CN108720619B - 一种烹饪器具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种烹饪器具及其制备方法。烹饪器具，由外到内依次设有：导磁层、过渡层和基材；所述基材为玻璃基材或者透明陶瓷基材；所述导磁层为冷喷涂在过渡层的外表面所形成的涂层。在制备时，对过渡层进行预热处理，在过渡层的外表面利用工作气体将导磁金属粉末冷喷涂在过渡层的外表面，在过渡层的外表面形成导磁层。本发明所述烹饪器具及其制备方法，具有电磁加热效果好、耐腐蚀性能优良、电学性能稳定、热影响区和热应力小、结合力强和内部缺陷少等优点。
Description
技术领域
本发明属于烹饪器具领域，尤其涉及一种烹饪器具及其制备方法。
背景技术
应用电磁加热电饭煲及电压力锅占比越来越多，由于电磁加热需要材料具有良好的导磁性，因此一般锅具都需要复合锅具，至少外层为具有导磁性的430或者低碳钢(铁)。但随着人们对健康越来越关注，作为健康的玻璃锅具受到消费者的青睐，但玻璃没有导磁性无法采用电磁加热，目前行业内均采用在玻璃底部贴附一层导磁银膜来实现电磁加热，但这种贴附方式，制程复杂，导磁膜的可靠性还不够好，而且银的成本较高。
发明内容
鉴于现有技术所存在的问题，本发明提供一种烹饪器具及其制备方法，具有电磁加热效果好、耐腐蚀性能优良、电学性能稳定、热影响区和热应力小、结合力强和内部缺陷少等优点。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种烹饪器具，由外到内依次设有：导磁层、过渡层和基材；所述基材为玻璃基材或透明陶瓷基材；所述导磁层为冷喷涂在过渡层的外表面所形成的涂层。
本发明的有益效果是：
玻璃基材或透明陶瓷基材形成烹饪器具的主体，具有健康美观的优点，过渡层的设置有利于提供导磁层和基材的结合力，导磁层有利于提高烹饪器具的导磁性能，具有电学性能稳定的稳定的优点。
所述玻璃基材可以为透明的也可以为不透明的。
本发明中的导磁层是通过冷喷涂的方式制备的涂层。与热喷涂的方式相比，冷喷涂因喷涂粉末受热温度显著低于热喷涂，喷涂的材料可以基本保持不发生氧化，可以保证其喷涂的粉末沉积速率快、沉积效率高，粉末氧化程度低，保证涂层具备组织成分单一、热影响区和热应力小、结合力强、内部缺陷少等优点。
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，所述导磁层的材料为铁磁性材料，所述铁磁性材料选自铁、钴、铁、含铁的合金、含钴的合金或含铁的合金。
采用上述方案的有益效果为：单纯的玻璃基材或透明陶瓷基材的烹饪器具是不具有导磁性能的，选用上述的材料可以进一步提高烹饪器具的电磁加热能力。
进一步，所述导磁层的厚度为0.2-0.5mm。
采用上述方案的有益效果为：如果厚度或小，导磁能力不佳；如果厚度过大容易导致成本增加且容易导致结合能力不好。
进一步，所述导磁层的孔隙率为0.05-0.20％。
采用上述进一步方案的有益效果是：具有高致密、结合力强、不易脱落的优点，该范围的孔隙率具有提高导磁层结合力、电磁加热能力等优点，低于这一范围，会导致工艺过程实施困难的问题；高于这一范围，会导致导磁层结合力和电磁加热功率下降的问题。
进一步，所述过渡层为等离子喷涂方式喷涂在基材的外表面形成的涂层。
采用上述方案的有益效果为：采用过渡层有利于提高导磁涂层和基材间的结合力。
进一步，所述过渡层为单一金属氧化物层或多层金属氧化物层的复合层。
采用上述方案的有益效果为：采用金属氧化物有利于导磁金属和基材间的结合力，因为玻璃基材或透明陶瓷基材的主要成分为氧化硅，金属氧化物和氧化硅之间的结合力较好，金属氧化物和导磁金属之间的结合力也好。
进一步，所述过渡层为二氧化硅层、氧化铝层或二者的复合层。
采用上述方案的有益效果为：氧化硅和氧化铝的膨胀系数比较接近，可以降低热胀冷缩所产生的应力，从而提升结合力。
进一步，所述过渡层的厚度为20-100微米。
采用上述方案的有益效果为：合适的厚度有利于提高过渡层与基材、过渡层与导磁层的结合能力。
进一步，在导磁层的外表面还设有防锈层。
采用上述方案的有益效果为：通过防锈层的设置，具有防止导磁层生锈，提高烹饪器具的使用寿命。
进一步，所述防锈层的厚度为20-50微米。
采用上述方案的有益效果为：合适厚度的防锈层可以进一步提高烹饪器具的防锈能力。
进一步，还包括电磁感应线圈，所述电磁感应线圈设置在所述基材的下方及外侧，并与导磁层的位置相对。
采用上述方案的有益效果为：通过电磁感应线圈对导磁层进行加热。
本发明还提供一种上述烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：对过渡层进行预热处理，在过渡层的外表面利用工作气体将导磁金属粉末冷喷涂在过渡层的外表面，在过渡层的外表面形成导磁层。
采取上述方案的有益效果：
本发明采用冷喷涂制备导磁涂层，与热喷涂相比，冷喷涂因喷涂粉末受热温度显著低于热喷涂，喷涂的材料可以基本保持不发生氧化，为保证整个涂层具备良好的性能，可通过严格控制其气体的预热温度、喷枪的气压等工艺参数，可以保证其喷涂的粉末沉积速率快、沉积效率高，粉末氧化程度低，保证涂层具备组织成分单一、热影响区和热应力小、结合力强、内部缺陷少等特点。
进一步，所述工作气体选自空气、氦气和氮气中的一种或几种的混合。
采用上述方案的有益效果是：采用上述气体有利于降低成本，同时避免上述气体与金属发生反应，避免影响涂料的性能。
进一步，冷喷涂时，喷射压力为1-3.5MPa。
采用上述方案的有益效果是：
采用上述的压力有利于形成性能良好的涂层，压力在一定范围内可以提高喷涂粒子的速度而使得到的涂层结合强度高、使孔隙率降低、涂层致密性好，但是压力超过一定值之后，压力的提高对粒子的速率影响变得很小；如果喷涂压力过小，容易导致形成的涂层较为疏松，空隙较多且涂层与基体间结合较差的问题。
进一步，冷喷涂时，喷射温度为400-600℃。
采用上述温度有利于获得较为致密的涂层，如果温度过高，会导致粒子熔化粘结在喷枪内或者堵住喷嘴，并且可能使粉末氧化进而影响涂层质量，从而影响喷涂。如果温度过低，不利于粒子的塑性变形，粒子之间的孔隙率会增加，夹杂也会增多。
进一步，工作气体的流速为1-2m3/min。
采用上述方案的有益效果是：合适的工作气体速度有利于获得合适的沉积速率和防止金属被氧化，如果速度过低，容易导致沉积速率低，还有可能金属被氧化；如果速度过高，容易导致气压过大，从而会导致粉末反弹反而降低沉积速率，表面涂层粗糙。
进一步，导磁金属粉末的输送量为5-15kg/h。
采用上述方案的有益效果是：合适的导磁金属粉末的输送速度有利于保证合适的涂层致密性以及合适的涂层沉积效率，如果输送速度过低容易导致涂层沉积效率低，如果输送速度过高容易导致致密性差、结合力差等问题。
进一步，喷射距离为100-300mm。
采用上述方案的有益效果是：采用上述距离有利于获得合适的沉积速率，如果距离过大，容易导致沉积速率下降，如果距离过小容易导致粉末反弹从而导致沉积速率下降。
进一步，消耗功率为15-55kW。
采用上述技术方案的有益效果是：采用上述的消耗功率，有利于对工作气体进行有效加热，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，导磁层结合力较差等问题。
进一步，导磁金属粉末的粒度为1-50微米。
采用上述方案的有益效果是：采用上述的粒度有利于获得致密的涂层，如果粒度过小，粉末颗粒容易熔化粘结；如果粒度过大，颗粒塑性变形小，膜层孔隙率高。
进一步，采用等离子喷涂方式制备过渡层，等离子喷涂时，电流为400-600A。
采用上述方案的有益效果是：合适的电流有利于获得较为致密的涂层和较高的沉积速率，如果电流过高容易导致涂层过于粗糙问题，如果电流过低容易导致沉积速率过低。
进一步，等离子喷涂时，喷涂距离为100-300mm。
采用上述方案的有益效果是：合适的等离子喷涂的喷距有利于提供合适的沉积速率及较为致密的涂层，如果喷涂距离过小容易导致涂层粗糙度较粗(粉末反弹)，如果喷涂距离过大容易导致沉积速率下降及结合力较差。
进一步，待等离子喷涂的粉末的粒度为30-100微米。
采用上述方案的有益效果是：上述粒度有利于获得表面更为细致且致密的涂层。
进一步，等离子喷涂时，氩气流量为20-60m3/h，氢气流量1.5-3.5m3/h，氮气流量4-8m3/h，待喷涂粉末的送粉率为20-40g/min，用于夹持烹饪器具的治具的转速10-30r/min。
采用上述方案的有益效果是：采用上述的等离子喷涂条件有利于获得均匀一致致密过渡层。
进一步，所述导磁层的外表面还通过压缩空气喷涂有防锈层。
采用上述方案的有益效果是：通过压缩空气喷涂有利于保护导磁层，防止导磁层发生生锈腐蚀。
进一步，在冷喷涂前对基材进行预热处理，所述预热的温度为400-700℃。
采用上述方案的有益效果是：通过设置合适的预热温度有利于进一步提高涂层和玻璃基材或透明陶瓷基材的结合力。
进一步，在预热前对基材待喷涂的表面进行喷砂处理和除油脱脂处理。
采用上述进一步方案的有益效果是：有利于提高涂层与基材的结合能力。
附图说明
图1为本发明冷喷系统结构示意图。
图2为本发明利用冷喷工艺制作锅体的工作示意图。
图3为本发明的烹饪器具的剖视图(不带线圈盘)。
图4为本发明的烹饪器具的剖视图(带线圈盘)。
图5为本发明的烹饪器具的剖视图的放大图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、高压气源、2、气体调节控制系统，3、送粉系统，4、喷枪系统，41、前气室，42、送粉口，43、高压气体入口，44、喷嘴，5、粉末回收系统，6、气体温度控制系统，7、射流，8、导磁层，9、烹饪器具，10、基材，11、过渡层，12、防锈层，13、线圈盘。
具体实施方式
以下结合附图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。
如图3至图5所示，一种烹饪器具，由外到内依次设有：导磁层8、过渡层11和基材10；所述基材10为玻璃基材或透明陶瓷基材；所述导磁层8为冷喷涂在过渡层11的外表面所形成的涂层。
所述导磁层8的材料为铁磁性材料，所述铁磁性材料选自铁、钴、铁、含铁的合金、含钴的合金或含铁的合金。所述导磁层8的厚度为0.2-0.5mm。所述导磁层8的孔隙率为0.05-0.20％。
所述过渡层11为等离子喷涂方式喷涂在基材的外表面形成的涂层。所述过渡层11为单一金属氧化物层或多层金属氧化物层的复合层。所述过渡层11为二氧化硅层、氧化铝层或二者的复合层。所述过渡层11的厚度可以为20-100微米。所述过渡层11的厚度也可以为20-60微米。
在导磁层8的外表面还设有防锈层12。所述防锈层12的厚度为20-50微米。
如图4所示，烹饪器具还包括电磁感应线圈，所述电磁感应线圈与导磁层8的位置相对。在具体设置时，所述电磁感应线圈设置在所述基材的下方及外侧，并与导磁层的位置相对，电磁感应线圈可以为线圈盘13。
在具体设置时，过渡层11可以完全覆盖基材的表面也可以部分覆盖基材的表面。如图3所示，过渡层11完全覆盖在基材10的外表面，导磁层8完全覆盖在过渡层11的外表面，防锈层12完全覆盖在导磁层8的外表面。
如图4所示，过渡层11、导磁层8和防锈层12均位于基材10的底部和侧壁的下部。过渡层11部分覆盖在基材10的外表面，导磁层8完全覆盖在过渡层11的外表面，防锈层12完全覆盖在导磁层8的外表面。
所述烹饪器具可以为但不限于电饭锅和电压力锅。
一种上述烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：对过渡层进行预热处理，在过渡层的外表面利用工作气体将导磁金属粉末冷喷涂在过渡层的外表面，在过渡层的外表面形成导磁层。
冷喷涂的参数为：所述工作气体选自空气、氦气和氮气中的一种或几种的混合。冷喷涂时，喷射压力为1-3.5MPa。喷射温度为400-600℃。工作气体的流速为1-2m3/min。导磁金属粉末的输送量为5-15kg/h。喷射距离为100-300mm。消耗功率为15-55kW。导磁金属粉末的粒度为1-50微米。
消耗功率指的是冷喷涂系统的消耗功率。
冷喷涂因喷涂粉末受热温度显著低于热喷涂，喷涂的材料可以基本保持不发生氧化，为保证整个涂层具备良好的性能，可通过严格控制其气体的预热温度、喷枪的气压等工艺参数，可以保证其喷涂的粉末沉积速率快、沉积效率高，粉末氧化程度低，保证涂层具备组织成分单一、热影响区和热应力小、结合力强、内部缺陷少等特点。
冷喷涂(CS：Cold Spray)，又称为气体动力喷涂技术，是指当具有一定塑性的高速固态粒子与基体碰撞后，经过强烈的塑性变形而发生沉积形成导磁涂层的方法。通常条件下，一般的概念是当固态粒子碰撞到某种基体后将产生固态粒子对基体的冲蚀作用。
在进行冷喷涂工艺时，可以采用冷喷涂系统。图1和图2示意了其中一种可以用于冷喷涂的系统。如图1所示，冷喷涂系统包括：高压气源1、气体调节控制系统2、送粉系统3、喷枪系统4、粉末回收系统5和气体温度控制系统6。所述高压气源1、气体调节控制系统2、送粉系统3、喷枪系统4和粉末回收系统5依次连接，在气体调节控制系统2和喷枪系统4之间还连接有气体温度控制系统6。
气体调节控制系统2用于调节工作气体用量和压力。送粉系统3用于将金属粉末往喷枪系统输送。喷枪系统4用于将加速后的金属粉末喷至锅体表面。气体温度控制系统6用于调节工作气体的温度。高压气源1中的工作气体，依次经气体调节控制系统2和送粉系统3，通过送粉系统3进入到喷枪系统内，在喷枪系统内工作气体与金属粉末混合后从喷枪系统的喷嘴喷出，成射流，在锅体的表面形成涂层，多余的金属粉末通过粉末回收系统5进行回收。
如图2所示，喷枪系统4包括前气室41和喷嘴44，前气室41和喷嘴44的内部连通。前气室41设有送粉口42和高压气体入口43；送粉口42与送粉系统3的送粉管道出口连接用于通入金属粉末，高压气体入口43用于通入工作气体。金属粉末在送粉管道出口处被工作气体加速到金属粒子的临界速度，经喷嘴44从喷嘴44的出口喷出，形成射流7，射流7在烹饪器具9的过渡层的外表面形成导磁层8。
过渡层采用等离子喷涂技术制备。等离子喷涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。在具体实施时，可以采用等离子喷涂机来进行喷涂。
过渡层采用等离子喷涂方式制备，等离子喷涂时，电流为400-600A，喷涂距离为100-300mm，氩气流量为20-60m3/h，氢气流量1.5-3.5m3/h，氮气流量4-8m3/h，待喷涂粉末的送粉率为20-40g/min，用于夹持烹饪器具的治具的转速10-30r/min。各实施例中将“用于夹持烹饪器具的治具的转速”简称为“转速”。将“等离子喷涂的喷涂距离”简称为“喷距”。
所述导磁层的外表面还通过压缩空气喷涂有防锈层。
在冷喷涂前对基材进行预热处理，所述预热的温度为400-700℃。在预热前对基材待喷涂的表面进行喷砂处理和除油脱脂处理。
具体实施时，可以采用下面的具体步骤及参数。
一种烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：
可选择(或不选择)对锅具或炊具基材待喷涂表面进行喷砂处理。对锅具外表面的油污等杂质进行除油脱脂(如氢氧化钠溶液)等处理。
(2)基材预热：预热温度为400-700℃。
(3)等离子喷涂，制备过渡层，过渡层的膜厚为20-100um。等离子喷涂的参数如下表。
| 成分 | SiO2 |
| 电流I/A | 400-600 |
| Ar/(m3·h-1) | 20-60 |
| H2/(m3·h-1) | 1.5-3.5 |
| N2/(m3·h-1) | 4-8 |
| 送粉率(g/min) | 20-40 |
| 转速/(r·min-1) | 10-30 |
| 喷距/mm | 100-300 |
(4)高压冷喷涂制备导磁层：
采用冷喷涂铁磁性材料(铁磁性材料可以为铁、钴及镍等细微粉末)，在高速气流的辅助下以较高的动能高速喷向待喷涂锅具的过渡层。通过严格控制冷喷涂的工艺参数，制备一层一定厚度的铁磁性涂层。
冷喷涂制备导磁涂层的工艺参数为：
工作气体：空气、氦气、氮气或混合气体等；
(5)在导磁层的外表面喷涂防锈层，常用的压缩空气喷涂在涂层表面喷涂一层封闭层即防锈层，防锈层的膜厚为20-50um。
实施例1
一种烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：
可选择(或不选择)对锅具或炊具基材待喷涂表面进行喷砂处理。对锅具外表面的油污等杂质进行除油脱脂(如氢氧化钠溶液)等处理。
(2)基材预热：预热温度为400-700℃。
(3)等离子喷涂，制备过渡层，过渡层的膜厚为20um。等离子喷涂的参数如下表。
(4)高压冷喷涂制备导磁层：
采用冷喷涂铁磁性材料(铁磁性材料可以为铁、钴及镍等细微粉末)，在高速气流的辅助下以较高的动能高速喷向待喷涂锅具的过渡层。通过严格控制冷喷涂的工艺参数，制备一层一定厚度的铁磁性涂层。
冷喷涂制备导磁涂层的工艺参数为：
工作气体：空气、氦气、氮气或混合气体等；
(5)在导磁层的外表面喷涂防锈层，常用的压缩空气喷涂在涂层表面喷涂一层封闭层即防锈层。
采用上述方法制备的烹饪器具，由外到内依次为：防锈层20um/过渡层20um/铁磁性加热涂层(即导磁层)0.2mm/玻璃基材。
本发明制备的烹饪器具具有加热性能优良及耐腐蚀性能优良，电学性能稳定等优点。
实施例2
一种烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：
可选择(或不选择)对锅具或炊具基材待喷涂表面进行喷砂处理。对锅具外表面的油污等杂质进行除油脱脂(如氢氧化钠溶液)等处理。
(2)基材预热：预热温度为500℃。
(3)等离子喷涂，制备过渡层，过渡层的膜厚为40um。等离子喷涂的参数如下表。
| 成分 | SiO2 |
| 待等离子喷涂的粉末的粒径/um | 30-100 |
| 电流I/A | 500 |
| Ar/(m3·h-1) | 30 |
| H2/(m3·h-1) | 2.0 |
| N2/(m3·h-1) | 5.0 |
| 送粉率(g/min) | 30 |
| 转速/(r·min-1) | 20 |
| 喷距/mm | 150 |
(4)高压冷喷涂制备导磁层：
采用冷喷涂铁磁性材料(铁磁性材料可以为铁、钴及镍等细微粉末)，在高速气流的辅助下以较高的动能高速喷向待喷涂锅具的过渡层。通过严格控制冷喷涂的工艺参数，制备一层一定厚度的铁磁性涂层。
冷喷涂制备导磁涂层的工艺参数为：
工作气体：空气、氦气、氮气或混合气体等；
(5)在导磁层的外表面喷涂防锈层，常用的压缩空气喷涂在涂层表面喷涂一层封闭层即防锈层。
采用上述方法制备的烹饪器具，由外到内依次为：防锈层30um/过渡层40um/铁磁性加热涂层(即导磁层)0.3mm/玻璃基材。
本发明制备的烹饪器具具有加热性能优良及耐腐蚀性能优良，电学性能稳定等优点。
实施例3
一种烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：
可选择(或不选择)对锅具或炊具基材待喷涂表面进行喷砂处理。对锅具外表面的油污等杂质进行除油脱脂(如氢氧化钠溶液)等处理。
(2)基材预热：预热温度为550℃。
(3)等离子喷涂，制备过渡层，过渡层的膜厚为60um。等离子喷涂的参数如下表。
(4)高压冷喷涂制备导磁层：
采用冷喷涂铁磁性材料(铁磁性材料可以为铁、钴及镍等细微粉末)，在高速气流的辅助下以较高的动能高速喷向待喷涂锅具的过渡层。通过严格控制冷喷涂的工艺参数，制备一层一定厚度的铁磁性涂层。
冷喷涂制备导磁涂层的工艺参数为：
工作气体：空气、氦气、氮气或混合气体等；
(5)在导磁层的外表面喷涂防锈层，常用的压缩空气喷涂在涂层表面喷涂一层封闭层即防锈层。
采用上述方法制备的烹饪器具，由外到内依次为：防锈层40um/过渡层60um/铁磁性加热涂层(即导磁层)0.4mm/玻璃基材。
本发明制备的烹饪器具具有加热性能优良及耐腐蚀性能优良，电学性能稳定等优点。
实施例4
一种烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：
可选择(或不选择)对锅具或炊具基材待喷涂表面进行喷砂处理。对锅具外表面的油污等杂质进行除油脱脂(如氢氧化钠溶液)等处理。
(2)基材预热：预热温度为600℃。
(3)等离子喷涂，制备过渡层，过渡层的膜厚为60um。等离子喷涂的参数如下表。
| 成分 | SiO2 |
| 待等离子喷涂的粉末的粒径/um | 30-100 |
| 电流I/A | 600 |
| Ar/(m3·h-1) | 60 |
| H2/(m3·h-1) | 3.5 |
| N2/(m3·h-1) | 8 |
| 送粉率(g/min) | 40 |
| 转速/(r·min-1) | 30 |
| 喷距/mm | 250 |
(4)高压冷喷涂制备导磁层：
采用冷喷涂铁磁性材料(铁磁性材料可以为铁、钴及镍等细微粉末)，在高速气流的辅助下以较高的动能高速喷向待喷涂锅具的过渡层。通过严格控制冷喷涂的工艺参数，制备一层一定厚度的铁磁性涂层。
冷喷涂制备导磁涂层的工艺参数为：
工作气体：空气、氦气、氮气或混合气体等；
(5)在导磁层的外表面喷涂防锈层，常用的压缩空气喷涂在涂层表面喷涂一层封闭层即防锈层，防锈层的膜厚为20-50um。
采用上述方法制备的烹饪器具，由外到内依次为：防锈层40um/过渡层60um/铁磁性加热涂层(即导磁层)0.4mm/玻璃基材。
本发明制备的烹饪器具具有加热性能优良及耐腐蚀性能优良，电学性能稳定等优点。
实施例5
一种烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：
可选择(或不选择)对锅具或炊具基材待喷涂表面进行喷砂处理。对锅具外表面的油污等杂质进行除油脱脂(如氢氧化钠溶液)等处理。不进行基材预热步骤，直接进行步骤(2)。
(2)等离子喷涂，制备过渡层，过渡层的膜厚为20-100um。等离子喷涂的参数如下表。
本实施例中，没有设置预热步骤后，发现过渡层的附着力很差。过渡层无法附着在基材上。
实施例6
一种烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：
可选择(或不选择)对锅具或炊具基材待喷涂表面进行喷砂处理。对锅具外表面的油污等杂质进行除油脱脂(如氢氧化钠溶液)等处理。
(2)基材预热：预热温度为600℃。之后，直接冷喷涂制备导磁层，即进行下面的步骤(3)。
(3)高压冷喷涂制备导磁层：
采用冷喷涂铁磁性材料(铁磁性材料可以为铁、钴及镍等细微粉末)，在高速气流的辅助下以较高的动能高速喷向待喷涂锅具的过渡层。通过严格控制冷喷涂的工艺参数，制备一层一定厚度的铁磁性涂层。
冷喷涂制备导磁涂层的工艺参数为：
工作气体：空气、氦气、氮气或混合气体等；
(4)在导磁层的外表面喷涂防锈层，常用的压缩空气喷涂在涂层表面喷涂一层封闭层即防锈层，防锈层的膜厚为20-50um。
由于没有设置过渡层，所以导磁层与基材无法附着。
本发明制备的烹饪器具具有加热性能优良及耐腐蚀性能优良，电学性能稳定等优点。
通过上述方法制备的复合锅具加热性能优良及耐腐蚀性能优良，电学性能稳定。
实施例1至实施例5制得的锅具的性能如表1所示。
表1
中性盐雾实验具体操作方法可以参照国家标准:GB/T2423.17-93中性盐雾试验标准(NSS)。其中表1中H为时间单位小时的简写。
能效等级根据GB 12021.6-2008自动电饭锅能效限定值及能效等级。对于金属内锅类自动电饭锅，其能效限定值为能效等级的4级，1级到4级均符合规定，其中1级性能最好。
从以上数据可以看出，本发明制备的锅具具有加热性能、耐腐蚀性能，且具有电学性能稳定的优点。
目前现有技术采用涂覆导磁银膜制备的玻璃锅具，虽然最好的性能可以达到4级，但是膜层一致性及可靠性差，原材料成本高。而本发明的性能可以达到2级，而且膜层厚度及可靠性好，容易量产，说明本发明制备锅具的性能显著优于现有技术中的锅具。本发明采用冷喷技术在透明玻璃基材锅具表面制作导磁膜层的技术为行业内首次提出。
发明人在实施例1的基础上调整了冷喷涂时的粉末粒度，粉末粒度为1-10微米，其余均与实施例1相同，也能够得到与实施例1一致的结论。
发明人在实施例4的基础上调整了等离子喷涂的喷涂距离，等离子喷涂的喷涂距离为300mm，其余均与实施例4相同，也能够得到与实施例4一致的结论。
发明人在实施例4的基础上调整了过渡层的膜厚，过渡层的膜厚为100um，其余均与实施例4相同，也能够得到与实施例4一致的结论。
发明人又进一步在透明陶瓷基材上也进行了上述的方案，制备的透明陶瓷基材的锅具也具有加热性能、耐腐蚀性能，且具有电学性能稳定的优点。
冷喷涂的工艺参数主要包括工作气体、喷射压力、喷射温度、送粉速率、喷射距离、粉末粒径等。这些工艺参数对其涂层与基体的结合力、涂层成分单一性和组织均匀性、结构致密性、表面粗糙度等均有显著影响。
发明人在实施例1的基础上，分别设定了不同的冷喷涂的喷射压力，其余均与实施例1相同。喷射压力分别为0.5MPa、0.8MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa和4.5MPa，通过研究发现，喷射压力设置在1-3.5Mpa制备的锅具性能最好，如果低于1Mpa，涂层的致密性及沉积速率下降，涂层的耐腐蚀性会下降；如果高于3.5Mpa，涂层的致密性及附着力下降，容易出现涂层不能通过冷热冲击及耐腐蚀性下降的问题。
发明人在实施例1的基础上，分别设定了不同的冷喷涂的喷射温度，其余均与实施例1相同。喷射温度分别为300℃、350℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃和750℃，通过研究发现，喷射温度设置在400-600℃制备的锅具性能最好，如果低于400℃，涂层的致密性及附着力性能下降，容易出现耐腐蚀性能下降及冷热冲击不过的问题；如果高于600℃，涂层易出现氧化的现象，涂层耐腐蚀性能下降。
发明人在研究过程中也进行了大量的关于冷喷涂的工作气体速度、粉末输送速度、喷射距离、消耗功率和粉末粒度等参数的筛选实验，经过研究发现，采用“喷射压力1-3.5MPa；喷射温度400-600℃；工作气体流速1-2m3/min；粉末输送量5-15kg/h；喷射距离100-300mm；消耗功率15-55kW；粉末粒度1-50μm”的参数范围最合适，有利于提高锅具的加热性能、耐腐蚀性能，且具有电学性能稳定的优点。
过渡层的性能也会对锅具的性能产生重要的影响。发明人还进行了大量的关于等离子喷涂的参数的选择实验。
发明人在实施例1的基础上调整了等离子喷涂的电流。等离子喷涂的电流分别为100A、200A、300A、450A、500A、550A、600A、650A和700A，其余参数均与实施例1相同。根据实验结果发现，如果电流小于400A，容易导致孔隙率大及涂层和基材的结合力差，如果电流大于600A也会导致涂层粗糙及孔隙率大，从而导致导磁性能下降。电流选择在400-600A有利于获得孔隙率低结合力好的导磁涂层。
发明人在实施例1的基础上调整了等离子喷涂的喷涂距离。等离子喷涂的喷涂距离分别为30mm、50mm、80mm、100mm、120mm、150mm、180mm、200mm、250mm、300mm、350mm和400mm，其余参数均与实施例1相同。根据实验结果发现，如果喷涂距离小于100mm，容易导致金属粉反弹，从而导致涂层粗糙及孔隙率高，导致导磁性能下降，如果喷涂距离大于300mm容易导致沉积速率低及和基材的结合力下降。喷涂距离选择在100-300有利于获得较高的沉积速率及和基材结合力较好的涂层。
发明人还进行了其他等离子喷涂的参数的筛选实验，例如氩气流量、氢气流量、氮气流量、待喷涂粉末的送粉率和转速等。经过研究发现，等离子喷涂时采用下面的参数“电流为400-600A，喷涂距离为100-300mm，氩气流量为20-60m3/h，氢气流量1.5-3.5m3/h，氮气流量4-8m3/h，待喷涂粉末的送粉率为20-40g/min，转速10-30r/min”有利于获得均匀一致的致密且和玻璃基材及导磁金属间的附着力都非常好的过渡涂层。
本发明旨在提供一种锅具或炊具冷喷涂制备磁性涂层的工艺，通过严格控制冷喷涂技术的工艺参数，如喷射温度、喷涂压力、喷射距离、材料粒径等，可以在非磁性(如铝合金)或弱磁性材质(如304不锈钢)锅具外表底部喷涂一层力学和物理性能优良的磁性涂层，保证锅具良好的电磁加热效果。
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 (24)
1.一种烹饪器具，其特征在于，由外到内依次设有：导磁层、过渡层和基材；所述基材为玻璃基材或者透明陶瓷基材；所述导磁层为冷喷涂在过渡层的外表面所形成的涂层；
所述过渡层完全覆盖在所述基材的外表面，所述导磁层完全覆盖在所述过渡层的外表面；
所述过渡层的厚度为20-60微米；
在导磁层的外表面还设有防锈层，所述防锈层的厚度为20-50微米。
2.根据权利要求1所述一种烹饪器具，其特征在于，所述导磁层的材料为铁磁性材料，所述铁磁性材料选自铁、钴、铁、含铁的合金、含钴的合金或含铁的合金。
3.根据权利要求1所述一种烹饪器具，其特征在于，所述导磁层的厚度为0.2-0.5mm。
4.根据权利要求1所述一种烹饪器具，其特征在于，所述导磁层的孔隙率为0.05-0.20％。
5.根据权利要求1所述一种烹饪器具，其特征在于，所述过渡层为等离子喷涂方式喷涂在基材的外表面形成的涂层。
6.根据权利要求1所述一种烹饪器具，其特征在于，所述过渡层为单一金属氧化物层或多层金属氧化物层的复合层。
7.根据权利要求6所述一种烹饪器具，其特征在于，所述过渡层为二氧化硅层、氧化铝层或二者的复合层。
8.根据权利要求1-6任一项所述一种烹饪器具，其特征在于，还包括电磁感应线圈，所述电磁感应线圈设置在所述基材的下方及外侧，并与导磁层的位置相对。
9.一种权利要求1-8任一项所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对过渡层进行预热处理，在过渡层的外表面利用工作气体将导磁金属粉末冷喷涂在过渡层的外表面，在过渡层的外表面形成导磁层。
10.根据权利要求9所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，所述工作气体选自空气、氦气和氮气中的一种或几种的混合。
11.根据权利要求9所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，冷喷涂时，喷射压力为1-3.5MPa。
12.根据权利要求9所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，冷喷涂时，喷射温度为400-600℃。
13.根据权利要求9所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，工作气体的流速为1-2m3/min。
14.根据权利要求9所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，导磁金属粉末的输送量为5-15kg/h。
15.根据权利要求9所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，喷射距离为100-300mm。
16.根据权利要求9所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，消耗功率为15-55kW。
17.根据权利要求9所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，导磁金属粉末的粒度为1-50微米。
18.根据权利要求9-17任一项所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，采用等离子喷涂方式制备过渡层，等离子喷涂时，电流为400-600A。
19.根据权利要求18所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，等离子喷涂时，喷涂距离为100-300mm。
20.根据权利要求18所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，待等离子喷涂的粉末的粒度为30-100微米。
21.根据权利要求18所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，等离子喷涂时，氩气流量为20-60m3/h，氢气流量为1.5-3.5m3/h，氮气流量为4-8m3/h，待喷涂粉末的送粉率为20-40g/min，用于夹持烹饪器具的治具的转速10-30r/min。
22.根据权利要求9-17任一项所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，所述导磁层的外表面还通过压缩空气喷涂有防锈层。
23.根据权利要求9-17任一项所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，所述预热的温度为400-700℃。
24.根据权利要求9-17任一项所述烹饪器具的制备方法，其特征在于，在预热前对基材待喷涂的表面进行喷砂处理和除油脱脂处理。
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