CN109136817B - 不粘涂层及其制备方法以及锅具和煮食设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电热电器技术领域，公开了一种不粘涂层及其制备方法以及锅具和煮食设备。该方法包括：(1)将基体进行预处理；(2)将步骤(1)得到的基体表面可选的进行预热处理；(3)以陶瓷粉末和含氟树酯粉末为原料，通过等离子喷涂处理，在基体表面形成复合涂层；(4)对形成在所述基体表面的复合涂层进行热处理，得到不粘涂层；其中热处理的温度比含氟树脂的熔点高出0‑50℃。本发明的不粘涂层具有疏水不粘性较好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电热电器技术领域，具体涉及一种不粘涂层及其制备方法以及锅具和煮食设备。
背景技术
现有的不粘涂层主要为铁氟龙类PTFE不粘涂层或者陶瓷不粘涂层，这几种涂层常规的成型方式都是采用空气压力喷涂、静电喷涂后再高温烧结固化而成，而这种涂层寿命一般只有半年到一年时间，并且涂层硬度低(PTFE不粘涂层的维氏硬度为100-200HV，陶瓷不粘涂层的维氏硬度为200-350HV)，涂层附着力小(PTFE不粘涂层的结合力为2-10MPa，陶瓷不粘涂层的结合力为2-5MPa)、涂层厚度较小(PTFE不粘涂层的厚度为20-50μm，陶瓷不粘涂层的厚度为20-40μm)、耐酸碱和耐盐性能也一般，在长期使用过程中不可避免会刮擦、磨损、腐蚀而导致涂层脱落、失效，而当表面涂层失效之后，这种不粘涂层将不具有不粘性，这对涂层的寿命及应用造成了很大程度的限制。
现有的烹饪器具，包括炒锅、电饭煲、压力锅内胆等已大范围使用不粘涂层，而提供一种持久不粘，并且性能优异的涂层已成为炊具行业的关键问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种不粘涂层及其制备方法以及锅具和煮食设备，该不粘涂层具有疏水不粘性好的优点。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种制备不粘涂层的方法，该方法包括：
(1)将基体进行预处理；
(2)将步骤(1)得到的基体表面可选的进行预热处理；
(3)以陶瓷粉末和含氟树酯粉末为原料，通过等离子喷涂处理，在基体表面形成复合涂层；
(4)对形成在所述基体表面的复合涂层进行热处理，得到不粘涂层；其中热处理的温度比含氟树脂的熔点高出0-50℃。
本发明第二方面提供了本发明所述方法制备得到的不粘涂层。
本发明第三方面提供了一种锅具，该锅具包括基体和形成在基体上的不粘涂层，所述不粘涂层包括含氟树脂材料层和分散在所述含氟树脂材料层内部的陶瓷颗粒。
本发明第四方面提供了一种煮食设备，该煮食设备包括本发明所述的锅具。
本发明制备不粘涂层的方法通过将陶瓷粉末和含氟树酯粉末作为原料进行等离子喷涂，能够形成同时包括含氟树脂材料和陶瓷颗粒的复合涂层，通过对该复合涂层在高于含氟树脂材料的熔点0-50℃下进行热处理，有利于使得复合涂层中的含氟树脂材料再熔融，进而形成含氟树脂材料层，而在含氟树脂熔融的过程中，陶瓷颗粒不发生变化，能够相对均匀的分散在所形成的含氟树脂材料层中，进而形成本发明的不粘涂层；而通过这种方法所形成的不粘涂层具有如下有益效果：
1)由于采用等离子喷涂这种特殊的方式形成不粘涂层，利用等离子喷涂过程(即熔融粒子的堆积过程)中，各个粒子间都是熔融状态连接在一起，因而涂层致密(孔隙率小)、粒子间的结合非常牢靠(结合力高)；不粘涂层与基体之间通过高速的熔融粒子在粗糙表面形成机械结合，远高于空气喷涂后烧结而成涂层结合强度；
2)在所形成的不粘涂层中，陶瓷颗粒(相对均匀的)分散在含氟树脂材料中，有利于在保证不粘涂层的硬度(主要体现陶瓷材料特有性质)的同时，提高不粘涂层表面的疏水不粘性(表面润湿角大，主要体现含氟树脂材料的特优性质)；并进一步提高该不粘涂层的耐刮擦性能、耐腐蚀性能，进而有利于延长不粘涂层的使用寿命长；
3)在所形成的不粘涂层中，陶瓷颗粒(相对均匀的)分散在含氟树脂材料中，这就使的所形成的不粘涂层由内至外结构均一、稳定，即使在使用过程中表面局部磨损时，其内层结构与表层结构一致，依然能够保持不粘涂层的硬度、疏水不粘性、结合力、耐刮擦性能、耐腐蚀性能，进而有利于延长不粘涂层的使用寿命长。
附图说明
图1是根据本发明的锅具的局部结构示意图；
图2是根据本发明一种实施方式得到的复合涂层的结构示意图；
图3是根据本发明一种实施方式得到的不粘涂层的结构示意图；
图4是根据本发明另一种实施方式得到的复合涂层的结构示意图；
图5是根据本发明另一种实施方式得到的不粘涂层的结构示意图。
附图标记说明
1为不粘涂层，2为基体，11为含氟树酯材料层，11′为含氟树酯材料包覆层，11"为含氟树酯材料颗粒，12、12′和12"均为陶瓷颗粒。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
为了改善不粘涂层的疏水不粘性，在本发明中提供了一种制备不粘涂层的方法，该方法包括：(1)将基体进行预处理；(2)将步骤(1)得到的基体表面可选的进行预热处理；(3)以陶瓷粉末和含氟树酯粉末为原料，通过等离子喷涂处理，在基体表面形成复合涂层；(4)对形成在所述基体表面的复合涂层进行热处理，得到不粘涂层；其中热处理的温度比含氟树脂的熔点高出0-50℃。
根据本发明的方法，优选情况下，所述热处理的温度比含氟树脂的熔点高出0-30℃，热处理时间为5-30min。
根据本发明的方法，为了使得通过等离子喷涂所形成的复合涂层中，陶瓷颗粒与含氟树脂材料能够分布的相对均匀，优选情况下，在等离子喷涂处理的过程中，在等离子喷枪所形成的焰流中距离喷枪出口D1处送入陶瓷粉末，距离喷枪出口D2处送入含氟树酯粉末，其中D2大于D1。
本发明的发明人对等离子喷涂工艺进行了大量研究，经研究发现研究中发现含氟树酯材料的熔点相对于陶瓷颗粒的熔点较低，在高于熔点的加热温度下能够形成融滴、甚至雾化，而当含氟树酯材料形成融滴或雾化后，使得陶瓷颗粒的融滴穿过含氟树酯材料的融滴或雾化物再撞击到基体表面时，能够形成以含氟树酯材料包覆陶瓷颗粒的包覆颗粒，而这些包覆颗粒的堆积即可形成如图2所示的结构的复合涂层(其中11′为含氟树酯材料包覆层、12′为陶瓷颗粒)；而此时将具有这种结构的复合涂层进行热处理，使得含氟树脂材料相互熔融，去除含氟树脂材料边界形成含氟树脂材料层，即可形成如图3所示结构的不粘涂层(其中11为含氟树酯材料层、12′为陶瓷颗粒)。
优选地，焰流长度的1/6≤D2-D1≤焰流长度的1/2；更优选地，焰流长度的1/4≤D2-D1≤焰流长度的1/3；特别优选地，所述D1为所述焰流长度的1/4-1/3，所述D2为所述焰流长度的1/2-2/3。
优选地，所述陶瓷粉末的送粉量为3.5-5g/min；所述含氟树酯粉末的送粉量为2.5-3.5g/min。在等离子喷涂过程中，含氟树脂颗粒熔融和/或雾化附着在陶瓷颗粒芯部的表面上的过程中，会流失部分含氟树脂原料，而通过化学分析法对所制备的不粘涂层进行测量可知，通过将送粉量控制在上述范围，所制备的不粘涂层以其总重量为基准包括：55-90重量％的陶瓷颗粒和10-45重量％的含氟树脂材料。
根据本发明的方法，为了使得通过等离子喷涂所形成的复合涂层中，陶瓷颗粒与含氟树脂材料能够分布的相对均匀，另一种优选情况下，在等离子喷涂处理的过程中，将陶瓷粉末和含氟树酯粉末混合，得到粉末混合物，将所述粉末混合物作为原料进行等离子喷涂处理。
本发明的发明人对等离子喷涂工艺进行了大量研究，经研究发现研究中发现，将陶瓷粉末和含氟树酯粉末混合送入至等离子喷枪所形成的焰流的过程中能够得到如图4所示的陶瓷颗粒与含氟树脂颗粒交错排布(互为镶嵌排布)的复合涂层(其中11"为含氟树酯材料颗粒，12"为陶瓷颗粒)，而此时将具有这种结构的复合涂层进行热处理，使得含氟树脂材料相互熔融，去除含氟树脂材料边界形成含氟树脂材料层，即可形成如图5所示结构的不粘涂层(其中11为含氟树酯材料层、12′为陶瓷颗粒)。
优选地，所述粉末混合物中含氟树脂粉末与陶瓷粉末的重量比为1：2-6，优选为1：3-5。通过化学分析法对所制备的不粘涂层进行测量可知，通过将送粉量控制在上述范围，所制备的不粘涂层中含氟树脂粉末与陶瓷粉末的重量比为1：2-6，优选为1：3-5。
优选地，所述粉末混合物的送粉量为3.5-10g/min，优选为5-7g/min。
优选地，在进行等离子喷涂处理之前，可以将各粉末混合后先搅拌1-2h，然后在100-120℃烘干1-1.5h。
根据本发明的方法，优选情况下，所述陶瓷粉末的粒径D50为5-80μm，优选为30-70μm，流动性为10-30s/50g；所述含氟树脂粉末的粒径D50为20-100μm，优选为40-100μm，更优选为45-60μm；所述含氟树脂粉末的流动性小于30s/50g，优选为10-25s/50g，更优选为10-20s/50g。
根据本发明的方法，在选择含氟树酯粉末时，如果市售的含氟树脂粉末的流动性无法满足要求时，可以对含氟树酯粉末进行改性以获取流动性满足要求的含氟树酯粉末，在一种优选情况下，改性含氟树酯粉末由包括以下步骤的方法制备得到：(a)将含氟树酯粉末、粘结剂、润滑剂和水混合，制备浆料；(b)将浆料进行喷雾干燥处理。
优选地，步骤(a)中，以浆料的重量为基准，含氟树酯粉末的含量为30-60重量％，进一步优选为38-55重量％；粘结剂的含量为0.2-2重量％，进一步优选为0.2-0.5重量％；润滑剂的含量为0.5-3重量％，进一步优选为1-3重量％；水的含量为35-68重量％，进一步优选为42-60重量％。
优选地，步骤(a)中，所述粘结剂为聚乙烯醇、聚氯乙烯和聚丙烯酸脂中的至少一种。
优选地，步骤(a)中，所述润滑剂为甘油、石蜡和石墨中的至少一种。
优选地，步骤(b)中，所述喷雾干燥处理的方式为气流雾化干燥，所述气流雾化干燥的条件包括：雾化压力为0.3-0.6MPa，进一步优选为0.3-0.5MPa；雾化气流流量为1-4m3/h，进一步优选为1-3m3/h；进口温度为200-400℃，进一步优选为300-350℃；出风口温度为50-200℃，进一步优选为50-150℃。
根据本发明的方法，其中对于等离子喷涂处理的条件可以参照等离子喷涂的常规工艺参数，然而为了提高复合涂层中陶瓷颗粒的扁平化程度，以提高不粘涂层的结合强度，优选情况下，所述等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为30-50kW，喷涂电流500-650A，工作气体中主气流量为35-55L/min，辅气流量为2-6L/min；喷涂距离为80-120mm；更优选地，所述离子喷枪的喷涂功率为35-45kW；喷涂电流为560-630A，优选为580-620A；工作气体中主气流量为40-50L/min，辅气流量为3-5L/min；喷涂距离为90-110mm。
根据本发明的方法，优选情况下，所述等离子喷涂处理的步骤中，喷枪移动速度为60-100mm/s，优选为75-85mm/s；所述不粘涂层的厚度为50-2000μm，优选为100-300μm。
根据本发明的方法，优选情况下，所述等离子喷涂处理的步骤中，喷涂角度为70-90°。
根据本发明的方法，优选情况下，所述陶瓷粉末为氧化铝和/或氧化钛，优选为氧化铝粉末和氧化钛粉末，更优选氧化铝粉末与氧化钛粉末的重量比为1：0.05-0.4。
根据本发明的方法，优选情况下，所述含氟树酯粉末为聚四氟乙烯(PTFE)和/或四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)，优选所述含氟树酯粉末的熔点为350-420℃，更优选为400-420℃。
根据本发明的方法，基体可以为不锈钢基体、铝基体、铝合金基体、钛合金基体等金属基体或者多层(包括双层及三层以上)金属复合基体。其中，多层金属复合基体可以为不锈钢/铝基体、不锈钢/铜基体、不锈钢/铝/铜基体等。优选地，基体的厚度为0.5-6mm。
根据本发明的方法，优选情况下，步骤(1)的预处理的方法可以包括喷砂处理和脱脂处理，对于喷砂处理和脱脂处理的方法没有特别的限定，可以分别为本领域常用的各种方法。例如，喷砂处理的方法包括：采用60-150目的砂粒(如玻璃砂、棕钢砂、黑棕玉、白刚玉、金刚砂等)，控制喷气气流压力为0.2-0.9MPa，所得到的粗糙度约为Ra2-8μm。在喷砂处理之后，需将基体内表面残留的细微粉末颗粒等除去，对于除去的方法没有特别的限定，可以用高压气流吹干净也可以通过水洗除去，此均为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。例如，脱脂处理的方法可以依次包括碱洗、酸洗、水洗和高温烘干(如200-450℃烘干10-15min)。
根据本发明的方法，优选情况下，步骤(2)中将步骤(1)得到的基体表面预热至80-150℃，优选为100-120℃。
第二方面，本发明提供了上述方法制备得到的不粘涂层。
第三方面，如图1、3和5所示，本发明提供了一种锅具，该锅具包括基体2和形成在基体2上的不粘涂层1，所述不粘涂层1包括含氟树脂材料层11和分散在所述含氟树脂材料层11内部的陶瓷颗粒12；
优选地，所述陶瓷颗粒12具有扁平结构；
优选地，所述陶瓷颗粒12的厚度为1-10μm，横向直径为50-200μm；
本发明所提供的这种不粘涂层中颗粒物的颗粒尺寸可以通过扫描电子显微镜进行测量，在测量每颗颗粒物的尺寸时，以陶瓷颗粒的厚度的最大值记为相应厚度，以垂直于厚度方向的横截面的直径的最大值记为横向直径；此外，在测量陶瓷颗粒芯核的厚度和横向直径的分布范围时，在不粘涂层中随机选取5-10个区域，每个区域测量10-20个颗粒物，统计这些颗粒物的厚度与横向直径，当这些颗粒物的厚度与横向直径的范围满足前述要求时，视为该不粘涂层满足前述范围要求。
优选地，所述不粘涂层1以其总重量为基准包括：55-90重量％的陶瓷颗粒和10-45重量％的含氟树脂材料；
优选地，所述陶瓷颗粒12中陶瓷材料为氧化铝和/或氧化钛；优选为氧化铝和氧化钛，更优选氧化铝与氧化钛的重量比为1：0.05-0.4；
优选地，所述含氟树脂材料层11中含氟树脂材料为PTFE和/或PFA；
优选地，所述基体2的厚度为0.5-6mm；
优选地，所述不粘涂层1的厚度为50-2000μm，进一步优选为100-300μm；
优选地，所述不粘涂层为根据本发明所述的不粘涂层。
第四方面，本发明提供了一种煮食设备，该煮食设备包括本发明所述的锅具。优选地，所述煮食设备为炒锅、煎锅、空气炸锅、煎烤机、面包机、电饭煲、电压力锅或豆浆机。
以下将通过实施例对本发明不粘涂层及其制备方法进行详细描述。在以下实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可商购获得，所用的各方法均为本领域的常用方法。
在以下实施例中，所涉及的测量方法说明如下：
采用激光粒度分析仪(购自厦门科王电子有限公司，型号为KW510)测定PFA粉末的粒径D50。
根据GB1482-84采用霍尔流速计测定PFA粉末的流动性。
采用自动旋光仪(购自爱拓中国，型号为AP-300)测定PFA粉末的纯度。
采用显微熔点测定仪(购自济南海能仪器股份有限公司，型号为MP-300)测定PFA粉末的熔点。
采用表面粗糙度仪(购自北京时代之峰科技有限公司，型号为TIME3201)测定PFA粉末的表面粗糙度Ra。
采用接触角测量仪(购自深圳市鑫衡森贸易有限公司，型号为XHSCAZ-2)测定原始接触角和摩擦后接触角，测量范围为0-180°。
在以下实施例中，所涉及的原材料说明如下：
氧化铝粉末购自北京桑尧科技开发有限公司，粒径D50为35μm，流动性为14s/50g。
氧化钛粉末购自北京桑尧科技开发有限公司，粒径D50为42μm，流动性为20s/50g。
普通PFA粉末购自大金氟涂料(上海)有限公司，粒径D50为15μm，95％的粉末的球形度为18％，流动性为78s/50g，纯度为94％，熔点为345℃，表面粗糙度为Ra0.6μm。
改性PFA粉末A1，制备方法包括：(1)将47.6kg普通PFA粉末、0.4kg聚乙烯醇(购自上海福思春化工科技有限公司，型号为PVA1788)、2kg甘油和50kg水混合，制备浆料；(2)将浆料进行气流雾化干燥处理，其中，气流雾化干燥的条件包括：雾化压力为0.4MPa，雾化气流流量为2m3/h，进口温度为320℃，出风口温度为100℃，得到改性PFA粉末A1。经测定，改性PFA粉末A1的粒径D50为52μm，流动性为15s/50g，纯度为99.9％，熔点为410℃，表面粗糙度为Ra0.2μm。
改性PFA粉末A2，制备方法包括：(1)将54.8kg普通PFA粉末、0.2kg聚氯乙烯(购自上海纪宁实业有限公司，型号为K55-59)、3kg石蜡和42kg水混合，制备浆料；(2)将浆料进行气流雾化干燥处理，其中，气流雾化干燥的条件包括：雾化压力为0.3MPa，雾化气流流量为1m3/h，进口温度为300℃，出风口温度为60℃，得到改性PFA粉末A2。经测定，改性PFA粉末的粒径D50为46μm，流动性为13s/50g，纯度为99.5％，熔点为405℃，表面粗糙度为Ra 0.15μm。
实施例1
本实施例用于说明采用等离子喷涂法制备不粘涂层的方法。
(1)将铝锅基体(厚度为2.5mm)进行预处理，其中预处理的方法包括：a)在55℃温度下除油8分钟；b)用去离子水清洗；c)100℃烘干5min；d)采用60-80目的棕钢砂，在0.6MPa的喷气气流压力下对铝锅基体内表面进行喷砂处理使其表面粗糙度为Ra3μm，然后用气流(空气)将锅体基体内表面残留的粉末颗粒吹干净；e)用40重量％的NaOH溶液在80℃下碱洗1分钟；f)用20重量％的硝酸溶液中和3分钟；g)用去离子水清洗后，300℃下烘干12分钟；
(2)将步骤(1)得到的基体表面预热至120℃；
(3)以氧化铝粉末和改性PFA粉末A1为原料，通过等离子喷涂处理，在基体表面形成不粘涂层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为40kW，喷涂电流为600A，工作气体中氩气流量为45L/min，氢气流量为4L/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为100mm，喷涂角度为80°±1°，喷枪移动速度为80mm/s；在等离子喷枪形成的焰流中距离喷枪出口D1(焰流长度的1/4)处送入氧化铝粉末，送粉量为4.2g/min，距离喷枪出口D2(焰流长度的1/2)处送入改性PFA粉末A1，送粉量为2.8g/min；形成厚度为200μm的复合涂层，该复合涂层记为P1。
(4)将形成有前述复合涂层的铝锅基体在430℃下进行15min的热处理，形成厚度为200μm的不粘涂层，该不沾涂层记为S1。
实施例2
本实施例用于说明采用等离子喷涂法制备不粘涂层的方法。
(1)参照实施例1中方法对铝锅基体(厚度为2.5mm)进行预处理；
(2)将步骤(1)得到的基体表面预热至100℃；
(3)以氧化钛粉末和改性PFA粉末A2为原料，通过等离子喷涂处理，在基体表面形成不粘涂层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为35kW，喷涂电流为580A，工作气体中氩气流量为40L/min，氢气流量为3L/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为110mm，喷涂角度为80°±1°，喷枪移动速度为85mm/s；在等离子喷枪形成的焰流中距离喷枪出口D1(焰流长度的1/3)处送入氧化钛粉末，送粉量为5g/min，距离喷枪出口D2(焰流长度的2/3)处送入改性PFA粉末A2，送粉量为2.5g/min；形成厚度为200μm的复合涂层，记为P2。
(4)将形成有前述复合涂层的铝锅基体在405℃下进行30min的热处理，形成厚度为200μm的不粘涂层，该不沾涂层记为S2。
实施例3
本实施例用于说明采用等离子喷涂法制备不粘涂层的方法。
(1)参照实施例1中方法对铝锅基体(厚度为2.5mm)进行预处理；
(2)将步骤(1)得到的基体表面预热至150℃；
(3)以氧化铝粉末和改性PFA粉末A1为原料，通过等离子喷涂处理，在基体表面形成不粘涂层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为45kW，喷涂电流为620A，工作气体中氩气流量为50L/min，氢气流量为5L/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为90mm，喷涂角度为80°±1°，喷枪移动速度为75mm/s；在等离子喷枪形成的焰流中距离喷枪出口D1(焰流长度的1/4)处送入氧化铝粉末，送粉量为3.5g/min，距离喷枪出口D2(焰流长度的1/2)处送入改性PFA粉末A1，送粉量为3.5g/min；形成厚度为200μm的复合涂层，记为P3。
(4)将形成有前述复合涂层的铝锅基体在440℃下进行5min的热处理，形成厚度为200μm的不粘涂层，该不沾涂层记为S3。
实施例4
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，在等离子喷枪形成的焰流中距离喷枪出口D1(焰流长度的1/4)处送入氧化铝粉末，距离喷枪出口D2(焰流长度的2/3)处送入改性PFA粉末A1；所形成的厚度为200μm的不粘涂层记为S4。
实施例5
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，在等离子喷枪形成的焰流中距离喷枪出口D1(焰流长度的1/3)处送入氧化铝粉末，距离喷枪出口D2(焰流长度的1/2)处送入改性PFA粉末A1；所形成的厚度为200μm的不粘涂层记为S5。
实施例6
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，在等离子喷枪形成的焰流中距离喷枪出口D1(焰流长度的1/4)处送入氧化铝粉末，距离喷枪出口D2(焰流长度的5/6)处送入改性PFA粉末A1；所形成的厚度为200μm的不粘涂层记为S6。
实施例7
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，等离子喷枪的喷涂功率为30kW，喷涂电流为500A，工作气体中氢气流量为2L/min，氩气流量为35L/min，所形成的厚度为200μm的不粘涂层记为S7。
实施例8
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，等离子喷枪的喷涂功率为50kW，喷涂电流为650A，工作气体中氢气流量为6L/min，氩气流量为55L/min，所形成的厚度为200μm的不粘涂层记为S8。
实施例9
本实施例用于说明采用等离子喷涂法制备不粘涂层的方法。
(1)将铝锅基体(厚度为2.5mm)进行预处理，其中预处理的方法包括：a)在55℃温度下除油8分钟；b)用去离子水清洗；c)100℃烘干5min；d)采用60-80目的棕钢砂，在0.6MPa的喷气气流压力下对铝锅基体内表面进行喷砂处理使其表面粗糙度为Ra3μm，然后用气流(空气)将锅体基体内表面残留的粉末颗粒吹干净；e)用40重量％的NaOH溶液在80℃下碱洗1分钟；f)用20重量％的硝酸溶液中和3分钟；g)用去离子水清洗后，300℃下烘干12分钟；
(2)将步骤(1)得到的基体表面预热至120℃；
(3)将160kg氧化铝粉末、40kg氧化钛粉末和50kg改性PFA粉末A1混合，在110℃烘干1h，得到粉末混合物，将粉末混合物作为原料通过等离子喷涂处理，在基体表面形成不粘涂层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为45kW，喷涂电流为600A，工作气体中氩气流量为45L/min，氢气流量为4L/min；粉末混合物的送粉量为6g/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为100mm，喷涂角度为80°±1°，喷枪移动速度为80mm/s；形成厚度为200μm的复合涂层，记为P9。
(4)将形成有前述复合涂层的铝锅基体在425℃下进行10min的热处理，形成厚度为200μm的不粘涂层，该不沾涂层记为S9。
实施例10
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，将200kg氧化铝粉末和50kg改性PFA粉末A1混合，在110℃烘干1h，得到粉末混合物；所形成的不粘涂层，记为S10。
对比例1
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中未添加改性PFA粉末A1，形成厚度为200μm的不粘涂层，记为D1。
对比例2
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)-(4)中形成不粘涂层(记为D2)的方法为：采用普通PFA粉末进行静电喷涂处理，以在基体表面形成PFA不粘涂层D1，其中，静电喷涂处理的条件包括：采用静电喷枪进行粉末喷涂，电压为35kV，静电电流为15μA，流速压力为0.45MPa，雾化压力为0.4MPa，喷涂涂层厚度为40μm，喷涂完成后，在红外炉中干燥，在120℃低温段干燥10min，在400℃高温段保温20min。
对比例3
采用空气压力喷涂方式喷涂PTFE不粘涂层(记为D3)，该涂层包括底层和面层；底油包括氟树脂、粘结剂、颜料和助剂，面油包括氟树脂、耐磨颗粒和成膜助剂。具体步骤包括：
(1)按照实施例1的步骤(1)对铝锅基体进行预处理；
(2)将步骤(1)得到的基体表面预热至85℃；
(3)底油喷涂：喷涂压力为0.3MPa，喷涂角度为70°，喷涂距离为30cm，膜层厚度为20μm，烘干温度为130℃，保温12min；
(4)面油喷涂：喷涂压力为0.4MPa，喷涂角度为70°，喷涂距离为35μm，膜厚为30μm，烘干固化温度为420℃，保温15min。
对比例4
采用空气压力喷涂方式喷涂陶瓷不粘涂层(记为D4)，该涂层包括底层和面层；底油包括粘结剂、颜料和助剂，面油包括氧化硅和氧化铝。具体步骤包括：
(1)按照实施例1的步骤(1)对铝锅基体进行预处理；
(2)将步骤(1)得到的基体表面预热至60℃；
(3)底油喷涂：喷涂压力为0.3MPa，喷涂角度为70°，喷涂距离为25cm，膜层厚度为25μm，预干燥温度为70℃，保温10min；
(4)面油喷涂：喷涂压力为0.3MPa，喷涂距离为25cm，喷涂角度为70°，膜层厚度为10μm，喷涂完成后280℃烧结，保温15min。
试验例
1、涂层表面硬度：根据GB/T9790-1988采用维氏硬度计(购自上海长方光学仪器有限公司，型号为HX-1000)测定各涂层的维氏硬度。结果见表1。
2、涂层结合力：根据G98642-88测定涂层结合力。结果见表1。
3、涂层孔隙率：根据中华人民共和国机械行业标准JB/T7509-94测定涂层孔隙率。结果见表1。
4、涂层喷涂效率：按照公式：喷涂效率＝(喷涂后工件重量-喷涂前工件重量)/(粉末送粉量·沉积率)计算，其中，沉积率固定为70％。计算结果见表1。
5、涂层耐刮擦性：用洗洁精配制浓度为5重量％的洗涤水，3M(7447C)百洁布，负重2.5kgf，左右摆动单程为1次，每250次更换百洁布，检查每次刮擦后涂层是否脱落或者是否露出基材(以露出≥10条线条为终止试验)，并记录耐磨次数。结果见表1。
6、耐酸、碱、盐：
耐酸：将浓度为5重量％的醋酸溶液加入至内锅中直至内锅内壁最大刻度水位处，把内锅放入对应煲中通电合盖连续加热煮沸(保持沸腾状态)10分钟，然后100℃保温浸泡24小时，试验结束后将内锅清洗干净，目视检查涂层表面变化状况，结果见表2。
耐碱：将浓度为0.5重量％的氢氧化钠溶液加入至内锅中直至内锅内壁最大刻度水位处，把内锅放入对应煲中通电合盖连续加热煮沸(保持沸腾状态)10分钟，然后100℃保温浸泡24小时，试验结束后将内锅清洗干净，目视检查涂层表面变化状况，结果见表2。
耐盐：将浓度为5重量％的氯化钠溶液加入至内锅中直到内锅内壁最大刻度水位处，把内锅放入对应煲中通电合盖连续加热煮沸8小时(每2小时补充水量1次，将液面保持在试验开始时的位置)，80℃保温16小时为一个周期，每周期试验后目视检查涂层表面变化状况，记录涂层出现起泡、凸点等不良现象的周期数，结果见表2。
7、耐磨损性和润湿性：根据GB/T1768-79(89)进行摩擦磨损试验，测定和称量摩擦磨损试验前后的接触角(分别为原始接触角和摩擦后接触角)和重量，根据公式计算失重比，其中，失重比＝(摩擦前重量-摩擦后重量)/摩擦前重量，结果见表3。其中，试验结果显示：本发明的不粘涂层在表面磨损后内部仍具有良好的润湿性，并且只要未露出基体，其润湿性一直保持良好，对PTFE不粘涂层、陶瓷不粘涂层和本发明的不粘涂层这三种样品进行摩擦磨损试验，可以发现：本发明的不粘涂层在摩擦磨损过程中仅仅有部分粉状脱落，不影响使用性能，而PTFE不粘涂层和陶瓷不粘涂层均为片状层间脱落，差异较大。
表1.
表2.
| 耐酸 | 耐碱 | 耐盐 | |
| 实施例1 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 大于20周期 |
| 实施例2 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 大于20周期 |
| 实施例3 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 大于20周期 |
| 实施例4 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 大于20周期 |
| 实施例5 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 大于20周期 |
| 实施例6 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 大于20周期 |
| 实施例7 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 14周期 |
| 实施例8 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 大于20周期 |
| 实施例9 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 大于20周期 |
| 实施例10 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 大于20周期 |
| 对比例1 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 10周期 |
| 对比例2 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 6周期 |
| 对比例3 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 4周期 |
| 对比例4 | 无白化、起泡等现象 | 无白化、起泡等现象 | 2周期 |
表3.
通过表1-3的结果可以看出，本发明的采用等离子喷涂技术制备的复合涂层自身就具有表面硬度高、涂层结合强度高、耐刮擦性能好、耐腐蚀性能好、润湿性好、使用寿命长等优点，而通过对该复合涂层进行热处理，有利于在保持涂层表面硬度的同时，进一步提高涂层的结合强度和润湿性(疏水不粘性)。
其中，将实施例1与实施例4-6的结果比较可知，在将陶瓷粉末和含氟树酯粉末在特定间距内(即：焰流长度的1/6≤D2-D1≤焰流长度的1/2，优选焰流长度的1/4≤D2-D1≤焰流长度的1/3)进行加料，有利于进一步使得不粘涂层的表面硬度与润湿性实现综合优化。
其中，将实施例1与实施例7-8的结果比较可知，在特定的等离子喷涂处理条件下(即喷涂功率为35-45kW，喷涂电流为620-630A；工作气体中主气的流量为40-50L/min；辅气的流量为3-5L/min)，能够进一步提高不粘涂层的表面硬度、涂层结合力、耐刮擦性能、耐腐蚀性能、润湿性和使用寿命。
其中，将实施例9与实施例10的结果比较可知，在将陶瓷粉末和含氟树脂粉末的混合粉末作为原料进行等离子喷涂时，将氧化铝和氧化钛的混合物(特别是重量比1：0.05-0.4的混合物)作为陶瓷粉末，有利于进一步使得不粘涂层的表面硬度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (25)
1.一种制备不粘涂层的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将基体进行预处理；
(2)将步骤(1)得到的基体表面可选的进行预热处理；
(3)以陶瓷粉末和含氟树脂粉末为原料，通过等离子喷涂处理，在基体表面形成复合涂层；
(4)对形成在所述基体表面的复合涂层进行热处理，得到不粘涂层；其中热处理的温度比含氟树脂的熔点高出0-50℃；其中，
在等离子喷涂处理的过程中，在等离子喷枪所形成的焰流中距离喷枪出口D1处送入陶瓷粉末，距离喷枪出口D2处送入含氟树脂粉末；其中，焰流长度的1/6≤D2-D1≤焰流长度的1/2；
或者，在等离子喷涂处理的过程中，将陶瓷粉末和含氟树脂粉末混合，得到粉末混合物，将所述粉末混合物作为原料进行等离子喷涂处理；其中，所述粉末混合物中含氟树脂粉末与陶瓷粉末的重量比为1：2-6；
所述等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为30-50kW，喷涂电流500-650A，工作气体中主气流量为35-55L/min，辅气流量为2-6L/min；喷涂距离为80-120mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理的温度比含氟树脂的熔点高出0-30℃，热处理时间为5-30min。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，焰流长度的1/4≤D2-D1≤焰流长度的1/3；
和/或，所述陶瓷粉末的送粉量为3.5-5g/min；所述含氟树脂粉末的送粉量为2.5-3.5g/min。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述D1为所述焰流长度的1/4-1/3，所述D2为所述焰流长度的1/2-2/3。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粉末混合物中含氟树脂粉末与陶瓷粉末的重量比为1：3-5；
和/或，所述粉末混合物的送粉量为3.5-10g/min。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述粉末混合物的送粉量为5-7g/min。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述陶瓷粉末的粒径D50为5-80μm；所述含氟树脂粉末的粒径D50为20-100μm；所述含氟树脂粉末的流动性小于30s/50g。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述陶瓷粉末的粒径D50为30-70μm；所述含氟树脂粉末的粒径D50为40-100μm；所述含氟树脂粉末的流动性为10-25s/50g。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述含氟树脂粉末的粒径D50为45-60μm；所述含氟树脂粉末的流动性为10-20s/50g。
10.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述等离子喷涂处理的条件包括：所述离子喷枪的喷涂功率为35-45kW；喷涂电流为560-630A；工作气体中主气流量为40-50L/min，辅气流量为3-5L/min；喷涂距离为90-110mm。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述离子喷枪的喷涂电流为580-620A。
12.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述等离子喷涂处理的步骤中，喷枪移动速度为60-100mm/s。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述等离子喷涂处理的步骤中，喷枪移动速度为75-85mm/s。
14.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述陶瓷粉末为氧化铝和/或氧化钛，所述含氟树脂粉末为PTFE和/或PFA。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述陶瓷粉末为氧化铝粉末和氧化钛粉末。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述陶瓷粉末为氧化铝粉末与氧化钛粉末的重量比为1：0.05-0.4。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中将步骤(1)得到的基体表面预热至80-150℃。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，步骤(2)中将步骤(1)得到的基体表面预热至100-120℃。
19.权利要求1-18中任意一项所述方法制备得到的不粘涂层。
20.一种锅具，其特征在于，该锅具包括基体(2)和形成在基体(2)上的不粘涂层(1)，所述不粘涂层(1)包括含氟树脂材料层(11)和分散在所述含氟树脂材料层(11)内部的陶瓷颗粒(12)；其中，
所述不粘涂层的制备方法包括：
(1)将所述基体进行预处理；
(2)将步骤(1)得到的基体表面可选的进行预热处理；
(3)以陶瓷粉末和含氟树脂粉末为原料，通过等离子喷涂处理，在基体表面形成复合涂层；
(4)对形成在所述基体表面的复合涂层进行热处理，得到不粘涂层；其中热处理的温度比含氟树脂的熔点高出0-50℃；其中，
在等离子喷涂处理的过程中，在等离子喷枪所形成的焰流中距离喷枪出口D1处送入陶瓷粉末，距离喷枪出口D2处送入含氟树脂粉末；其中，焰流长度的1/6≤D2-D1≤焰流长度的1/2；
或者，在等离子喷涂处理的过程中，将陶瓷粉末和含氟树脂粉末混合，得到粉末混合物，将所述粉末混合物作为原料进行等离子喷涂处理；其中，所述粉末混合物中含氟树脂粉末与陶瓷粉末的重量比为1：2-6；
所述等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为30-50kW，喷涂电流500-650A，工作气体中主气流量为35-55L/min，辅气流量为2-6L/min；喷涂距离为80-120mm。
21.根据权利要求20所述的锅具，其中，所述陶瓷颗粒(12)具有扁平结构；
和/或，所述陶瓷颗粒(12)的厚度为1-10μm，横向直径为50-200μm；
和/或，所述不粘涂层(1)以其总重量为基准包括：55-90重量％的陶瓷颗粒和10-45重量％的含氟树脂材料；
和/或，所述陶瓷颗粒(12)中陶瓷材料为氧化铝和/或氧化钛；
和/或，所述含氟树脂材料层(11)中含氟树脂材料为PTFE和/或PFA；
和/或，所述基体(2)的厚度为0.5-6mm；
和/或，所述不粘涂层(1)的厚度为50-2000μm；
和/或，所述不粘涂层为权利要求19所述的不粘涂层。
22.根据权利要求21所述的锅具，其中，所述陶瓷颗粒(12)中陶瓷材料为氧化铝和氧化钛；
和/或，所述不粘涂层(1)的厚度为100-300μm。
23.根据权利要求22所述的锅具，其中，氧化铝与氧化钛的重量比为1：0.05-0.4。
24.一种煮食设备，其特征在于，该煮食设备包括权利要求20-23中任意一项所述的锅具。
25.根据权利要求24所述的煮食设备，其特征在于，所述煮食设备为炒锅、煎锅、空气炸锅、煎烤机、面包机、电饭煲、电压力锅或豆浆机。
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