CN107080468A - 一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具及其生产工艺 - Google Patents

一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具及其生产工艺，包括锅体和陶瓷涂料，该锅体为铝合金制，包括以下按质量百分比的成分：Si 0.45‑1.20wt％、Fe 0.20‑1.05wt％、Cu 0.15‑2.40wt％、Mn 0.10‑3.50wt％、Zn 0.30‑4.60wt％、Cr 0.06‑0.48%、Ni 0.011‑0.24%、Ti 0.04‑0.16%，余量为Al和不可避免的杂质，所述陶瓷涂料按重量份计包括以下原料：有机硅烷20‑40份、钛粉15‑35份、钢纤维10‑30份、滑石粉10‑30份、聚羧酸酯5‑25份、填料5‑25份、助剂4‑12份、乙醇20‑40份。其生产工艺是先通过熔炼、浇筑热处理等工序将锅体制出，再将陶瓷涂料配置成浆料涂覆在锅体表面，最后经辐照和强化处理等步骤制得成品。该种不粘锅具的锅体组织结构致密，理化性能优良，硬度强度高，使用寿命长，其上的陶瓷耐磨涂料耐刮擦，具有显著的热稳定性和不粘性，绿色环保。

Description

一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具及其生产工艺
技术领域
本发明属于不粘锅具制造领域，具体涉及一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具及其生产工艺。
背景技术
目前的不粘锅具材料本身不具备不粘性能，只是在锅具材料成型后，在表面进行特殊处理才能达到不粘的效果。目前普遍是在锅体表面喷涂一层不粘涂层来实现不粘功能，但是不粘涂层本身不耐磨，容易脱落。由于锅体表面粗糙度较低，附着在锅体表面的不粘涂层很容易被锅铲或者坚硬食物划伤和刮掉，从而导致不粘涂层寿命较短，使得锅具不粘性能慢慢变差，甚至失去不粘性能，也会产生了人们饮食的健康问题。因此，不粘锅锅体和其上的涂料在原料的选择和制备上尤为关键，如何解决不粘锅锅体使用寿命低，更好地与涂层相适配以及涂层的耐刮擦和健康环保性等问题，成为相关行业技术人员不断改进的方向。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具及其生产工艺，该种不粘锅具的锅体组织结构致密，理化性能优良，硬度强度高，使用寿命长，其上的陶瓷耐磨涂料耐刮擦，具有显著的热稳定性和不粘性，绿色环保。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，包括锅体和陶瓷涂料，所述锅体为铝合金制，包括以下按质量百分比的成分：Si 0.45-1.20wt％、Fe 0.20-1.05wt％、Cu 0.15-2.40wt％、Mn0.10-3.50wt％、Zn 0.30-4.60wt％、Cr 0.06-0.48%、Ni 0.011-0.24%、Ti 0.04-0.16%，余量为Al和不可避免的杂质；
所述陶瓷涂料按重量份计包括以下原料：有机硅烷20-40份、钛粉15-35份、钢纤维10-30份、滑石粉10-30份、聚羧酸酯5-25份、填料5-25份、助剂4-12份、乙醇20-40份。
进一步地，所述不可避免的杂质所占锅体成分的质量百分比≤0.1%。
进一步地，所述陶瓷涂料按重量份计包括以下原料：有机硅烷25-35份、钛粉20-30份、钢纤维15-25份、滑石粉15-25份、聚羧酸酯10-20份、填料10-20份、助剂6-10份、乙醇25-35份。
更进一步地，所述陶瓷涂料按重量份计包括以下原料：有机硅烷30份、钛粉25份、钢纤维20份、滑石粉20份、聚羧酸酯15份、填料15份、助剂8份、乙醇30份。
优选地，所述有机硅烷为甲基三乙氧基硅烷，胺基二乙氧基硅烷或二甲基二甲氧基硅烷中的一种或者多种。
优选地，所述填料包括氧化铁、氧化钇、氧化锆、氮化硼和凹土粉。
优选地，所述助剂按质量百分比计包括粘合剂45%、流平剂25%和分散剂30%。
优选地，所述粘合剂为磷酸二氢铝和硅溶胶。
所述含陶瓷耐磨涂层不粘锅具的生产工艺，按照以下步骤进行：
（1）根据不粘锅具锅体材料的化学成分要求以及原料的实际化学成分，计算出所需各种原料的配比，按照计算出的配比用量称取所用的原料加入到混合机中，混合20～40分钟，制成混合料；
（2）将步骤（1）中的混合料加入到电弧炉中进行熔化精炼，控制二次电压为100～250V，电流3000～6000A，熔化时间为50～120分钟；
（3）将步骤（3）中熔化好的熔液注入凹模，再将凸模压下加压成型，制成锅体粗坯；
（4）待模中铁锅冷却后取出锅体粗坯；
（5）对锅体粗坯进行热处理和机械精磨抛光，热处理包括淬火处理和回火处理，淬火处理的温度为780-860℃，保温1小时后纯净水中快速冷却，回火处理的温度为150-250℃，保温3-4小时后空冷，得锅体半成品；
（6）将所述陶瓷涂料配置成浆料，涂覆在锅体内外表面；
（7）在惰性气氛中，以激光作为热源在锅体表面辐照形成熔池，使涂料在锅体表面上生成陶瓷涂层；
（8）最后采用脉冲Nd:YAG激光对上述陶瓷涂层进行强化处理，即可，电流为200～280A，脉宽为2～4ms，频率15～40Hz，扫描速率为30～60mm/min。
本发明具有如下有益效果：
（1）本发明的不粘锅具锅体通过特定化学成分的选用和生产工艺，使得材料组织结构致密，理化性能优良，冷热硬度及抗拉抗压强度高，提高了锅具质量，延长了锅具使用寿命，并且具有良好的涂料附着性；
（2）本发明的不粘锅具锅体陶瓷涂层具有高耐刮擦性，热稳定性和不粘性能优良，脱料颗粒小，无毒环保，符合当前国际环境组织和国家所提出的 “安全、健康、节能、绿色、环保”的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，包括锅体和陶瓷涂料，所述锅体为铝合金制，包括以下按质量百分比的成分：Si 0.45wt％、Fe 0.20wt％、Cu 0.15wt％、Mn 0.10wt％、Zn0.30wt％、Cr 0.06%、Ni 0.011%、Ti 0.04%，余量为Al和不可避免的杂质，且该不可避免的杂质所占锅体成分的质量百分比≤0.1%；
上述陶瓷涂料包括以下原料：有机硅烷20kg、钛粉15kg、钢纤维10kg、滑石粉10kg、聚羧酸酯5kg、填料5kg、助剂4kg、乙醇20kg。
其中，上述有机硅烷采用甲基三乙氧基硅烷，填料包括氧化铁、氧化钇、氧化锆、氮化硼和凹土粉，且各成分之间的质量比为1:1:1:1:2，助剂按质量百分比计包括粘合剂45%、流平剂25%和分散剂30%，且粘合剂采用磷酸二氢铝和硅溶胶两种原料的混合物，且两者之间的质量比为1:1，其他的助剂采用市场上常用的物料即可。
所述含陶瓷耐磨涂层不粘锅具的生产工艺，按照以下步骤进行：
（1）根据不粘锅具锅体材料的化学成分要求以及原料的实际化学成分，计算出所需各种原料的配比，按照计算出的配比用量称取所用的原料加入到混合机中，混合20分钟，制成混合料；
（2）将步骤（1）中的混合料加入到电弧炉中进行熔化精炼，控制二次电压为100V，电流3000A，熔化时间为50分钟；
（3）将步骤（3）中熔化好的熔液注入凹模，再将凸模压下加压成型，制成锅体粗坯；
（4）待模中铁锅冷却后取出锅体粗坯；
（5）对锅体粗坯进行热处理和机械精磨抛光，热处理包括淬火处理和回火处理，淬火处理的温度为780℃，保温1小时后纯净水中快速冷却，回火处理的温度为150℃，保温3小时后空冷，得锅体半成品；
（6）将所述陶瓷涂料配置成浆料，涂覆在锅体内外表面；
（7）在惰性气氛氩气条件中，以激光作为热源在锅体表面辐照形成熔池，使涂料在锅体表面上生成陶瓷涂层；
（8）最后采用脉冲Nd:YAG激光对上述陶瓷涂层进行强化处理，即制得本发明的含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其中，上述强化处理中的电流为200A，脉宽为2ms，频率15Hz，扫描速率为30mm/min。
实施例2
一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，包括锅体和陶瓷涂料，所述锅体为铝合金制，包括以下按质量百分比的成分：Si 0.55wt％、Fe 0.35wt％、Cu 0.60wt％、Mn 0.80wt％、Zn1.20wt％、Cr 0.12%、Ni 0.014%、Ti 0.06%，余量为Al和不可避免的杂质，且不可避免的杂质所占锅体成分的质量百分比≤0.1%；
所述陶瓷涂料包括以下原料：有机硅烷25kg、钛粉20kg、钢纤维15kg、滑石粉15kg、聚羧酸酯10kg、填料10kg、助剂6kg、乙醇25kg。
其中，上述有机硅烷采用胺基二乙氧基硅烷，填料包括氧化铁、氧化钇、氧化锆、氮化硼和凹土粉，且各成分之间的质量比为1:1:1:1:2，助剂按质量百分比计包括粘合剂45%、流平剂25%和分散剂30%，且粘合剂采用磷酸二氢铝和硅溶胶两种原料的混合物，且两者之间的质量比为1:1，其他的助剂采用市场上常用的物料即可。
所述含陶瓷耐磨涂层不粘锅具的生产工艺，按照以下步骤进行：
（1）根据不粘锅具锅体材料的化学成分要求以及原料的实际化学成分，计算出所需各种原料的配比，按照计算出的配比用量称取所用的原料加入到混合机中，混合25分钟，制成混合料；
（2）将步骤（1）中的混合料加入到电弧炉中进行熔化精炼，控制二次电压为150V，电流4000A，熔化时间为75分钟；
（3）将步骤（3）中熔化好的熔液注入凹模，再将凸模压下加压成型，制成锅体粗坯；
（4）待模中铁锅冷却后取出锅体粗坯；
（5）对锅体粗坯进行热处理和机械精磨抛光，热处理包括淬火处理和回火处理，淬火处理的温度为800℃，保温1小时后纯净水中快速冷却，回火处理的温度为180℃，保温3.2小时后空冷，得锅体半成品；
（6）将所述陶瓷涂料配置成浆料，涂覆在锅体内外表面；
（7）在惰性气氛氩气条件中，以激光作为热源在锅体表面辐照形成熔池，使涂料在锅体表面上生成陶瓷涂层；
（8）最后采用脉冲Nd:YAG激光对上述陶瓷涂层进行强化处理，即制得本发明的含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其中，上述强化处理中的电流为220A，脉宽为2ms，频率25Hz，扫描速率为40mm/min。
实施例3
一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，包括锅体和陶瓷涂料，所述锅体为铝合金制，包括以下按质量百分比的成分：Si 0.80wt％、Fe 0.65wt％、Cu 1.20wt％、Mn 2.10wt％、Zn2.30wt％、Cr 0.24%、Ni 0.12%、Ti 0.08%，余量为Al和不可避免的杂质，且不可避免的杂质所占锅体成分的质量百分比≤0.1%；
所述陶瓷涂料按重量份计包括以下原料：有机硅烷30kg、钛粉25kg、钢纤维20kg、滑石粉20kg、聚羧酸酯15kg、填料15kg、助剂8kg、乙醇30kg。
其中，上述有机硅烷采用胺基二乙氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷两种，且两者之间的质量比为2:1，填料包括氧化铁、氧化钇、氧化锆、氮化硼和凹土粉，且各成分之间的质量比为1:1:1:1:3，助剂按质量百分比计包括粘合剂45%、流平剂25%和分散剂30%，且粘合剂采用磷酸二氢铝和硅溶胶两种原料的混合物，且两者之间的质量比为1:1，其他的助剂采用市场上常用的物料即可。
所述含陶瓷耐磨涂层不粘锅具的生产工艺，按照以下步骤进行：
（1）根据不粘锅具锅体材料的化学成分要求以及原料的实际化学成分，计算出所需各种原料的配比，按照计算出的配比用量称取所用的原料加入到混合机中，混合30分钟，制成混合料；
（2）将步骤（1）中的混合料加入到电弧炉中进行熔化精炼，控制二次电压为200V，电流4500A，熔化时间为80分钟；
（3）将步骤（3）中熔化好的熔液注入凹模，再将凸模压下加压成型，制成锅体粗坯；
（4）待模中铁锅冷却后取出锅体粗坯；
（5）对锅体粗坯进行热处理和机械精磨抛光，热处理包括淬火处理和回火处理，淬火处理的温度为820℃，保温1小时后纯净水中快速冷却，回火处理的温度为200℃，保温3.5小时后空冷，得锅体半成品；
（6）将所述陶瓷涂料配置成浆料，涂覆在锅体内外表面；
（7）在惰性气氛氩气条件中，以激光作为热源在锅体表面辐照形成熔池，使涂料在锅体表面上生成陶瓷涂层；
（8）最后采用脉冲Nd:YAG激光对上述陶瓷涂层进行强化处理，即制得本发明的含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其中，上述强化处理中的电流为240A，脉宽为3ms，频率30Hz，扫描速率为45mm/min。
实施例4
一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，包括锅体和陶瓷涂料，所述锅体为铝合金制，包括以下按质量百分比的成分：Si 1.00wt％、Fe 0.85wt％、Cu 1.80wt％、Mn 2.60wt％、Zn3.50wt％、Cr 0.40%、Ni 0.20%、Ti 0.14%，余量为Al和不可避免的杂质，且不可避免的杂质所占锅体成分的质量百分比≤0.1%；
所述陶瓷涂料包括以下原料：有机硅烷35kg、钛粉30kg、钢纤维25kg、滑石粉25kg、聚羧酸酯20kg、填料20kg、助剂10kg、乙醇35kg。
其中，上述有机硅烷采用甲基三乙氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷两种，且两者之间的质量比为1:1，填料包括氧化铁、氧化钇、氧化锆、氮化硼和凹土粉，且各成分之间的质量比为1:1:1:1:2，助剂按质量百分比计包括粘合剂45%、流平剂25%和分散剂30%，且粘合剂采用磷酸二氢铝和硅溶胶两种原料的混合物，且两者之间的质量比为1:2，其他的助剂采用市场上常用的物料即可。
所述含陶瓷耐磨涂层不粘锅具的生产工艺，按照以下步骤进行：
（1）根据不粘锅具锅体材料的化学成分要求以及原料的实际化学成分，计算出所需各种原料的配比，按照计算出的配比用量称取所用的原料加入到混合机中，混合35分钟，制成混合料；
（2）将步骤（1）中的混合料加入到电弧炉中进行熔化精炼，控制二次电压为220V，电流5000A，熔化时间为100分钟；
（3）将步骤（3）中熔化好的熔液注入凹模，再将凸模压下加压成型，制成锅体粗坯；
（4）待模中铁锅冷却后取出锅体粗坯；
（5）对锅体粗坯进行热处理和机械精磨抛光，热处理包括淬火处理和回火处理，淬火处理的温度为840℃，保温1小时后纯净水中快速冷却，回火处理的温度为220℃，保温3.8小时后空冷，得锅体半成品；
（6）将所述陶瓷涂料配置成浆料，涂覆在锅体内外表面；
（7）在惰性气氛氩气条件中，以激光作为热源在锅体表面辐照形成熔池，使涂料在锅体表面上生成陶瓷涂层；
（8）最后采用脉冲Nd:YAG激光对上述陶瓷涂层进行强化处理，即制得本发明的含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其中，上述强化处理中的电流为260A，脉宽为4ms，频率35Hz，扫描速率为50mm/min。
实施例5
一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，包括锅体和陶瓷涂料，所述锅体为铝合金制，包括以下按质量百分比的成分：Si 1.20wt％、Fe 1.05wt％、Cu 2.40wt％、Mn 3.50wt％、Zn4.60wt％、Cr 0.48%、Ni 0.24%、Ti 0.16%，余量为Al和不可避免的杂质，且不可避免的杂质所占锅体成分的质量百分比≤0.1%；
所述陶瓷涂料包括以下原料：有机硅烷40kg、钛粉35kg、钢纤维30kg、滑石粉30kg、聚羧酸酯25kg、填料25kg、助剂12kg、乙醇40kg。
其中，上述有机硅烷采用二甲基二甲氧基硅烷，填料包括氧化铁、氧化钇、氧化锆、氮化硼和凹土粉，且各成分之间的质量比为1:1:1:1:3，助剂按质量百分比计包括粘合剂45%、流平剂25%和分散剂30%，且粘合剂采用磷酸二氢铝和硅溶胶两种原料的混合物，且两者之间的质量比为1:2，其他的助剂采用市场上常用的物料即可。
所述含陶瓷耐磨涂层不粘锅具的生产工艺，按照以下步骤进行：
（1）根据不粘锅具锅体材料的化学成分要求以及原料的实际化学成分，计算出所需各种原料的配比，按照计算出的配比用量称取所用的原料加入到混合机中，混合40分钟，制成混合料；
（2）将步骤（1）中的混合料加入到电弧炉中进行熔化精炼，控制二次电压为250V，电流6000A，熔化时间为120分钟；
（3）将步骤（3）中熔化好的熔液注入凹模，再将凸模压下加压成型，制成锅体粗坯；
（4）待模中铁锅冷却后取出锅体粗坯；
（5）对锅体粗坯进行热处理和机械精磨抛光，热处理包括淬火处理和回火处理，淬火处理的温度为860℃，保温1小时后纯净水中快速冷却，回火处理的温度为250℃，保温4小时后空冷，得锅体半成品；
（6）将所述陶瓷涂料配置成浆料，涂覆在锅体内外表面；
（7）在惰性气氛中，以激光作为热源在锅体表面辐照形成熔池，使涂料在锅体表面上生成陶瓷涂层；
（8）最后采用脉冲Nd:YAG激光对上述陶瓷涂层进行强化处理，即制得本发明的含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其中，上述强化处理中的电流为280A，脉宽为4ms，频率40Hz，扫描速率为60mm/min。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，包括锅体和陶瓷涂料，其特征在于，所述锅体为铝合金制，包括以下按质量百分比的成分：Si 0.45-1.20wt％、Fe 0.20-1.05wt％、Cu 0.15-2.40wt％、Mn 0.10-3.50wt％、Zn 0.30-4.60wt％、Cr 0.06-0.48%、Ni 0.011-0.24%、Ti0.04-0.16%，余量为Al和不可避免的杂质；
所述陶瓷涂料按重量份计包括以下原料：有机硅烷20-40份、钛粉15-35份、钢纤维10-30份、滑石粉10-30份、聚羧酸酯5-25份、填料5-25份、助剂4-12份、乙醇20-40份。
2.根据权利要求1所述的一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其特征在于，所述不可避免的杂质所占锅体成分的质量百分比≤0.1%。
3.根据权利要求1所述的一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其特征在于，所述陶瓷涂料按重量份计包括以下原料：有机硅烷25-35份、钛粉20-30份、钢纤维15-25份、滑石粉15-25份、聚羧酸酯10-20份、填料10-20份、助剂6-10份、乙醇25-35份。
4.根据权利要求3所述的一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其特征在于，所述陶瓷涂料按重量份计包括以下原料：有机硅烷30份、钛粉25份、钢纤维20份、滑石粉20份、聚羧酸酯15份、填料15份、助剂8份、乙醇30份。
5.根据权利要求1所述的一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其特征在于，所述有机硅烷为甲基三乙氧基硅烷，胺基二乙氧基硅烷或二甲基二甲氧基硅烷中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其特征在于，所述填料包括氧化铁、氧化钇、氧化锆、氮化硼和凹土粉。
7.根据权利要求1所述的一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其特征在于，所述助剂按质量百分比计包括粘合剂45%、流平剂25%和分散剂30%。
8.根据权利要求7所述的一种含陶瓷耐磨涂层不粘锅具，其特征在于，所述粘合剂为磷酸二氢铝和硅溶胶。
9.一种根据权利要求1-8任一一项所述的含陶瓷耐磨涂层不粘锅具的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据不粘锅具锅体材料的化学成分要求以及原料的实际化学成分，计算出所需各种原料的配比，按照计算出的配比用量称取所用的原料加入到混合机中，混合20～40分钟，制成混合料；
（2）将步骤（1）中的混合料加入到电弧炉中进行熔化精炼，控制二次电压为100～250V，电流3000～6000A，熔化时间为50～120分钟；
（3）将步骤（3）中熔化好的熔液注入凹模，再将凸模压下加压成型，制成锅体粗坯；
（4）待模中铁锅冷却后取出锅体粗坯；
（5）对锅体粗坯进行热处理和机械精磨抛光，热处理包括淬火处理和回火处理，淬火处理的温度为780-860℃，保温1小时后纯净水中快速冷却，回火处理的温度为150-250℃，保温3-4小时后空冷，得锅体半成品；
（6）将所述陶瓷涂料配置成浆料，涂覆在锅体内外表面；
（7）在惰性气氛中，以激光作为热源在锅体表面辐照形成熔池，使涂料在锅体表面上生成陶瓷涂层；
（8）最后采用脉冲Nd:YAG激光对上述陶瓷涂层进行强化处理，即可，电流为200～280A，脉宽为2～4ms，频率15～40Hz，扫描速率为30～60mm/min。
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