CN108078363A - 一种锅具遮蔽冷喷涂的方法及其制备的锅具和烹饪器具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锅具遮蔽冷喷涂的方法及其制备的锅具和烹饪器具,包括：利用遮蔽工装遮挡于锅具待遮蔽区域，通过工作气体将导磁粉末冷喷涂在锅具的待喷涂区域，所述导磁粉末在锅具待喷涂区域形成磁性涂层。本遮蔽冷喷涂方法可对锅具产品特定功能区进行磁性涂层的选择性制备，并采用遮蔽工装对磁性涂层有效区域外的部分进行遮蔽，节约成本，提高生产效率。本方法适用于电饭煲及其内胆、电压力锅及其内胆、炖锅、煎锅、炒锅等锅具。

Description

一种锅具遮蔽冷喷涂的方法及其制备的锅具和烹饪器具
技术领域
本发明涉及一种锅具遮蔽冷喷涂的方法及其制备的锅具和烹饪器具,属于锅具冷喷涂领域。
背景技术
通过加热状态下的高速气流辅助的超音速冷喷涂技术，制备的磁性涂层结合力好、结构致密、孔隙率低，其涂层的性能明显优于热喷涂制备的涂层。
小家电产品，如锅具(内胆)、炊具(煎锅、炒锅)等，可选用铝合金、铁(铸铁)、不锈钢、玻璃、陶瓷等材质制备，为实现这些产品的功能性，可采用冷喷技术在它们的表面制备功能性涂层。例如，在铝锅底部制备高磁导率的磁性涂层，如Fe、Ni、Co、Fe-Si合金、430不锈钢等涂层；或在铁锅底部制备高蓄热的涂层，如Al等涂层。
高压冷喷涂工艺使用的气压高，粒子对基体材料的冲击力较大(气压高1-3MPa)、粒子飞行速率快(500-800m/s)。且喷枪喷嘴具有一定的孔径(3-5mm)，喷涂粒子束具有一定的发散性，若无特制的遮蔽治具，喷涂粒子束可能对无需喷涂的区域造成影响甚至破坏。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种锅具遮蔽冷喷涂的方法及其制备的锅具和烹饪器具,本方法可对锅具产品特定功能区进行磁性涂层的选择性制备，并采用遮蔽工装对磁性涂层有效区域外的部分进行遮蔽，节约成本，提高生产效率。本方法适用于电饭煲及其内胆、电压力锅及其内胆、炖锅、煎锅、炒锅等锅具。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种锅具遮蔽冷喷涂的方法,包括：
利用遮蔽工装遮挡于锅具待遮蔽区域，通过工作气体将导磁粉末冷喷涂在锅具的待喷涂区域，所述导磁粉末在锅具待喷涂区域形成磁性涂层。
待遮蔽区域一般指锅具产品中靠近待喷涂区域边缘且与其相接的区域。
本发明的有益效果是：
本发明提供的锅具遮蔽冷喷涂方法,可满足锅具或炊具特定区域制备冷喷涂磁性涂层的需要，在制备磁性涂层过程中，仅对特定功能区域进行磁性涂层制备，而无需喷涂区域则采用遮蔽工装进行遮蔽。在确保实现产品功能需求的同时，尽可能的提高喷涂效率，节约材料和生产成本，保证锅具产品外观良好。另外，如果没有设置遮蔽工装进行遮蔽，通过冷喷涂的磁性涂层的边缘部分往往致密度较差，难以满足电磁感应加热的要求。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述遮蔽工装包括遮蔽结构体和与其连接的机械手，其中，所述遮蔽结构体采用陶瓷、刚玉、碳化硅、人造金刚石、立方氮化硼或硬质合金为材料制得，所述遮蔽结构体的形状与锅具待遮蔽区域结构的形状匹配。
进一步，所述遮蔽结构体采用焊接、铆接或螺纹连接固定于所述机械手上，冷喷涂锅具时，以机械手为传动机构，在设定的移动程序操控下，机械手快速灵活将遮蔽结构体移动至待遮蔽区域，并使遮蔽结构体紧贴待遮蔽区域,精准遮蔽。
本发明合理设计遮蔽工装结构，采用高强、高硬材料制备遮蔽结构体，提高遮蔽工装使用寿命。将遮蔽结构体结构加工成与待遮蔽区域结构匹配，在机械手的固定和传动下，对待遮蔽区域进行针对性的保护，具有提高喷涂效率、满足涂层外观需求、减少后续加工工序等作用，保证锅具产品表面的磁性涂层进行有效制备，防止待遮蔽区域发生因涂层沉积而导致的破坏。
进一步，所述冷喷涂的工艺参数为：喷射压力为1-4Mpa。
进一步，喷射时工作气体加热至400-1100℃。
进一步，工作气体速度为1-2m3/min。
进一步，导磁粉末输送速度为5-15kg/h。
进一步，喷射距离为10-50mm。
进一步，消耗功率为15-55kW。
采用上述参数有益效果是提升磁性涂层的致密性和结合力等。
合适的喷射压力，有利于保证导磁涂层具备良好的结合力，如果压力过高，会导致后期喷涂的粉末难以沉积，导磁涂层厚度无法增加的问题；如果压力过低，会导致金属粉末的速率低于其沉积的临界速率，始终难以在基体表面沉积的问题。
合适的工作气体加热温度，有利于提升导磁涂层的致密性和结合力等，如果温度过高，会导致喷枪长期经受高温，零部件容易损伤的问题；如果温度过低，会导致导磁涂层结合力和致密性较差等问题。
合适的工作气体速度，有利于保证粉末粒子具有足够的速度(略高于其沉积的临界速度)，粉末能有效沉积，如果气体速度过高，会导致粒子飞行速度过高，将原有导磁涂层冲蚀掉，后期导磁涂层难以沉积的问题；如果气体速度过低，会导致粉末粒子飞行速度低、粉末难以在锅体表面沉积的问题。
合适的导磁粉末输送速度，有利于提高粉末的有效沉积率，如果输送速度过高，会导致粉末的平均飞行速率下降，粉末的沉积率下降的问题；如果输送速度过低，会导致粉末的有效沉积速率下降的问题。
合适的喷射距离，有利于提高导磁涂层的沉积效率，如果喷射距离过高，会导致粒子飞行至基体表面时的速度过低，难以沉积的问题；如果喷射距离过低，会导致粒子飞行至基体表面时的速度过高，将前期制备的导磁涂层冲蚀掉而后期的导磁涂层难以沉积增厚的问题。
合适的消耗功率，有利于对保护气体进行有效加热，热的保护气体可对粉末进行良好的预热，使其达到合适的喷涂温度，如果消耗功率过高，会导致气体温度过高，容易对喷嘴的密封圈等造成损伤问题；如果消耗功率过低，会导致保护气体的加热温度较低，粉末预热温度不足，导磁涂层结合力较差等问题。
进一步，所述工作气体为氩气、氦气、氮气中的一种或任意几种的混合。
上述工作气体具有保护气氛的特点，在磁性涂层制备过程中，保护涂层的粉末不被大量氧化。
进一步，所述导磁粉末为Fe、Ni、Co、Fe-Si合金、430不锈钢中的一种或任意几种的混合。所述导磁粉末的粒径为1-50μm。所述导磁粉末的纯度(质量分数)为95％-99.99％。
采用上述粒径和纯度的导磁粉末有益形成均匀致密、结合力强的涂层，使该涂层具备良好的电磁加热性能。
进一步，所述磁性涂层的厚度为0.1-1mm。
采用上述厚度的磁性涂层有利于涂层具备良好的电磁加热效果，并提高生产效率。
进一步，所述磁性涂层位于锅具的内表面或外表面。
本发明所用冷喷涂设备可以通过自己研发获得，也可以通过市购获得。
本发明还提供一种锅具，所述锅具根据上述的方法制成，所述待遮蔽区域位于所述锅具的底部中心，以使通过冷喷涂的所述磁性涂层呈环形。
本发明还提供一种烹饪器具，所述烹饪器具包括上述的锅具、电磁感应线圈和温控器，所述电磁感应线圈与所述磁性涂层相对设置，所述温控器位于所述待遮蔽区域内。通过这样的设置可以减少感应电流对温控器测温的影响，有利于提高测温的准确性。
附图说明
图1为实施例1遮蔽冷喷涂时遮蔽工装与锅具内锅配合使用的结构示意图；
图2为实施例2遮蔽冷喷涂时遮蔽工装与电饭煲内胆配合使用的结构示意图；
图3为实施例3遮蔽冷喷涂时遮蔽工装与煎锅配合使用的结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件如下：
1、待喷涂区域，2、遮蔽结构体，3、机械手。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，利用高压冷喷涂技术在锅具内锅底部外侧面待喷涂区域1喷涂Fe粉，制备磁性涂层。
为确保含磁性涂层的内锅具有良好的电参数(Ls、Rs值)，并使内锅底部中心区域与温度热传感器具有良好敏锐的接触效果，可使内锅底部外侧面中心直径2-4cm的区域不形成涂层，对该区域进行遮蔽处理，即为待遮蔽区域，而除该区域外的内锅底部外侧面其它区域为待喷涂区域1，具体冷喷涂方法如下：
一种锅具遮蔽冷喷涂的方法,包括：利用遮蔽工装遮挡于内锅底部外侧面的待遮蔽区域，通过工作气体将导磁粉末冷喷涂在内锅底部外侧面的待喷涂区域1，所述导磁粉末在待喷涂区域1形成磁性涂层。
其中，所述遮蔽工装包括遮蔽结构体2和与其连接的机械手3，所述遮蔽结构体2采用硬质合金制得，为圆柱状，圆柱的直径与内锅底部外侧面待遮蔽区域直径相同。所述遮蔽结构体2采用焊接、铆接或螺纹连接固定于所述机械手3上。
当内锅移动至冷喷涂工位时，以机械手3为传动机构，在设定的移动程序操控下，机械手3快速灵活将遮蔽结构体1移动至待遮蔽区域，并使遮蔽结构体2紧贴待遮蔽区域,精准遮蔽，除待遮蔽区域外，待喷涂区域1可有效制备磁性涂层。
冷喷涂具体的工艺参数为：
(1)导磁粉末选自纯度为99.8％的Fe粉末，粉末粒度为10-20μm；工作气体采用高纯氮气，氮气的纯度为99.9％，喷涂距离为10-25mm；喷涂温度(即工作气体加热温度)为950-1000℃；消耗功率为25-35kW；导磁粉末输送速度为7-9kg/h；喷射压力为1.8-2.1Mpa；工作气体速度为1.6-1.8m3/min；
(2)制备的磁性涂层厚度为0.2-0.3mm，孔隙率为0.15-0.18％。安装有该内锅的锅具，电磁加热最大功率高达1830W，具体测试电性数据如表1所示。
本实施例还设有一个对比例1，对比例1与实施例1的区别在于待遮蔽区域不进行遮蔽，其余与实施例1完全一致，具体测试电性数据如表1所示。
实施例2
如图2所示，电饭煲内胆底部外侧面线圈盘有效加热的作用区域和圆弧过渡区域为待喷涂区域1，采用高压冷喷涂技术向待喷涂区域1喷涂430不锈钢，制备磁性涂层。
为确保内胆的磁性涂层具有良好的外观，并提高其喷涂效率，节约成本，需对其侧壁(圆弧过渡区域外)进行有效遮蔽，即为待遮蔽区域，使待遮蔽区域不会形成涂层，具体冷喷涂方法如下：
一种锅具遮蔽冷喷涂的方法,包括：利用遮蔽工装遮挡于电饭煲内胆待遮蔽区域，通过工作气体将导磁粉末冷喷涂在电饭煲内胆的待喷涂区域1，所述导磁粉末在待喷涂区域1形成磁性涂层。
其中，所述遮蔽工装包括遮蔽结构体2和与其连接的机械手3，所述遮蔽结构体2采用硬质合金制得，所述遮蔽结构体2为内部由CNC加工成中空的圆台状。所述遮蔽结构体2采用焊接、铆接或螺纹连接固定于所述机械手3上。
当电饭煲内胆移动至冷喷涂工位时，以机械手3为传动机构，在设定的移动程序操控下，机械手3快速灵活将遮蔽结构体2移动至待遮蔽区域，并使遮蔽结构体2紧贴待遮蔽区域,精准遮蔽，遮蔽结构体2内部中空区域的形状与待遮蔽区域结构匹配，其外壁可有效遮蔽待遮蔽区域。
冷喷涂的具体工艺参数为：
(1)导磁粉末选自纯度为99.9％的430不锈钢粉末，粉末粒度为10-20μm；工作气体采用高纯氦气，氦气的纯度为99.9％，喷涂距离为10-20mm；喷涂温度(即工作气体加热温度)为900-950℃；消耗功率为20-30kW；导磁粉末输送速度为7-9kg/h；喷射压力为1.8-2.0Mpa；工作气体速度为1.8-2.0m3/min；
(2)制备的磁性涂层厚度为0.3-0.4mm，孔隙率为0.21％-0.24％，安装有该内胆的电饭煲，电磁加热最大功率高达1740W，具体测试电性数据如表1所示。
实施例3
如图3所示，铝合金材质平底煎锅底部外侧面线圈盘有效加热的作用区域及圆弧过渡区域为待喷涂区域1，采用高压冷喷涂技术向待喷涂区域1喷涂430不锈钢粉，制备磁性涂层。
为确保煎锅底部外侧面的磁性涂层具有良好的外观，并提高其喷涂效率，节约成本，需对其侧壁圆弧区域进行有效遮蔽，使侧壁不会形成涂层，即为待遮蔽区域，具体冷喷涂方法如下：
一种锅具遮蔽冷喷涂的方法,包括：利用遮蔽工装遮挡于煎锅待遮蔽区域，通过工作气体将导磁粉末冷喷涂在煎锅的待喷涂区域1，所述导磁粉末在待喷涂区域1形成磁性涂层。
其中，所述遮蔽工装包括遮蔽结构体2和与其连接的机械手3，所述遮蔽结构体2采用氮化硅制得，所述遮蔽结构体2为内部由CNC加工成中空的圆台状。所述遮蔽结构体2采用焊接、铆接或螺纹连接固定于所述机械手3上。
当煎锅移动至冷喷涂工位时，以机械手3为传动机构，在设定的移动程序操控下，机械手3快速灵活将遮蔽结构体2移动至待遮蔽区域，并使遮蔽结构体2紧贴待遮蔽区域,精准遮蔽，遮蔽结构体2内部中空区域的形状与待喷涂区域1结构匹配，其外壁可有效遮蔽待遮蔽区域。
冷喷涂的具体工艺参数为：
(1)导磁粉末选自采用纯度为99.5％-99.9％的430不锈钢粉末，粉末粒度为10-20μm；工作气体采用高纯氦气，氦气的纯度为99.9％，喷涂距离为15-25mm；喷涂温度(即工作气体加热温度)为950-1000℃；消耗功率为25-35kW；导磁粉末输送速度为7-9kg/h；喷射压力为1.8-2.0Mpa；工作气体速度为1.7-2.0m3/min；
(2)制备的磁性涂层厚度为0.2-0.3mm，孔隙率为0.20％-0.22％，煎锅的电磁加热最大功率高达1760W，具体测试电性数据如表1所示。
表1实施例1-3的效果数据
名称 Ls(电感)/μH Rs(电阻)/Ω 电磁加热功率/W
实施例1 68 2.1 1830
实施例2 70 2.3 1740
实施例3 67 1.9 1760
对比例1 62 1.8 1850
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (17)

1.一种锅具遮蔽冷喷涂的方法,其特征在于，包括：
利用遮蔽工装遮挡于锅具待遮蔽区域，通过工作气体将导磁粉末冷喷涂在锅具的待喷涂区域，所述导磁粉末在锅具待喷涂区域形成磁性涂层。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述遮蔽工装包括遮蔽结构体和与其连接的机械手，其中，所述遮蔽结构体采用陶瓷、刚玉、碳化硅、人造金刚石、立方氮化硼或硬质合金为材料制得，所述遮蔽结构体的形状与锅具待遮蔽区域结构的形状匹配。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于，所述遮蔽结构体采用焊接、铆接或螺纹连接固定于所述机械手上，冷喷涂锅具时，以机械手为传动机构，在设定的移动程序操控下，机械手将遮蔽结构体移动至待遮蔽区域，并使遮蔽结构体紧贴待遮蔽区域。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述冷喷涂的工艺参数为：喷射压力为1-4Mpa。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述冷喷涂的工艺参数为：喷射时工作气体加热至400-1100℃。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述冷喷涂的工艺参数为：工作气体速度为1-2m3/min。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述冷喷涂的工艺参数为：导磁粉末输送速度为5-15kg/h。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述冷喷涂的工艺参数为：喷射距离为10-50mm。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述冷喷涂的工艺参数为：消耗功率为15-55kW。
10.根据权利要求1至9任一项所述的方法,其特征在于，所述工作气体为氩气、氦气、氮气中的一种或任意几种的混合。
11.根据权利要求1至9任一项所述的方法,其特征在于,所述导磁粉末为Fe、Ni、Co、Fe-Si合金、430不锈钢中的一种或任意几种的混合。
12.根据权利要求1至9任一项所述的方法,其特征在于,所述导磁粉末的粒径为1-50μm。
13.根据权利要求1至9任一项所述的方法,其特征在于,所述导磁粉末的纯度为95％-99.99％。
14.根据权利要求1至9任一项所述的方法,其特征在于，所述磁性涂层的厚度为0.1-1mm。
15.根据权利要求1至9任一项所述的方法,其特征在于，所述磁性涂层位于锅具的内表面或外表面。
16.一种锅具，其特征在于，所述锅具根据权利要求1至15任一项所述的方法制成，所述待遮蔽区域位于所述锅具的底部中心，以使通过冷喷涂的所述磁性涂层呈环形。
17.一种烹饪器具，其特征在于，所述烹饪器具包括权利要求16所述的锅具、电磁感应线圈和温控器，所述电磁感应线圈与所述磁性涂层相对设置，所述温控器位于所述待遮蔽区域内。
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