁基锅体内侧上形成复合膜层类似，在铁基锅体外侧施加复合膜层包括先形成内膜层，所述的内膜层按重量％计，由以下成分组成：C为0.8-2％，F为1-2.5％，Al为50-60％，Si为8-15％，Fe为25-35％，上述成分总和为100％；然后形成外膜层，所述的外膜层按重量％计，由以下成分组成：C为0.5-1％，O为2.5-4％，Al为85-92％，Si为3-4.5％，Fe为0.5-1％，上述成分总和为100％。优选地，铁基锅体外侧的复合膜层组成与内侧复合膜层一样。

所述铁基锅体仅内侧或外侧施加复合膜时，需要相应对铁基锅体的外侧或内侧进行保护后再进行施加，例如保护罩或保护膜。优选所述铁基锅体内外侧同时施加复合膜时，可直接将锅体浸入电解液中。

本发明还提供了铁基锅用作烹饪用加热器具，尤其用作电压力锅、电饭锅的内锅的用途。

本发明在铁基锅表面进行电化学及化学沉积复合处理，由此获得了一种抗蚀性能极佳的复合膜层，此复合膜层作为铁基锅体的防锈层或铁基锅体与涂料层(例如不粘涂层)之间的过渡防锈层，可极大提升铁基锅抗蚀性能，同时提高涂料层与复合膜层的连接强度，即提高涂料层与铁基锅的结合强度，使得涂料层不易脱落。具体而言，铁基锅体上设置内膜层提高了铁基锅的抗蚀性能，在内膜层上设置外膜层进一步提高了铁基锅的抗蚀性能同时提高了涂料层与复合层的连接强度，使得涂料层不易脱落。例如，在本发明制备的含有复合膜层的铁基锅中加入5％浓度的食盐水，连续煮96小时，铁锅无生锈现象，涂料层无起泡脱落。

附图说明

图1根据本发明一个实施方案的铁基锅剖视图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明进行详细说明。

在本发明的一个具体实施方式中，如图1所示，铁基锅包含铁基锅体10和不粘涂层30，其特征在于还包含由内膜层20-1和外膜层20-2构成的复合膜层20，所述复合膜层20分别施加在铁基锅体10内外侧；

所述的内膜层20-1，按重量％计，由以下成分组成：C为0.8-2％，F为1-2.5％，Al为50-60％，Si为8-15％，Fe为25-35％；上述成分总和为100％。

所述的外膜层20-2，按重量％计，由以下成分组成：C为0.5-1％，O为2.5-4％，Al为85-92％，Si为3-4.5％，Fe为0.5-1％；上述成分总和为100％。

所述不粘涂层30，其涂布在内侧的复合膜层20上。

在本发明的一个实施方案中，所述的铁基锅的内膜层20-1，其厚度3-15μm，优选5-12μm，铁基锅体上设置该内膜层以提高铁锅的抗蚀性能。

在本发明的一个实施方案中，所述的铁基锅的外膜层20-2，其厚度12-30μm，优选15-25μm，在上述内膜层上设置外膜层可在进一步提高铁基锅的抗蚀性能的同时提高不粘涂层与复合膜层的连接强度，使得不粘涂层不易脱落。

在本发明的一个实施方案中，所述的铁基锅还包括有机硅涂层40，其涂布在铁基锅外侧的复合膜层20上；所述有机硅涂层40为彩色层或黑色层，优选黑色涂层，膜厚为10-20μm，优选12-18μm。有机硅涂层40可保护锅体外部复合膜层，具有耐磨抗刮的作用，也起外观装饰作用。

在本发明的一个实施方案中，所述不粘涂层30，其涂布在铁基锅内侧的复合膜层20上；所述的不粘涂层30可涂布一层或多层，例如2层或3层；所述不粘涂层为无机陶瓷涂层或氟涂层，例如PTFE(聚四氟乙烯)涂层；多层涂布是在一层干燥之后再接着涂布，多层膜厚总计为10-30μm，优选15-26μm。所述的不粘涂层30可提供不粘性，使铁基锅易清洗。

在本发明的一个实施方案中，所述的内膜层20-1，按重量％计，优选由以下成分组成：C为1.1-1.6％，F为1.5-2.2％，Al为52-58％，Si为8.5-13.5％，Fe为26.5-33.5％；更优选C为1.2-1.5％，F为1.6-2.0％，Al为53-56％，Si为8.5-12％，Fe为28-31.5％；每种情况下上述成分总和为100％。

在本发明的一个实施方案中，所述的外膜层20-2，按重量％计，优选由以下成分组成：C为0.6-0.95％，O为2.8-3.8％，Al为87.5-91.6％，Si为3.2-4.2％，Fe为0.55-0.95％；更优选C为0.7-0.9％，O为3.0-3.45％，Al为89.5-91.15％，Si为3.5-4.0％，Fe为0.6-0.81％；每种情况下上述成分总和为100％。内膜层和外膜层的成分可通过原子吸收光谱法测定。

在本发明的一个优选的实施方案中，如图1中所示，所述的铁基锅同时包含复合膜层20、不粘涂层30和有机硅涂层40。

本发明还提供了一种铁基锅的制备方法，其包含以下步骤：

(1)将钢板，优选低碳钢板，拉伸成锅的形状，形成铁基锅体10；

(2)通过电化学沉积法在铁基锅体10的内外侧上形成内膜层20-1；

(3)通过化学沉积法在内膜层20-1上形成外膜层20-2；

(4)在具有复合膜层的铁基锅的内部形成不粘涂层30。

在本发明的一个实施方案中，所述铁基锅的制备方法还包含在具有复合膜层的铁基锅的外部形成彩色或黑色有机硅涂层40的步骤；优选进行喷涂黑色有机硅涂层，喷涂雾化压力0.2-0.3MPa，膜厚10-20μm，优选12-18μm，然后先在温度80-100℃下烘烤5-10min，再在温度280-300℃条件下烧结20-30min。

在本发明的一个实施方案中，在步骤(1)中，选用低碳钢板，例如宝钢DC01低碳钢，拉伸成内锅形状，并进行除油，打砂等处理，形成铁基锅体10。

本发明的在步骤(2)中，将铁基锅体10放入电解溶液中，反应15-20秒，使铁基锅体10表面形成内膜层20-1，其厚度3-15μm，优选5-12μm；所述的内膜层20-1，按重量％计，由以下成分组成：C为0.8-2％，F为1-2.5％，Al为50-60％，Si为8-15％，Fe为25-35％；所述电解溶液，基于溶液的总重量计，含有氯化铝8-12％，氯化铁0.5-1％，硫酸锆0.5-2％，整平剂0.1-0.5％，附着力促进剂0.1-0.5％，其通过加入0.05-0.3mol/L的盐酸调节PH值为3-6，优选所述电解溶液，基于溶液的总重量计，含有氯化铝9-11％，氯化铁0.7-1％，硫酸锆1.0-1.8％，整平剂0.3-0.4％，附着力促进剂0.2-0.4％，其中整平剂优选丁炔二醇C₄H₆O₂、附着力促进剂优选十七氟癸基三甲氧基硅烷。具体而言，将锅体放入上述电解溶液中，PH值调到3-6之间，常温下接通直流电源，锅体工件接在阳极，阴极连接碳板，电流密度调整为0.5-1A/dm²，通过电化学反应15-20S，使锅体表面形成内膜层20-1，其厚度3-15μm，优选5-12μm。所述内膜层20-1具有很强的防锈能力和催化物质在其面层上沉积的能力。

本发明的在步骤(3)中，将形成有内膜层20-1的铁基锅体10浸入化学溶液中，在内膜层20-1上形成外膜层20-2，其厚度12-30μm，优选15-25μm；所述的外膜层20-2，按重量％计，由以下成分组成：C为0.5-1％，O为2.5-4％，Al为85-92％，Si为3-4.5％，Fe为0.5-1％；所述的化学溶液，基于溶液的总重量计，含有氯化铝10-15％，氯化铁0.5-1％，硅酸钠2-5％，整平剂0.1-0.5％，优选所述的化学溶液，基于溶液的总重量计，含有氯化铝12-15％，氯化铁0.7-1％，硅酸钠3-5％，整平剂0.2-0.5％，其通过加入0.1-0.4mol/L的盐酸调节PH值为2-4，其中整平剂优选丁炔二醇C₄H₆O₂。具体而言，将电化学沉积过内膜层20-1的锅体浸入上述的化学溶液中，将PH值调到2-4之间，温度60-100℃，化学沉积反应20-30min，形成外膜层20-2，厚度12-30μm，优选15-25μm。

本发明的在步骤(4)中，在具有复合膜层的铁基锅的内部形成不粘涂层30的步骤中，优选进行喷涂不粘涂层，喷涂雾化压力0.2-0.3MPa，膜厚10-30μm，优选15-26μm，然后先在温度80-120℃下烘烤10-20min，再在温度380-400℃-下烧结20-30min。

所述的不粘涂层30可涂布一层或多层，例如2层或3层；所述不粘涂层为无机陶瓷涂层或氟涂层，例如PTFE氟涂层，膜厚为10-30μm，优选15-26μm。

在本发明的一个优选实施方案中，所述铁基锅的制备方法同时包含形成复合膜层20、不粘涂层30和有机硅涂层40的步骤。上述膜层或涂层厚度采用的SEM截面照片测量。

本发明还提供了所述铁基锅用作烹饪用的加热器具，所述加热方式可为电磁加热、电加热或燃料加热等。所述铁基锅尤其优选用作电压力锅、电饭锅的内锅的用途。

在本发明中，若无相反说明，则操作在常温常压条件进行。

在本发明中，除非另外说明，否则所有含量按照重量计。

在本发明中，所用物质均为已知物质，可以购得或通过已知的方法合成。

在本发明中，所用装置或设备均为所述领域已知的常规装置或设备，均可购得。

下面结合制备实施例对本发明作进一步详细描述。

铁基锅制备实施例：

实施例1

如下制备图1中所示的铁基锅：

(1)将宝钢DC01低碳钢钢板，切割尺寸厚度1.5mm,直径415mm，拉伸成锅的形状，形成铁基锅体10；

(2)通过电化学沉积法在铁基锅体10的内外层上形成内膜层20-1；将锅体放入电解溶液(氯化铝10％，氯化铁0.8％，硫酸锆1.2％，丁炔二醇0.3％，十七氟癸基三甲氧基硅烷0.3％，余量为水)中，用0.1mol/L的盐酸将PH值调到5，常温下接通直流电源，锅体工件接在阳极，阴极连接碳板，电流密度调整为1A/dm²，通过电化学反应20秒，使锅体表面形成内膜层20-1，内膜层20-1的厚度15μm；

(3)通过化学沉积法在内膜层20-1上形成外膜层20-2；将电化学沉积过内膜层20-1的锅体浸入化学溶液(氯化铝14％，氯化铁1％，硅酸钠5％，丁炔二醇0.4％，余量为水)中，用0.1mol/L的盐酸将PH值调到3，温度90℃，化学沉积反应30分钟，形成外膜层20-2，厚度26μm；

(4)具有复合膜层20的铁基锅的内部形成不粘涂层30；进行喷涂PTFE(例如，购自DuPont的Teflon系列的不粘锅涂料)涂层，喷涂雾化压力0.3MPa，涂布二层，膜厚20μm，然后先在温度120℃下烘烤20min，再在温度400℃下烧结30min。

(5)具有复合膜层的铁基锅的外部形成黑色有机硅涂层40；进行喷涂黑色有机硅涂层(例如，购自DuPont的有机硅类锅用涂料)，喷涂雾化压力0.3MPa，膜厚18μm，然后先在温度100℃下烘烤10min，再在温度300℃条件下烧结30min，得到铁基锅。

所获得的该示例性铁基锅的内膜层成分：C为1.44％，F为1.85％，Al为55.7％，Si为10.58％，Fe为30.43％；其外膜层成分：C为0.86％，O为3.40％，Al为91.15％，Si为3.91％，Fe为0.68％。

所述铁基锅包括具有多层结构的铁基锅体10，该多层结构从内到外依次包括不粘涂层30、外膜层20-2、内膜层20-1、铁基锅体10、内膜层20-1、外膜层20-2和有机硅涂层40。

其中不粘涂层30构成最内层，其厚度20μm。

有机硅涂层40构成最外层，其厚度18μm。

由外膜层20-2和内膜层20-1构成的复合膜层20构成铁基锅体10与不粘涂层30之间以及铁基锅体10与有机硅涂层40之间的过渡层，其中复合膜层20的内膜层20-1厚度15μm，外膜层20-2厚度26μm。

实施例2

如下制备图1中所示的铁基锅：

(2)通过电化学沉积法在铁基锅体10的内外层上形成内膜层20-1；将锅体放入电解溶液(氯化铝10％，氯化铁0.8％，硫酸锆1.2％，丁炔二醇0.3％，十七氟癸基三甲氧基硅烷0.3％，余量为水)中，用0.1mol/L的盐酸将PH值调到5，常温下接通直流电源，锅体工件接在阳极，阴极连接碳板，电流密度调整为1A/dm²，通过电化学反应18秒，使锅体表面形成内膜层20-1，内膜层20-1的厚度12μm；

(3)通过化学沉积法在内膜层20-1上形成外膜层20-2；将电化学沉积过内膜层20-1的锅体浸入化学溶液(氯化铝14％，氯化铁1％，硅酸钠5％，丁炔二醇0.4％，余量为水)中，用0.2mol/L的盐酸将PH值调到3，温度100℃，化学沉积反应30分钟，形成外膜层20-2，厚度24μm；

(4)具有复合膜层20的铁基锅的内部形成不粘涂层30；进行喷涂PTFE(例如，购自DuPont的Teflon系列的不粘锅涂料)涂层，喷涂雾化压力0.3MPa，涂布三层，膜厚26μm，然后先在温度120℃下烘烤20min，再在温度400℃下烧结30min。

(5)具有复合膜层的铁基锅的外部形成黑色有机硅涂层40；进行喷涂黑色有机硅(例如，购自DuPont的有机硅类锅用涂料)涂层，喷涂雾化压力0.3MPa，膜厚20μm，然后先在温度100℃下烘烤10min，再在温度300℃条件下烧结30min，得到铁基锅。

所获得的该示例性铁基锅的内膜层成分：C为1.48％，F为1.92％，Al为54.9％，Si为10.32％，Fe为31.38％；其外膜层成分：C为0.91％，O为3.38％，Al为91.05％，Si为3.90％，Fe为0.76％。

其中不粘涂层30构成最内层，其厚度26μm。

有机硅涂层40构成最外层，其厚度20μm。

由外膜层20-2和内膜层20-1构成的复合膜层20构成铁基锅体10与不粘涂层30之间以及铁基锅体10与有机硅涂层40之间的过渡层，其中复合膜层20的内膜层20-1厚度12μm，外膜层20-2厚度24μm。

铁基锅抗腐蚀性能测试(煮盐水实验)：

实验过程为：将浓度为5％的盐水加入内锅中直到内锅壁最大刻度水位处，把内锅放入电压力锅中通电在老化模式下工作(合盖)24小时为一个周期，双层涂料进行4个周期。试验结束后用水洗去黏在内锅表面的盐，用软布或纸巾擦干后，目视检查涂层变化状况(试验过程中每周期点检一次并向锅中加入自来水，将液面保持在试验开始时的位置，记录涂层变化状况)。试验后观察涂层表面无腐蚀、穿孔、起泡、脱落等不良现象。

结果显示，本发明的实施例1和2中的铁锅无生锈现象，不粘涂层无起泡脱落；而市购铁基锅在煮35小时之后有生锈现象。

可见实施例1和2中的复合膜层作为铁基锅体的防锈层，可极大提升铁基锅抗蚀性能，同时提高了不粘涂层与复合膜层的连接强度，即提高了不粘涂层与铁基锅的结合强度，使得不粘涂层不易脱落。

Claims

1.一种铁基锅，其包含铁基锅体和不粘涂层，其特征在于还包含由内膜层和外膜层构成的复合膜层，所述复合膜层施加在铁基锅体内侧；

所述的内膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为0.8-2％，F为1-2.5％，Al为50-60％，Si为8-15％，Fe为25-35％；上述成分总和为100％；

所述的外膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为0.5-1％，O为2.5-4％，Al为85-92％，Si为3-4.5％，Fe为0.5-1％；上述成分总和为100％；

所述不粘涂层，其涂布在内侧的复合膜层上。

2.权利要求1的铁基锅，其特征在于所述铁基锅体的外侧还施加有复合膜层。

3.权利要求2的铁基锅，还包括有机硅涂层，其涂布在外侧的复合膜层上；所述有机硅涂层为彩色层或黑色层，膜厚为10-20μm。

4.权利要求3的铁基锅，所述有机硅涂层的膜厚为12-18μm。

5.权利要求1或2的铁基锅，其中所述的内膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为1.1-1.6％，F为1.5-2.2％，Al为52-58％，Si为8.5-13.5％，Fe为26.5-33.5％；上述成分总和为100％；所述内膜层，其厚度3-15μm；

所述的外膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为0.6-0.95％，O为2.8-3.8％，Al为87.5-91.6％，Si为3.2-4.2％，Fe为0.55-0.95％；上述成分总和为100％；所述外膜层，其厚度12-30μm。

6.权利要求5的铁基锅，所述的内膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为1.2-1.5％，F为1.6-2.0％，Al为53-56％，Si为8.5-12％，Fe为28-31.5％；上述成分总和为100％。

7.权利要求5的铁基锅，所述内膜层，其厚度为5-12μm。

8.权利要求5的铁基锅，所述的外膜层，按重量％计，由以下成分组成：C为0.7-0.9％，O为3.0-3.45％，Al为89.5-91.15％，Si为3.5-4.0％，Fe为0.6-0.81％；上述成分总和为100％。

9.权利要求5的铁基锅，所述外膜层，其厚度为15-25μm。

10.权利要求1或2的铁基锅，其中所述的不粘涂层可涂布一层或多层；所述不粘涂层为无机陶瓷涂层或氟涂层，膜厚为10-30μm。

11.权利要求10的铁基锅，其中所述的不粘涂层可涂布2层或3层。

12.权利要求10的铁基锅，所述不粘涂层为聚四氟乙烯涂层。

13.权利要求10的铁基锅，所述不粘涂层膜厚为15-26μm。

14.一种权利要求1-13任一项的铁基锅的制备方法，其包含以下步骤：

(1)将钢板，拉伸成锅的形状，形成铁基锅体；

(2)通过电化学沉积法在铁基锅体的内侧或内外侧上形成内膜层；

(3)通过化学沉积法在内膜层上形成外膜层；

(4)在具有复合膜层的铁基锅的内部形成不粘涂层。

15.权利要求14的铁基锅的制备方法，其中所述钢板为低碳钢板。

16.权利要求14的铁基锅的制备方法，还包含在具有复合膜层的铁基锅的外部形成彩色或黑色有机硅涂层的步骤；喷涂雾化压力0.2-0.3MPa，膜厚10-20μm，然后先在温度80-100℃下烘烤5-10min，再在温度280-300℃条件下烧结20-30min。

17.权利要求14的铁基锅的制备方法，其中所述不粘涂层优选采用喷涂进行；所述喷涂的雾化压力0.2-0.3MPa，膜厚10-30μm，然后先在温度80-120℃下烘烤10-20min，再在温度380-400℃下烧结20-30min。

18.权利要求14-17之一的铁基锅的制备方法，其中将铁基锅体放入电解溶液中，反应15-20秒，使铁基锅体表面形成内膜层，其厚度3-15μm；所述电解溶液，基于溶液的总重量计，含有氯化铝8-12％，氯化铁0.5-1％，硫酸锆0.5-2％，整平剂0.1-0.5％，附着力促进剂0.1-0.5％，所述电解溶液通过加入0.05-0.3mol/L的盐酸调节PH值为3-6。

19.权利要求14-17之一的铁基锅的制备方法，其中将形成有内膜层的铁基锅体浸入化学溶液中，在温度60-100℃下，反应20-30min，在内膜层上形成外膜层，其厚度12-30μm；所述的化学溶液，基于溶液的总重量计，含有氯化铝10-15％，氯化铁0.5-1％，硅酸钠2-5％，整平剂0.1-0.5％，其通过加入0.1-0.4mol/L的盐酸调节PH值为2-4。

20.权利要求1-13之一的铁基锅用作烹饪用加热器具的用途。

21.根据权利要求20所述的用途，所述烹饪用加热器具是电压力锅、电饭锅的内锅。