CN110129713A - 一种加热器具及其制备方法 - Google Patents

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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)；形成在所述基底(1)上表面上的等离子喷涂不粘层(2)；以及形成在所述等离子喷涂不粘层(2)上表面上的超音速喷涂不粘层(3)。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
市场上，电饭煲、电压力锅内胆表面均采用具有疏水性的不粘涂层，而不粘涂层分为氟树脂或者溶胶凝胶的氧化硅疏水涂层，这两种涂层的疏水性能较好，可提供良好的不粘性，但是也具有大的缺陷：如氟树脂层表面硬度低、不耐刮擦，而陶瓷涂层随着使用时间的延长，其疏水不粘性变差，并且其耐蚀性能较差，两种涂层使用寿命均较短，市场上电饭煲内胆涂层好的可使用一年左右，差的仅仅几个月就会出现起泡、脱落等失效现象，而表面的不粘涂层一旦出现失效，内胆就不能再使用，现有不粘涂层寿命差的根本原因在于，氟树脂涂层、氧化硅陶瓷层与基材之间的结合力低、表面硬度小、耐刮擦性能差，因此业内急需采用新方法、新工艺来提高不粘涂层的综合性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的不粘涂层的涂层结合力、耐刮擦性能、表面硬度、涂层寿命等综合性能不佳的问题，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；
形成在所述基底上表面上的等离子喷涂不粘层；以及
形成在所述等离子喷涂不粘层上表面上的超音速喷涂不粘层。
优选地，所述等离子喷涂不粘层为由含有氟树脂和金属铝的混合物经过等离子喷涂形成的涂层。
优选地，所述等离子喷涂不粘层的厚度为20-200μm，粗糙度为Ra3-5μm，孔隙率为3-6％。
优选地，所述超音速喷涂不粘层为由含有氟树脂和金属铝的混合物经过超音速火焰喷涂形成的涂层。
优选地，所述超音速喷涂不粘层的厚度为10-50μm，粗糙度为Ra0.5-1μm，孔隙率为0.5-2％。
优选地，在所述含有氟树脂和金属铝的混合物中，所述氟树脂的含量为50-80重量％，所述金属铝的含量为20-50重量％。
优选地，所述氟树脂为PFA。
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，该方法包括以下步骤：
(1)通过等离子喷涂法在基底的上表面上形成等离子喷涂不粘层；
(2)通过超音速火焰喷涂法在所述等离子喷涂不粘层的上表面上形成超音速火焰喷涂不粘层。
优选地，所述方法还包括：在实施等离子喷涂之前，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 3-5μm。
优选地，所述等离子喷涂的工艺参数包括：喷涂距离为80-120mm，喷涂电压为50-80V，喷涂电流为500-800A，喷涂距离为50-150mm，送粉速率为20-50g/min，H2流量为3-5L/min，Ar流量为50-60L/min，喷枪速度为60-300mm/s。
优选地，所述超音速火焰喷涂的工艺参数包括：煤油流量为18-20L/min，氧气流量为800-1000L/min，氮气流量为2-5L/min，氩气流量为5-10L/min，送粉速率为20-40g/min，喷涂距离为350-400mm。
本发明的发明人通过研究发现，通过等离子喷涂可形成涂层厚度较大、氟树脂与陶瓷混合的复合涂层，但是等离子喷涂完成后表面粗糙度较大，表面粉末颗粒容易脱落，而再经过超音速火焰喷涂在表面上形成一层较薄的涂层，使表面涂层与等离子喷涂涂层形成强力定扎的镶嵌结构，并且超音速火焰喷涂涂层的致密性高、孔隙率低，但是如果只制备单纯的超音速火焰涂层，该涂层厚度较厚时容易出现堆积、裂纹等不良现象，经过超音速火焰喷涂，使高速的粒子打击在等离子涂层表面，进而使等离子涂层的致密性、结合强度也进一步提高，因此采用两种涂层进行复合，并且涂层内部为无数个熔融粒子堆积、镶嵌而成的层状结构，不同材料的粒子均匀镶嵌混合。因此，在本发明所述的加热器具中，通过将等离子喷涂不粘层和超音速喷涂不粘层进行复合，显著提高了复合不粘涂层的涂层结合强度、表面硬度、耐刮擦性以及涂层寿命，使得该复合不粘涂层具有较好的综合性能。
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 2 等离子喷涂不粘层
3 超音速喷涂不粘层
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；
形成在所述基底1上表面上的等离子喷涂不粘层2；以及
形成在所述等离子喷涂不粘层2上表面上的超音速喷涂不粘层3。
在本发明中，优选地，所述等离子喷涂不粘层2为由含有氟树脂和金属铝的混合物经过等离子喷涂形成的涂层。在通过等离子喷涂法形成不粘涂层的过程中，部分金属铝会氧化形成氧化铝，使得形成的不粘涂层中包含金属铝、氧化铝和PFA。
在本发明中，优选地，所述等离子喷涂不粘层2的厚度为20-200μm，具体例如可以为20μm、40μm、60μm、80μm、100μm、120μm、140μm、160μm、180μm、200μm等；粗糙度为Ra 3-5μm，具体例如可以为3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm等；孔隙率为3-6％，具体例如可以为3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％、5％、5.2％、5.5％、5.8％、6％等。
在本发明中，优选地，所述超音速喷涂不粘层3为由含有氟树脂和金属铝的混合物经过超音速火焰喷涂形成的涂层。在通过超音速火焰喷涂法形成不粘涂层的过程中，部分金属铝会氧化形成氧化铝，使得形成的不粘涂层中包含金属铝、氧化铝和PFA。
在本发明中，优选地，所述超音速喷涂不粘层3的厚度为10-50μm，具体例如可以为10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm等；粗糙度为Ra 0.5-1μm，具体例如可以为0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm等；孔隙率为0.5-2％，具体例如可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％等。
在本发明中，在形成所述等离子喷涂不粘层2和所述超音速喷涂不粘层3的过程中，所使用的所述含有氟树脂和金属铝的混合物可以相同或不同，优选相同。
在所述含有氟树脂和金属铝的混合物中，所述氟树脂的含量可以为50-80重量％，优选为60-70重量％；所述金属铝的含量可以为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。
在所述含有氟树脂和金属铝的混合物中，所述氟树脂通常以粉末的形式使用。PFA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金属铝的混合物中，所述金属铝通常以粉末的形式使用。金属铝粉末的平均粒径可以为5-100μm，优选为20-60μm。
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以下步骤：
(1)通过等离子喷涂法在基底1的上表面上形成等离子喷涂不粘层2；
(2)通过超音速火焰喷涂法在所述等离子喷涂不粘层2的上表面上形成超音速火焰喷涂不粘层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Ra3-5μm，具体例如可以为3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm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80-200℃。在对基底进行预热处理的过程中，可以直接采用等离子焰流进行预热，也可以采用其他火焰等方法对基底进行加热。
在本发明中，所述等离子喷涂的工艺参数可以包括：喷涂距离为80-120mm，喷涂电压为50-80V，喷涂电流为500-800A，喷涂距离为50-150mm，送粉速率为20-50g/min，H2流量为3-5L/min，Ar流量为50-60L/min，喷枪速度为60-300mm/s。
在本发明中，所述超音速火焰喷涂的工艺参数可以包括：煤油流量为18-20L/min，氧气流量为800-1000L/min，氮气流量为2-5L/min，氩气流量为5-10L/min，送粉速率为20-40g/min，喷涂距离为350-400mm。
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。
金属铝粉末购自北京桑尧科技开发有限公司，平均粒径为30μm。
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重量份的金属铝粉末混合，并用得到的混合粉料进行等离子喷涂处理，以在基体的上表面上形成等离子喷涂不粘层(厚度为100μm，粗糙度为4μm)，其中，等离子喷涂处理的条件包括：喷涂距离为100mm，喷涂电压为70V，喷涂电流为650A，喷涂距离为100mm，送粉速率为35g/min，H2流量为4L/min，Ar流量为55L/min，喷枪速度为200mm/s。
(4)将3重量份的PFA粉末和1重量份的金属铝粉末混合，并用得到的混合粉料进行超音速火焰喷涂处理，以在等离子喷涂不粘层的上表面上形成超音速喷涂不粘层(厚度为35μm，粗糙度为0.8μm)，其中，超音速火焰喷涂处理的条件包括：煤油流量为19L/min，氧气流量为900L/min，氮气流量为4L/min，氩气流量为8L/min，送分速率为30g/min，喷涂距离为380mm。
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 4μm，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重量份的金属铝粉末混合，并用得到的混合粉料进行等离子喷涂处理，以在基体的上表面上形成等离子喷涂不粘层(厚度为50μm，粗糙度为3μm)，其中，等离子喷涂处理的条件包括：喷涂距离为80mm，喷涂电压为50V，喷涂电流为500A，喷涂距离为50mm，送粉速率为20g/min，H2流量为3L/min，Ar流量为50L/min，喷枪速度为100mm/s。
(4)将3重量份的PFA粉末和1重量份的金属铝粉末混合，并用得到的混合粉料进行超音速火焰喷涂处理，以在等离子喷涂不粘层的上表面上形成超音速喷涂不粘层(厚度为50μm，粗糙度为1μm)，其中，超音速火焰喷涂处理的条件包括：煤油流量为18L/min，氧气流量为800L/min，氮气流量为2L/min，氩气流量为5L/min，送粉速率为20g/min，喷涂距离为350mm。
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PFA粉末和1重量份的金属铝粉末混合，并用得到的混合粉料进行等离子喷涂处理，以在基体的上表面上形成等离子喷涂不粘层(厚度为200μm，粗糙度为5μm)，其中，等离子喷涂处理的条件包括：喷涂距离为120mm，喷涂电压为80V，喷涂电流为800A，喷涂距离为150mm，送粉速率为50g/min，H2流量为5L/min，Ar流量为60L/min，喷枪速度为250mm/s。
(4)将3重量份的PFA粉末和1重量份的金属铝粉末混合，并用得到的混合粉料进行超音速火焰喷涂处理，以在等离子喷涂不粘层的上表面上形成超音速喷涂不粘层(厚度为10μm，粗糙度为0.5μm)，其中，超音速火焰喷涂处理的条件包括：煤油流量为20L/min，氧气流量为1000L/min，氮气流量为5L/min，氩气流量为10L/min，送粉速率为40g/min，喷涂距离为400mm。
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，从而制得仅含有空气压力喷涂不粘层的锅。
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等离子喷涂法，从而制得仅含有静电喷涂不粘层的锅。
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、涂层孔隙率：直接称量法，即涂层孔隙率＝(1-ρα/ρ)×100％，其中ρα为喷涂涂层的表观密度，ρ为涂层材料的真实密度。结果见表1。
4、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2。
5、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2。
6、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2。
表1
表2
煮饭耐久性 耐刮擦性 不粘性能
实施例1 4000次以上 9000次以上 合格
实施例2 4000次以上 9000次以上 合格
实施例3 4000次以上 9000次以上 合格
对比例2 1200次 3500次 合格
对比例3 2000次 3800次 合格
由上表1和2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 (12)

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)；
形成在所述基底(1)上表面上的等离子喷涂不粘层(2)；以及
形成在所述等离子喷涂不粘层(2)上表面上的超音速喷涂不粘层(3)。
2.根据权利要求1所述的加热器具，其特征在于，所述等离子喷涂不粘层(2)为由含有氟树脂和金属铝的混合物经过等离子喷涂形成的涂层。
3.根据权利要求1或2所述的加热器具，其特征在于，所述等离子喷涂不粘层(2)的厚度为20-200μm，粗糙度为Ra 3-5μm，孔隙率为3-6％。
4.根据权利要求1所述的加热器具，其特征在于，所述超音速喷涂不粘层(3)为由含有氟树脂和金属铝的混合物经过超音速火焰喷涂形成的涂层。
5.根据权利要求1或4所述的加热器具，其特征在于，所述超音速喷涂不粘层(3)的厚度为10-50μm，粗糙度为Ra 0.5-1μm，孔隙率为0.5-2％。
6.根据权利要求2或4所述的加热器具，其特征在于，在所述含有氟树脂和金属铝的混合物中，所述氟树脂的含量为50-80重量％，所述金属铝的含量为20-50重量％。
7.根据权利要求2或4所述的加热器具，其特征在于，所述氟树脂为PFA。
8.根据权利要求1、2或4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。
9.一种制备权利要求1-8中任意一项所述的加热器具的方法，该方法包括以下步骤：
(1)通过等离子喷涂法在基底(1)的上表面上形成等离子喷涂不粘层(2)；
(2)通过超音速火焰喷涂法在所述等离子喷涂不粘层(2)的上表面上形成超音速火焰喷涂不粘层(3)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在实施等离子喷涂之前，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 3-5μm。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述等离子喷涂的工艺参数包括：喷涂距离为80-120mm，喷涂电压为50-80V，喷涂电流为500-800A，喷涂距离为50-150mm，送粉速率为20-50g/min，H2流量为3-5L/min，Ar流量为50-60L/min，喷枪速度为60-300mm/s。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述超音速火焰喷涂的工艺参数包括：煤油流量为18-20L/min，氧气流量为800-1000L/min，氮气流量为2-5L/min，氩气流量为5-10L/min，送粉速率为20-40g/min，喷涂距离为350-400mm。
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