CN109924885A - 一种加热器具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烹饪器具领域，具体地涉及一种加热器具及其制备方法。该加热器具包括：被加热的基底(1)；以及形成在所述基底(1)上表面上的不粘涂层(3)；其中，所述不粘涂层(3)为由含有氟树脂和陶瓷的混合物经过超音速等离子喷涂形成的涂层。本发明所述的加热器具具有较高的表面硬度和涂层结合力，并且耐刮擦性能好、煮饭耐久性好，表现出较好的综合性能。

Description

一种加热器具及其制备方法

技术领域

本发明涉及烹饪器具领域，具体地涉及一种加热器具及其制备方法。

背景技术

目前，电饭煲、电压力锅内胆内均使用了不粘涂层来实现锅具的易清洁功能，不粘涂层一般分为有机氟树脂或者无机的陶瓷不沾涂层，现有的氟树脂、陶瓷不粘涂层大多是采用空气压力喷涂或者静电喷涂方式进行制备，这些传统的制备方法具有可批量生产，制备效率高等优点，但是也有很多缺点，如：通过压缩空气喷涂再经过高温烧结制备过程所得的涂层结合力较低、膜层一般不能太厚(20-50um)，表面硬度低、耐刮擦性能差，涂层在使用过程中(用户煮饭过程)易出现涂层脱落、起泡等失效现象，进而影响电饭煲、电压力锅的使用寿命。另外通过静电喷涂来制备的PFA不粘涂层，其致密性较好，但涂层表面硬度太低，耐刮擦性能较差，烹饪过程容易划伤而失效。另外一种陶瓷不沾涂层，该涂层也是采用空气压力喷涂的方式进行制备，该涂层相对于氟树脂涂层硬度高，耐磨性好，但是陶瓷不粘涂层的耐蚀性能低，使用一段时间后不粘性能就会下降，影响消费者体验。

CN105316619A公开了通过等离子喷涂制备陶瓷涂层，并通过火焰喷涂制备表面PTFE不粘涂层，这样制备的PTFE层与陶瓷层之间的结合性差，并且火焰喷涂涂层表面粗糙度较大，虽然可能具有疏水性，但是在电饭煲、压力锅内胆上不适用，并且表面PTFE疏水层的耐磨性依然较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不粘锅中不粘涂层与基底结合性较差、耐磨性较差等问题，提供一种加热器具及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种加热器具，该加热器具包括：

被加热的基底；以及

形成在所述基底上表面上的不粘涂层；

其中，所述不粘涂层为由含有氟树脂和陶瓷的混合物经过超音速等离子喷涂形成的涂层。

优选地，所述不粘涂层的孔隙率为1.5％以下，涂层与基底的结合力为50MPa以上，表面润湿角为130-150°，滚动角小于10°。

优选地，所述不粘涂层的厚度为20-200μm。

优选地，在所述含有氟树脂和陶瓷的混合物中，所述氟树脂的含量为50-80重量％，所述陶瓷的含量为20-50重量％。

优选地，所述氟树脂为PFA(四氟乙烯-全氟丙基乙烯共聚物，又称可溶性聚四氟乙烯)和/或PTFE。

优选地，所述陶瓷为氧化铝、氧化钛、氧化硅和氧化锆中在至少一种。

优选地，所述加热器具为电饭煲内胆、压力锅内胆、炒锅、烤盘或烹饪机。

本发明第二方面提供了一种制备上述加热器具的方法，该方法包括：使用含有氟树脂和陶瓷的混合物通过超音速等离子喷涂法在基底上形成不粘涂层。

优选地，所述方法还包括：在实施超音速等离子喷涂之前，对所述基底进行粗化处理，使得所述基底的表面粗糙度达到Ra 3-10μm。

优选地，所述超音速等离子喷涂的工艺参数包括：主气氩气流量为100-120L/min，氮气流量为40-60L/min，氢气流量为30-50L/min，喷枪功率为60-100KW，喷枪电流为400-500A，送粉速率为50-100g/min，喷涂距离为80-150mm，粒子速度达到600-800m/s。

在本发明中，采用超音速等离子喷涂法制备不粘涂层，超音速等离子喷涂法具有极高的焰流速度并且集中稳定，大幅提高了焰流对喷涂粒子的热传输效率，尤其是喷涂粒子的动能提高，涂层质量优于常规等离子喷涂，涂层中陶瓷粒子与氟树脂粒子混合均匀，涂层内部致密，孔隙率低。采用该技术制备的不粘涂层可应用与炒锅、电饭煲压力锅内胆、烤盘等炊具表面，不仅使表面具有易清洁不粘锅的特点，而且涂层质量高，不易脱落，涂层表面硬度高，耐刮擦性能好。

附图说明

图1是本发明所述的加热器具的层结构示意图。

附图标记说明

1 基底 3 不粘涂层

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

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。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

如图1所示，本发明所述的加热器具包括：

被加热的基底1；以及

形成在所述基底1上表面上的不粘涂层3。

在本发明中，所述不粘涂层3为由含有氟树脂和陶瓷的混合物经过超音速等离子喷涂形成的涂层。在所述含有氟树脂和陶瓷的混合物中，所述氟树脂的含量为50-80重量％，优选为60-70重量％；所述陶瓷的含量为20-50重量％，优选为30-40重量％。

在本发明中，所述氟树脂可以为本领域的常规选择。在优选情况下，所述氟树脂为PFA和PTFE。最优选地，所述氟树脂为PFA。

在本发明中，所述陶瓷可以为本领域的常规选择。在优选情况下，所述陶瓷为氧化铝、氧化钛、氧化硅和氧化锆中在至少一种。

在所述含有氟树脂和陶瓷的混合物中，所述氟树脂通常以粉末的形式使用。氟树脂粉末的平均粒径可以为5-80μm，优选为10-50μm。

在所述含有氟树脂和陶瓷的混合物中，所述陶瓷通常以粉末的形式使用。陶瓷粉末的平均粒径可以为5-100μm，优选为20-60μm。

在本发明中，所述不粘涂层3的孔隙率可以为1.5％以下，具体例如可以为0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％等，优选为1-1.5％；涂层与基底的结合力可以为50MPa以上，具体例如可以为50MPa、55MPa、60MPa、65MPa、70MPa等；表面润湿角可以为130-150°，具体例如可以为130°、135°、140°、145°、150°等；滚动角可以小于10°，优选为1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°等。

在本发明中，所述不粘涂层3的厚度可以为20-200μm，具体地，例如可以为20μm、40μm、60μm、80μm、100μm、120μm、140μm、160μm、180μm、200μm以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。

在本发明中，所述基底的材质可以为不锈钢、铝、铝合金、钛合金等金属材质、陶瓷、玻璃或者多层(包括双层及三层以上)金属复合材料。其中，多层金属复合材料可以为不锈钢/铝、不锈钢/铜、不锈钢/铝/铜等。所述基底的厚度可以为0.5-6mm。

在本发明中，所述加热器具可以为电饭煲内胆、压力锅内胆、炒锅、烤盘或烹饪机。

本发明所述的加热器具的制备方法包括：使用含有氟树脂和陶瓷的混合物通过超音速等离子喷涂法在基底1上形成不粘涂层3。

在本发明中，所述加热器具的制备方法还可以包括：在实施热喷涂之前，对所述基底1进行粗化处理，使得所述基底1的表面粗糙度达到Ra 3-10μm，具体例如可以为3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm、10μm等。

在本发明中，所述粗化处理的方法可以为本领域的常规选择，例如可以而喷砂处理。所述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。

在本发明中，所述加热器具的制备方法还可以包括：在实施热喷涂之前且在粗化处理之后，对基底表面进行预热处理，例如可以将基底表面预热至90-200℃。

在本发明中，所述超音速等离子喷涂的工艺参数可以包括：主气氩气流量为100-120L/min，氮气流量为40-60L/min，氢气流量为30-50L/min，喷枪功率为60-100KW，喷枪电流为400-500A，送粉速率为50-100g/min，喷涂距离为80-150mm，粒子速度达到600-800m/s。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下制备例和实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可商购获得。

PFA粉末购自大金氟涂料(上海)有限公司，平均粒径为15μm。

PTFE粉末购自大金氟涂料(上海)有限公司，平均粒径为25μm。

氧化铝粉末购自北京桑尧科技开发有限公司，平均粒径为25μm。

氧化钛粉末购自北京桑尧科技开发有限公司，平均粒径为25μm。

氧化硅粉末购自北京桑尧科技开发有限公司，平均粒径为25μm。

实施例1

(1)将铝锅基体进行预处理，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表面进行喷砂处理使其表面粗糙度为Ra 3μm，然后用气流将锅体基体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150℃；

(3)将3重量份的PFA粉末和1重量份的氧化铝粉末混合，并用得到的混合粉料进行超音速等离子喷涂处理，以在基体的上表面上形成不粘涂层(厚度为100μm)，其中，超音速等离子喷涂处理的条件包括：主气氩气流量为110L/min，氮气流量为50L/min，氢气流量为40L/min，喷枪功率为80KW，喷枪电流450A；送粉速率75g/min；喷涂距离120mm；粒子速度达到700m/s。

实施例2

(1)将不锈钢锅基体进行预处理，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0.8MPa的喷气气流压力下对不锈钢锅基体表面进行喷砂处理使其表面粗糙度为Ra 8μm，然后用气流将锅体基体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，375℃下烘干11分钟；

(2)将步骤(1)得到的基体表面预热至100℃；

(3)将3重量份的PFA粉末和1重量份的氧化钛粉末混合，并用得到的混合粉料进行超音速等离子喷涂处理，以在基体的上表面上形成不粘涂层(厚度为150μm)，其中，超音速等离子喷涂处理的条件包括：主气氩气流量为100L/min，氮气流量为40L/min，氢气流量为30L/min，喷枪功率为60KW，喷枪电流400A；送粉速率50g/min；喷涂距离80mm；粒子速度达到600m/s。

实施例3

(1)将不锈钢锅基体进行预处理，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0.8MPa的喷气气流压力下对不锈钢锅基体表面进行喷砂处理使其表面粗糙度为Ra 5μm，然后用气流将锅体基体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，450℃下烘干10分钟；

(2)将步骤(1)得到的基体表面预热至180℃；

(3)将3重量份的PTFE粉末和1重量份的氧化硅粉末混合，并用得到的混合粉料进行超音速等离子喷涂处理，以在基体的上表面上形成不粘涂层(厚度为180μm)，其中，超音速等离子喷涂处理的条件包括：主气氩气流量为120L/min，氮气流量为60L/min，氢气流量为50L/min，喷枪功率为100KW，喷枪电流为500A；送粉速率为100g/min；喷涂距离为150mm；粒子速度达到800m/s。

对比例1

根据实施例1的方法制备锅具，所不同的是，在完成步骤(2)之后，使用相同重量的氧化铝粉末(购自北京桑尧科技开发有限公司，平均粒径为25μm)代替步骤(3)中所述的混合粉料，并且采用空气压力喷涂法代替等离子喷涂法，结果基体上不能形成有效的不粘涂层。

对比例2

根据实施例1的方法制备锅具，所不同的是，在完成步骤(2)之后，使用相同重量的PTFE代替步骤(3)中所述的混合粉料，并且采用空气压力喷涂法代替等离子喷涂法。

对比例3

根据实施例1的方法制备锅具，所不同的是，在步骤(3)中，采用静电喷涂法代替超音速等离子喷涂法。

测试例

根据以下方法测定各个实施例和对比例制备的锅具的相应参数及性能。

1、涂层表面硬度：涂层表面硬度：根据GB/T 6739-1996涂膜铅笔硬度测定法(购自广州市盛华实业有限公司，型号为BEVS 1301)测定锅具表面涂层铅笔硬度。结果见表1。

2、涂层结合力：根据G9 8642-88测定不粘涂层结合力。结果见表1。

3、煮饭耐久性：进行循环煮饭，按照对应饭煲所需米水量，按照饭煲对应煮饭模式进行测试，煮饭一次为一个循环。结果见表1。

4、涂层的耐刮擦性：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。

5、不粘性能

按照GB/T2421-1998的方法检测上述实施例和对比例中制备的锅具的不粘性能，具体测试过程如下：用沾有植物油的软布轻揩锅体内表面，用温水加洗涤剂清洗后用清水洗净揩干，再将试样加热，用表面温度计测量，锅体内表面温度在150℃时，将一只新鲜鸡蛋破壳后放入锅内，不加植物食用油或其他脂肪油，待蛋白基本凝固，用非金属铲无损伤取出鸡蛋，然后用软布擦拭锅体内表面，并连续进行三次。如果锅体内表面能够擦拭干净，则为合格，表明不粘性较好；如果锅体内表面不能擦拭干净，则不合格，表明不粘性较差或没有不粘性。结果见表1。

表1

由上表1的数据可以看出，本发明所述的加热器具具有较高的表面硬度和涂层结合力，并且耐刮擦性能好、煮饭耐久性好，表现出较好的综合性能。

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 (10)

1.一种加热器具，其特征在于，该加热器具包括：

被加热的基底(1)；以及

形成在所述基底(1)上表面上的不粘涂层(3)；

其中，所述不粘涂层(3)为由含有氟树脂和陶瓷的混合物经过超音速等离子喷涂形成的涂层。

2.根据权利要求1所述的加热器具，其特征在于，所述不粘涂层(3)的孔隙率为1.5％以下，涂层与基底的结合力为50MPa以上，表面润湿角为130-150°，滚动角小于10°。

3.根据权利要求1所述的加热器具，其特征在于，所述不粘涂层(3)的厚度为20-200μm。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的加热器具，其特征在于，在所述含有氟树脂和陶瓷的混合物中，所述氟树脂的含量为50-80重量％，所述陶瓷的含量为20-50重量％。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的加热器具，其特征在于，所述氟树脂为PFA和/或PTFE。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的加热器具，其特征在于，所述陶瓷为氧化铝、氧化钛、氧化硅和氧化锆中在至少一种。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的加热器具，其特征在于，所述加热器具为电饭煲内胆、压力锅内胆、炒锅、烤盘或烹饪机。

8.一种制备权利要求1-7中任意一项所述的加热器具的方法，该方法包括：使用含有氟树脂和陶瓷的混合物通过超音速等离子喷涂法在基底(1)上形成不粘涂层(3)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在实施超音速等离子喷涂之前，对所述基底(1)进行粗化处理，使得所述基底(1)的表面粗糙度达到Ra 3-10μm。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述超音速等离子喷涂的工艺参数包括：主气氩气流量为100-120L/min，氮气流量为40-60L/min，氢气流量为30-50L/min，喷枪功率为60-100KW，喷枪电流为400-500A，送粉速率为50-100g/min，喷涂距离为80-150mm，粒子速度达到600-800m/s。