CN111020481B - 一种电磁锅用导磁涂层及其制备方法 - Google Patents

一种电磁锅用导磁涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电磁锅用导磁涂层及其制备方法。本发明利用真空磁控溅射的方式或多弧离子镀的方式，并优化工艺参数，在锅具表面镀出导磁涂层。本发明成本较低，可连续化生产，对锅体材料无特殊要求，锅体升温较低，温度＜200℃，且制备得到的导磁涂层致密性好，与锅体结合强度高，膜层厚度均匀，表面粗糙度低，无需后续车削或磨削的方式再加工。

Description

一种电磁锅用导磁涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及锅具技术领域，具体涉及一种电磁锅用导磁涂层及其制备方法。
背景技术
目前电磁锅导磁涂层常用的制备方法基本为冷喷涂和热喷涂，其中热喷涂包括等离子喷涂、电弧喷涂、超音速喷涂和火焰喷涂等，但这些方法制备的涂层存在如下缺点：(1)涂层致密性不高；(2)涂层与锅体结合强度低；(3)锅体升温高，即使是冷喷涂工艺通常也需要加热至400-800℃；(4)膜厚度不均匀，表面粗糙度高，一般为＞6μm，经常需要后续车削或磨削的方式再加工；(5)连续化生产困难，需要不断的停机加粉，且生产过程只能对锅具逐一喷涂，不适合大批量生产，生产效率低；(6)生产过程有较多的粉尘，整体生产环境恶劣；(7)生产工艺有一定局限性，冷喷涂工艺只适用于一些塑性较好的金属材料，热喷涂工艺方法制备的涂层气体含量太高；(8)喷涂工艺的原材料粉体价格昂贵；(9)锅体为陶瓷材料时，结合力极差，良率低，不适用陶瓷锅体。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种电磁锅用导磁涂层及其制备方法，该制备工艺成本较低，可连续化生产，对锅体材料无特殊要求，锅体升温低，温度＜200℃，且制备得到的导磁涂层致密性好，与锅体结合强度高，膜层厚度均匀，表面粗糙度低，无需后续车削或磨削的方式再加工。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种电磁锅用导磁涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)对锅体进行表面清洁和烘干处理；
(2)干燥后的锅体放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜，通过机械泵、罗茨泵和分子泵使真空室的压强达到9×10-2～1×10-4Pa，将氩气通入真空室并维持压强为1×10-1～1×10-3Pa，启动镀膜机电源，对锅体进行真空磁控溅射或多弧离子镀，镀膜结束后，依次关闭分子泵、罗茨泵和机械泵，打开放气阀，待真空室内压强与大气压强平衡时，打开真空室，取得镀膜后的锅体。
利用真空磁控溅射的方式或多弧离子镀的方式在锅具表面镀出功能涂层。
真空磁控溅射是利用阴极表面配合的磁场形成电子陷阱，使在E×B的作用下电子紧贴阴极表面飘移。置一个与靶面电场正交的磁场，溅射时产生的快电子在正交的电磁场中作近似摆线运动，增加了电子行程，提高了气体的离化率，同时高能量粒子与气体碰撞后失去能量，基体温度较低，在不耐温材料上可以完成镀膜。
多弧离子镀是把弧光放电作为金属蒸发源的表面涂层技术，采用冷阴极电弧放电型自持自离化的固体蒸发源，其特点是离子能量高，沉积速率高，膜层改密性高，单固性好。
本发明利用真空磁控溅射的方式或多弧离子镀的方式，并优化工艺参数，在锅具表面镀出功能涂层。本发明成本较低，可连续化生产，对锅体材料无特殊要求，锅体升温低，温度＜200℃，且制备得到的导磁涂层致密性好，与锅体结合强度高，膜层厚度均匀，表面粗糙度低，无需后续车削或磨削的方式再加工。
本发明可以采用高压纯水表面清洁、超声波清洗、酒精、丙酮等擦拭、喷砂等工艺，对锅体进行表面清洁处理。
优选地，所述步骤(1)中，烘干温度为100-200℃，烘干时间为1-60min。
优选地，所述步骤(2)中，对锅体进行真空磁控溅射或多弧离子镀前，还包括对锅体表面进行离子源轰击清洗的步骤，清洗时间为10min，偏压电源500V，控制电流100A，使其表面更加清洁且活化，有助于提高导磁涂层致密性，提高涂层与锅体结合强度。
优选地，对锅体进行真空磁控溅射，溅射功率为5kW-10kW，试验发现，在此范围内制备得到的涂层粗糙度较低，致密性好，具有较高的抗拉强度和加热功率。
优选地，所述步骤(2)中，溅射靶材的成分为不锈钢、铁、镍、钴或其合金，锅体的成分为不锈钢、陶瓷或铝。所述不锈钢为304不锈钢、410不锈钢、430不锈钢或439不锈钢。选择不同的锅体材料或涂层材料，会导致导磁涂层的粗糙度、抗拉强度和加热功率发生改变，试验发现，当以304不锈钢作为锅体材料，以铁镍合金作为涂层材料，制备得到的涂层具有较高的抗拉强度和加热功率。
优选地，所述溅射靶材的形状为平面靶或旋转靶。
优选地，所述溅射靶材的数量为至少一个。本发明可选用一个或多个溅射靶材对锅体进行真空磁控溅射，可连续化生产。
本发明还提供了根据上述方法制备得到的电磁锅用导磁涂层。本发明制备的导磁涂层厚度为0.15-0.2μm，致密性达到99.9％以上，粗糙度为1.3-2.3μm，拉伸强度为45-50MPa，加热功率可达1775-1932W。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明利用真空磁控溅射的方式或多弧离子镀的方式，并优化工艺参数，在锅具表面镀出导磁涂层。本发明成本较低，可连续化生产，对锅体材料无特殊要求，锅体升温低，温度＜200℃，且制备得到的导磁涂层致密性好，与锅体结合强度高，膜层厚度均匀，表面粗糙度低，无需后续车削或磨削的方式再加工。
附图说明
图1为本发明利用真空磁控溅射的方式在锅体表面制备导磁涂层的示意图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种电磁锅用导磁涂层的制备方法，包括以下在步骤：
(1)将铝制电饭锅内胆放入超声波清洗机中，进行超声震荡清洗；清洗时间10min，温度为80℃；
(2)将清洗后的电饭锅内胆放入干燥箱中进行烘干，烘干10min后，用酒精擦拭，再次进行烘干，烘干时间为30s；
(3)如图1所示，通过传送带将干燥后的电饭锅内胆放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜，通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至2×10-3Pa；
(4)通入氩气进行调节，使真空度达到5×10-1Pa，启动镀铁靶材电源，进行磁控溅射镀铁过程，溅射功率5kW；
(5)溅射镀膜完成后，依次关闭分子泵、罗茨泵和机械泵，打开放气阀，待真空室内压强与大气压强平衡时，打开真空室，取得镀膜后的锅体。
实施例2
一种电磁锅用导磁涂层的制备方法，包括以下在步骤：
(1)将304电饭锅内胆放入超声波清洗机中，进行超声震荡清洗；清洗时间10min，温度为80℃；
(2)将清洗后的电饭锅内胆放入干燥箱中进行烘干，烘干10min后，用酒精擦拭，再次进行烘干，烘干时间为30s；
(3)将干燥后的电饭锅内胆放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜，通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至2×10-3Pa；
(4)通入氩气进行调节，使真空度达到5×10-1Pa，启动镀铁靶材电源，进行磁控溅射镀铁过程，溅射功率5kW；
(5)溅射镀膜完成后，依次关闭分子泵、罗茨泵和机械泵，打开放气阀，待真空室内压强与大气压强平衡时，打开真空室，取得镀膜后的锅体。
实施例3
一种电磁锅用导磁涂层的制备方法，包括以下在步骤：
(1)将陶瓷电饭锅内胆放入超声波清洗机中，进行超声震荡清洗；清洗时间10min，温度为80℃；
(2)将清洗后的电饭锅内胆放入干燥箱中进行烘干，烘干10min后，用酒精擦拭，再次进行烘干，烘干时间为30s；
(3)将干燥后的电饭锅内胆放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜，通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至2×10-3Pa；
(4)通入氩气进行调节，使真空度达到5×10-1Pa，启动镀铁靶材电源，进行磁控溅射镀铁过程，溅射功率5kW；
(5)溅射镀膜完成后，依次关闭分子泵、罗茨泵、机械泵，打开放气阀，待真空室内压强与大气压强平衡时，打开真空室，取得镀膜后的锅体。
实施例4
一种电磁锅用导磁涂层的制备方法，包括以下在步骤：
(1)将铝制电饭锅内胆放入超声波清洗机中，进行超声震荡清洗；清洗时间20min，温度为90℃；
(2)将清洗后的电饭锅内胆放入干燥箱中进行烘干，烘干10min后，用酒精擦拭，再次进行烘干，烘干时间为30s；
(3)将干燥后的电饭锅内胆放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜，通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至2×10-3Pa。
(4)通入氩气进行调节，使真空度达到5×10-1Pa，对锅体表面进行离子源轰击清洗，使其表面更加清洁且活化。清洗时间为10min，偏压电源500V控制电流100A；
(5)启动镀铁靶材电源，进行磁控溅射镀铁过程，溅射功率5kW；
(6)溅射镀膜完成后，依次关闭分子泵、罗茨泵、机械泵，打开放气阀，待真空室内压强与大气压强平衡时，打开真空室，取得镀膜后的锅体。
实施例5
一种电磁锅用导磁涂层的制备方法，包括以下在步骤：
(1)将铝制电饭锅内胆放入超声波清洗机中，进行超声震荡清洗；清洗时间30min，温度为80℃；
(2)将清洗后的电饭锅内胆放入干燥箱中进行烘干，烘干10min后，用酒精擦拭，再次进行烘干，烘干时间为30s；
(3)将干燥后的电饭锅内胆放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜，通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至2×10-3Pa；
(4)通入氩气进行调节，使真空度达到5×10-1Pa，对锅体表面进行离子源轰击清洗，使其表面更加清洁且活化，清洗时间为10min，偏压电源500V，控制电流100A；
(5)启动镀铁靶材电源，进行磁控溅射镀铁过程，溅射功率10kW；
(6)溅射镀膜完成后，依次关闭分子泵、罗茨泵、机械泵，打开放气阀，待真空室内压强与大气压强平衡时，打开真空室，取得镀膜后的锅体。
实施例6
一种电磁锅用导磁涂层的制备方法，包括以下在步骤：
(1)将铝制电饭锅内胆放入超声波清洗机中，进行超声震荡清洗；清洗时间20min，温度为80℃；
(2)将清洗后的电饭锅内胆放入干燥箱中进行烘干，烘干10min后，用酒精擦拭，再次进行烘干，烘干时间为30s；
(3)将干燥后的电饭锅内胆放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜，通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至5×10-3Pa。
(4)通入氩气进行调节，使真空度达到5×10-1Pa，对锅体表面进行离子源轰击清洗，使其表面更加清洁且活化，清洗时间为10min，偏压电源500v控制电流100A；
(5)启动镀铁硅(99：1wt％)靶材电源，进行磁控溅射镀铁过程，溅射功率10kW；
(6)溅射镀膜完成后，依次关闭分子泵、罗茨泵和机械泵，打开放气阀，待真空室内压强与大气压强平衡时，打开真空室，取得镀膜后的锅体。
实施例7
一种电磁锅用导磁涂层的制备方法，包括以下在步骤：
(1)将铝制电饭锅内胆放入超声波清洗机中，进行超声震荡清洗；清洗时间20min，温度为80℃；
(2)将清洗后的电饭锅内胆放入干燥箱中进行烘干，烘干10min后，用酒精擦拭，再次进行烘干，烘干时间为30s；
(3)将干燥后的电饭锅内胆放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜，通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至5×10-3Pa；
(4)通入氩气进行调节，使真空度达到5×10-1Pa，对锅体表面进行离子源轰击清洗，使其表面更加清洁且活化，清洗时间为10min，偏压电源500v，控制电流100A；
(5)启动镀铁硅(99：1wt％)靶材电源，进行磁控溅射镀铁过程，溅射功率10kW；
(6)溅射镀膜完成后，依次关闭分子泵、罗茨泵、机械泵，打开放气阀，待真空室内压强与大气压强平衡时，打开真空室，取得镀膜后的锅体。
实施例8
一种电磁锅用导磁涂层的制备方法，包括以下在步骤：
(1)将304电饭锅内胆放入超声波清洗机中，进行超声震荡清洗；清洗时间20min，温度为80℃；
(2)将清洗后的电饭锅内胆放入干燥箱中进行烘干，烘干10min后，用酒精擦拭，再次进行烘干，烘干时间为30s；
(3)将干燥后的电饭锅内胆放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜，通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至5×10-3Pa。
(4)通入氩气进行调节，使真空度达到5×10-1Pa，对锅体表面进行离子源轰击清洗，使其表面更加清洁且活化，清洗时间为10min，偏压电源500V控制电流100A；
(5)启动镀铁镍合金(70：30wt％)靶材电源，进行磁控溅射镀铁过程，溅射功率10kW；
(6)溅射镀膜完成后，依次关闭分子泵、罗茨泵、机械泵，打开放气阀，待真空室内压强与大气压强平衡时，打开真空室，取得镀膜后的锅体。
实施例9
一种电磁锅用导磁涂层的制备方法，包括以下在步骤：
(1)将304电饭锅内胆放入超声波清洗机中，进行超声震荡清洗；清洗时间20min，温度为80℃；
(2)将清洗后的电饭锅内胆放入干燥箱中进行烘干，烘干10min后，用酒精擦拭，再次进行烘干，烘干时间为30s；
(3)将干燥后的电饭锅内胆放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜，通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至5×10-3Pa；
(4)通入氩气进行调节，使真空度达到5×10-1Pa，对锅体表面进行离子源轰击清洗，使其表面更加清洁且活化；清洗时间为10min，偏压电源500v，控制电流100A；
(5)启动镀铁镍合金(50：50wt％)靶材电源，进行磁控溅射镀铁过程，溅射功率10kW；
(6)溅射镀膜完成后，依次关闭分子泵、罗茨泵和机械泵，打开放气阀，待真空室内压强与大气压强平衡时，打开真空室，取得镀膜后的锅体。
对上述实施例制备的导磁涂层进行相关性能测试，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002291591850000071
Figure BDA0002291591850000081
由表1结果可知，本发明通过磁控溅射镀膜的工艺方式可以获得优质涂层，涂层粗糙度低，且涂层厚度超过0.2mm以后功率增加不大。由实施例1-3结果可知，在制备工艺相同的情况下，选择不同的锅体材料，会导致导磁涂层的粗糙度、抗拉强度和加热功率发生改变，其中，选择304不锈钢作为锅体材料，制备得到的涂层粗糙度较低，具有较高的抗拉强度和加热功率。由实施例4-5结果可知，在制备工艺相同的情况下，选择不同的涂层材料，也会导致导磁涂层的粗糙度、抗拉强度和加热功率发生改变。由实施例1-9结果可知，以304不锈钢作为锅体材料，以铁镍合金作为涂层材料，制备得到的涂层具有较高的抗拉强度和加热功率。
选择相同的锅体和涂层材料，对比采用实施例2的真空磁控溅射镀膜、采用常规的热喷涂和冷喷涂工艺制备的导磁涂层的性能，结果如表2所示。
表2
真空镀膜 热喷涂 冷喷涂
粗糙度(0.2mm厚度) 1.6 12 6
抗拉强度 60 30 45
致密性 99.95％ 90％～96％ 98～99％
加热功率 1920 875 1855
由表2数据可以看出，本发明通过真空磁控溅射镀膜的工艺制成的导磁锅内胆，具有粗糙度低，抗拉强度高，致密性高，加热功率大，成本低廉，连续化生产方便等优势，同时生产环境无尘，具有经济效益及社会效益。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种电磁锅用导磁涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对锅体进行表面清洁和烘干处理；
(2)干燥后的锅体放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜，通过机械泵、罗茨泵和分子泵使真空室的压强达到9×10-2～1×10-4Pa，将氩气通入真空室并维持压强为1×10-1～1×10-3Pa，启动镀膜机电源，对锅体进行真空磁控溅射，镀膜结束后，依次关闭分子泵、罗茨泵和机械泵，打开放气阀，待真空室内压强与大气压强平衡时，打开真空室，取得镀膜后的锅体；
所述步骤(2)中，对锅体进行真空磁控溅射前，还包括对锅体表面进行离子源轰击清洗的步骤，清洗时间为10min，偏压电源500V，控制电流100A；
所述步骤(2)中，对锅体进行真空磁控溅射时溅射功率为5kW-10kW；
所述锅体为304不锈钢，使用的溅射靶材为铁镍合金靶材，铁和镍的质量比为7:3。
2.根据权利要求1所述的电磁锅用导磁涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，烘干温度为100-200℃，烘干时间为1-60min。
3.根据权利要求1所述的电磁锅用导磁涂层的制备方法，其特征在于，所述溅射靶材的形状为平面靶或旋转靶。
4.根据权利要求1所述的电磁锅用导磁涂层的制备方法，其特征在于，所述溅射靶材的数量为至少一个。
5.根据权利要求1-4任一项所述方法制备得到的电磁锅用导磁涂层。
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