CN112337773A - 复合不粘涂层及其制备方法、锅具和烹饪器具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了复合不粘涂层及其制备方法、锅具和烹饪器具。复合不粘涂层包括:硬质基体和分散在硬质基体中的有机树脂,有机树脂为疏水性有机树脂。由此,复合不粘涂层具有良好的不粘性和耐磨性,具体的:硬质基体保证复合不粘涂层良好的耐磨性,疏水性有机树脂填充分散在硬质基体中,使得复合不粘涂层表面具有良好的不粘性;而且,有机树脂分散在硬质基体中,可以粘结孔隙间的硬质基体材料,避免硬质基体发生腐蚀;再者,有机树脂具有一定的粘结性,可粘结在硬质基体上,故而有机树脂和硬质基体之间不会发生脱落,可长期保证复合不粘涂层良好的不粘性、耐腐蚀性以及耐刮擦性;具有粘性的有机树脂可进一步提升复合不粘涂层与基体之间的结合力。

Description

复合不粘涂层及其制备方法、锅具和烹饪器具
技术领域
本发明涉及锅具技术领域,具体的,涉及复合不粘涂层及其制备方法、锅具和烹饪器具。
背景技术
金属材料具有高硬度、高耐磨性、耐高温和耐腐蚀性,但作为锅具的不粘性较差。而目前锅具最常用的不粘涂层为有机氟树脂,这种材料虽然具有良好的不粘性,但耐磨性差、硬度低、遇高温分解一直被消费者所诟病。目前,尚且没有一种既可以具有金属的高耐磨性,有同时具有不粘性的不粘涂层。
因此,关于锅具和不粘涂层的研究有待深入。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种具有不粘性佳良好、耐磨性较佳、便于制备或使用寿命长等优点的复合不粘涂层。
在本发明的一个方面,本发明提供了一种复合不粘涂层。根据本发明的实施例,所述复合不粘涂层包括:硬质基体和分散在所述硬质基体中的有机树脂,所述有机树脂为疏水性有机树脂。由此,复合不粘涂层具有良好的不粘性和耐磨性,具体的:硬质基体保证复合不粘涂层良好的耐磨性,疏水性有机树脂填充分散在硬质基体中,使得复合不粘涂层表面具有良好的不粘性;而且,有机树脂分散在硬质基体中,可以粘结孔隙间的硬质基体中材料,避免硬质基体发生的腐蚀;再者,有机树脂具有一定的粘结性,可粘结在硬质基体上,故而有机树脂和硬质基体之间不会发生脱落,进而可长期保证复合不粘涂层良好的不粘性、耐腐蚀性能以及耐刮擦性能,进而延长其使用寿命;具有粘性的有机树脂可进一步提升复合不粘涂层与基体之间的结合力。
根据本发明的实施例,所述有机树脂填充在所述硬质基体中的至少一部分的孔隙内。由此,可以降低复合不粘涂层的孔隙率,进而在复合不粘涂层的使用过程中就可以防止水、酸、或碱等污渍等渗入孔隙中,从而提高复合不粘涂层的耐腐蚀性,并提高复合不粘涂层与基体之间的结合力。
根据本发明的实施例,所述有机树脂为含氟有机树脂,基于所述不粘涂层的总质量,按质量百分比计,氟元素的含量为0.1wt%-20wt%。由此,复合不粘涂层具有良好的不粘性。
根据本发明的实施例,所述复合不粘涂层满足以下条件至少之一:
所述复合不粘涂层的孔隙率小于或等于10%。由此,复合不粘涂层具有较低的孔隙率,较高的致密性,可以进一步提高复合不粘涂层的耐腐蚀性,而且还可以避免复合不粘涂层裂纹的产生;若孔隙率大于10%,则复合不粘涂层的硬度、耐磨性以及耐腐蚀性会相对变差,导致复合不粘涂层的耐久性降低;
所述复合不粘涂层的厚度为30-200微米。由于复合不粘涂层具有高硬度和高耐磨的特性,因此长期使用铁铲、百洁布等清洁用具清洗时,不会导致复合不粘涂层破坏和脱落,可赋予复合不粘涂层持久不粘性和耐腐蚀性,但考虑到复合不粘涂层厚度对复合不粘涂层表面的热导率影响很大,复合不粘涂层太薄则起不到均热的作用,而复合不粘涂层过厚则会使复合不粘涂层外表面结构疏松、孔隙增加,涂层硬度、耐磨性、附着力和不粘性下降,故而本发明的实施例中复合不粘涂层厚度为30-200微米,如此,既可以保证复合不粘涂层起到较好的匀热作用,又不会导致复合不粘涂层外表面结构疏松、孔隙增加,涂层硬度、耐磨性和不粘性下降的问题;
所述复合不粘涂层的热导率为0.5-15W/mK。由此,保证复合不粘涂层同时具有良好的导热性和匀热性,当其应用于锅具时,可以较好的保证锅具良好的使用性能;
所述复合不粘涂层的表面粗糙度小于10微米。由此,有助于进一步提高复合不粘涂层的不粘性,若粗糙度过大,当该复合不粘涂层与外界器具接触时容易被外界器具破坏,降低复合不粘涂层的不粘性、耐磨性和耐腐蚀性。
根据本发明的实施例,所述硬质基体选自金属、硬质化合物、金属合金、复合粒子和陶瓷中的至少一种。由此,复合不粘涂层具有较佳的硬度,进而保证复合不粘涂层具有良好的耐磨性。
根据本发明的实施例,所述金属合金为准晶。由此,准晶材料的硬度好、耐磨性佳、耐腐蚀性良好,可以有效提升锅具的硬度和耐磨性,而且安全无毒;由于准晶作为基体时,硬度较高,不粘性能较好,但是其脆性较高,且准晶形成的涂层的孔隙较多,容易发生腐蚀,将有机树脂填充在准晶基体(即硬质基体)中的孔隙中,形成复合不粘涂层,一方面有机树脂韧性较高,填充的准晶基体中的孔隙中,能够缓冲复合不粘涂层所受到的应力,提高涂层的韧性,减少脆性;另一方面,有机树脂填充在准晶基体中的孔隙内,能够较少腐蚀现象的产生,提高涂层的耐腐蚀性能。
根据本发明的实施例,所述金属选自不锈钢、铬、镍、钛、金、银、铜和铸铁中的至少一种;所述硬质化合物选自碳化钨、碳化钛、碳化铬、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化铬、氧化钙、氧化镁、碳化硼、氧化硅、氮化硅和碳化硅中的至少一种;所述金属合金还选自铝合金、Ni-Cr合金、Ni-Cu合金、Co-Cr-W合金、Ni-Cr-Al-Y合金、Co-Cr-Al-Y合金和Fe-Cr-Al-Y合金中的至少一种;所述复合粒子选自镍包陶瓷和镍包铝中的至少一种。上述形成硬质基体的材料的硬度好、耐磨性佳、耐腐蚀性良好,可以有效提升锅具的硬度和耐磨性,而且安全无毒。
根据本发明的实施例,所述有机树脂的接触角为100度~140度。由此,有机树脂的疏水性较好,可以有效保证复合不粘涂层良好的不粘性。
根据本发明的实施例,所述有机树脂选自PFA、PTFE和PTFA中的至少一种,或PEEK与PFA、PTFE和PTFA中的至少一种的混合。由此,上述有机树脂安全无毒,在烹饪的温度范围内不会使之熔融;而且,上述有机树脂疏水性好,还可以进一步提高复合不粘涂层的不粘性。
在本发明的另一方面,本发明提供了一种制备前面所述的复合不粘涂层的方法。根据本发明的实施例,所述制备复合不粘涂层的方法包括:将硬质颗粒与疏水性的有机树脂混合,以便得到混合物;将所述混合物喷涂形成所述复合不粘涂层。由此,制备的复合不粘涂层具有良好的不粘性和耐磨性,具体的:硬质颗粒形成的硬质基体保证复合不粘涂层良好的耐磨性,疏水性的有机树脂填充分散在硬质基体中(即填充在硬质基体中的晶粒之间),使得复合不粘涂层表面具有良好的不粘性;而且,有机树脂分散在硬质基体中,可以粘结孔隙间的硬质基体材料,避免硬质基体发生腐蚀;再者,有机树脂具有一定的粘结性,可粘结在硬质基体上,故而有机树脂和硬质基体之间不会发生脱落,进而可长期保证复合不粘涂层良好的不粘性、耐腐蚀性能以及耐刮擦性能,进而延长其使用寿命;具有粘性的有机树脂可进一步提升复合不粘涂层与基体之间的结合力。
根据本发明的实施例,将所述硬质颗粒与所述有机树脂进行球磨混合,以便得到所述混合物。由此,有机树脂和硬质颗粒可以充分混合,有效保证有机树脂均匀充分的分散填充在硬质基体的孔隙中。
根据本发明的实施例,将所述硬质颗粒加入到有机树脂混合液中浸润,之后将浸润的所述硬质颗粒干燥,得到复合颗粒,得到所述混合物。由此,通过浸润后,有机树脂包覆在硬质颗粒的至少一部分的外表面上,如此,可以更好地保证有机树脂分散的均匀性,使得制备的复合不粘涂层中,有机树脂更充分均匀的分散填充硬质基体中的孔隙,进而更进一步的降低复合不粘涂层的孔隙率,提高锅具的耐腐蚀性和不粘性。
根据本发明的实施例,将粒径小于15微米的所述硬质颗粒加入到有机树脂混合液中浸润,之后将浸润的所述硬质颗粒干燥、造粒,得到复合颗粒,以便得到所述混合物。由此,在上述方案中,选择小粒径的硬质颗粒可以使得有机树脂可以更为均匀的包覆在硬质颗粒的至少一部分的外表面上,如此,可以更好地保证有机树脂分散的均匀性,使得制备的复合不粘涂层中,有机树脂更充分均匀的分散填充硬质基体中的孔隙,进而更进一步的降低复合不粘涂层的孔隙率,提高锅具的耐腐蚀性和不粘性。
根据本发明的实施例,所述复合颗粒包括所述有机树脂和被所述有机树脂包覆至少一部分外表面的所述硬质颗粒。由此,可以更好地保证有机树脂分散的均匀性,使得制备的复合不粘涂层中,有机树脂更充分均匀的分散填充硬质基体中的孔隙,进而更进一步的降低复合不粘涂层的孔隙率,提高锅具的耐腐蚀性和不粘性。
根据本发明的实施例,所述有机树脂为颗粒状有机树脂,所述硬质颗粒和所述有机树脂的粒径分别不大于100微米,优选10微米~100微米,更优选10微米~50微米。由此,有利于提高制备的复合不粘涂层的致密性,降低其孔隙率,进而有利于提高复合不粘涂层的耐腐蚀性和不粘性;而且,上述粒径大小的硬质颗粒和有机树脂有利于喷涂时的出粉率。
根据本发明的实施例,所述复合颗粒的粒径不大于100微米,优选15微米~60微米。由此,有利于提高制备的复合不粘涂层的致密性,降低其孔隙率,进而有利于提高复合不粘涂层的耐腐蚀性和不粘性;而且,上述粒径大小的复合颗粒有利于喷涂时的出粉率。
根据本发明的实施例,所述复合颗粒的粒径不大于100微米,优选10微米~100微米,更优选15微米~60微米。由此,有利于提高制备的复合不粘涂层的致密性,降低其孔隙率,进而有利于提高复合不粘涂层的耐腐蚀性和不粘性;而且,上述粒径大小的复合颗粒有利于喷涂时的出粉率。
根据本发明的实施例,在所述混合物中,基于所述硬质颗粒和所述有机树脂的总质量,按质量百分比计,所述有机树脂的含量为1wt%~50wt%。由此,在上述范围内可以有效保证复合不粘涂层的不粘性,且有机树脂不仅可以有效填充硬质基体的孔隙,使得复合不粘涂层的孔隙率较低,可进一步提升复合不粘涂层的耐腐蚀性,而且不会影响复合不粘涂层在制备时复合不粘涂层的沉积率,不会影响复合不粘涂层的整体硬度、耐磨性、导热率和不粘性等性能;若有机树脂含量偏低,则复合不粘涂层的不粘性相对较差,而且相对不能很好填充硬质基体中的孔隙,如此,复合不粘涂层中的孔隙依然相对较多,耐腐蚀性和不粘性相对较差;若有机树脂的含量偏高,则在制备复合不粘涂层时,有机树脂和形成硬质基体的硬质颗粒的混合物的流动性较差,导致复合不粘涂层的沉积率降低,影响复合不粘涂层的使用性能,而且还会导致复合不粘涂层的导热性相对较差。
根据本发明的实施例,在所述喷涂之后,还包括热处理的步骤,其中,所述热处理的温度为200~400℃。在喷涂之后,会有部分有机树脂仍处于熔融状态,通过热处理可以使得有机树脂交联固化。
在本发明的又一方面,本发明提供了一种锅具。根据本发明的实施例,所述锅具包括:锅体;前面所述的复合不粘涂层,所述复合不粘涂层设置在所述锅体的至少一部分的内表面上。由此,该锅具具有较佳的不粘性、耐磨性和耐腐蚀性。此外,本领域技术人员可以理解,该锅具具有前面所述复合不粘涂层的所有特征和优点,在此不再一一赘述。
在本发明的又一方面,本发明提供了一种烹饪器具。根据本发明的实施例,所述烹饪器具包括前面所述的锅具。由此,该烹饪器具具有很好的耐腐蚀性,应用地域广泛,而且在烹饪食物时,食物不会粘锅,进而提高食物的口感和美观,烹饪器具的使用寿命也较长。此外,本领域技术人员可以理解,该烹饪器具具有前面所述复合不粘涂层的所有特征和优点,在此不再一一赘述。
附图说明
图1是本发明一个实施例中制备锅具的方法流程图。
图2是本发明另一个实施例中锅具的结构示意图。
图3是本发明实施例4中准晶涂层的扫描电镜图。
附图标记:100-锅体;200-复合不粘涂层
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面,本发明提供了一种复合不粘涂层。根据本发明的实施例,所述复合不粘涂层包括:硬质基体和分散在所述硬质基体中的有机树脂,所述有机树脂为疏水性有机树脂。由此,复合不粘涂层具有良好的不粘性和耐磨性,具体的:硬质基体保证复合不粘涂层良好的耐磨性,疏水性有机树脂填充分散在硬质基体中(即填充在硬质基体中的晶粒之间),使得复合不粘涂层表面具有良好的不粘性;而且,有机树脂分散在硬质基体中,可以粘结孔隙间的硬质基体材料(由于硬质基体内具有多个孔隙,有机树脂可以粘结孔隙内分离的硬质基体材料),避免硬质基体发生腐蚀;再者,有机树脂具有一定的粘结性,可粘结在硬质基体上,故而有机树脂和硬质基体之间不会发生脱落,进而可长期保证复合不粘涂层良好的不粘性、耐腐蚀性能以及耐刮擦性能,进而延长其使用寿命;具有粘性的有机树脂可进一步提升复合不粘涂层与基体之间的结合力。
根据本发明的实施例,所述有机树脂填充在所述硬质基体中的至少一部分的孔隙内。由此,可以降低复合不粘涂层的孔隙率,进而在复合不粘涂层的使用过程中就可以防止水、酸、或碱等污渍等渗入孔隙中,从而提高复合不粘涂层的耐腐蚀性,并提高复合不粘涂层与基体之间的结合力。需要说明的是,由于硬质基体的孔隙即存在于硬质基体内部,也存在于硬质基体的表面,所以有机树脂既可以填充在硬质基体内部的孔隙中,也可以填充在硬质基体表面的孔隙中,如此,可以更好的防止水、酸、或碱等污渍等渗入孔隙中。
根据本发明的实施例,所述硬质基体选自金属、硬质化合物、金属合金、复合粒子和陶瓷中的至少一种。由此,复合不粘涂层具有较佳的硬度,进而保证复合不粘涂层具有良好的耐磨性。
进一步的,金属合金为准晶材料。由此,准晶材料的硬度好、耐磨性佳、耐腐蚀性良好,可以有效提升锅具的硬度和耐磨性,而且安全无毒;由于准晶作为基体时,硬度较高,不粘性能较好,但是其脆性较高,且准晶形成的涂层的孔隙较多,容易发生腐蚀,将有机树脂填充在准晶基体(即硬质基体)中的孔隙中,形成复合不粘涂层,一方面有机树脂韧性较高,填充的准晶基体中的孔隙中,能够缓冲复合不粘涂层所受到的应力,提高涂层的韧性,减少脆性;另一方面,有机树脂填充在准晶基体的孔隙中,能够较少腐蚀现象的产生,提高涂层的耐腐蚀性能。
其中,所述金属选自不锈钢、铬、镍、钛、金、银、铜和铸铁中的至少一种;所述硬质化合物选自碳化钨、碳化钛、碳化铬、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化铬、氧化钙、氧化镁、碳化硼、氧化硅、氮化硅和碳化硅中的至少一种;所述金属合金还可以选自铝合金、Ni-Cr合金、Ni-Cu合金、Co-Cr-W合金、Ni-Cr-Al-Y合金、Co-Cr-Al-Y合金和Fe-Cr-Al-Y合金中的至少一种;所述复合粒子选自镍包陶瓷和镍包铝中的至少一种。上述形成硬质基体的材料的硬度好、耐磨性佳、耐腐蚀性良好,可以有效提升锅具的硬度和耐磨性,而且安全无毒;而且,当硬质基体的材料为准晶材料时,由于准晶具有更好的硬度和不粘性,所以复合不粘涂层具有更佳的耐磨性和不粘性。其中,硬质基体的材料为金属时,硬质金属基体硬度较高,而硬度较高的金属基体在收到应力作用时会发生应力集中现象,将有机树脂填充在硬质基体中的孔隙内,由于有机树脂的韧性较高,能够减少复合不粘涂层的应力集中现象,减少应力腐蚀,并减少复合不粘涂层开裂的风险。
在一些实施例中,硬质基体为准晶时,准晶材料包括铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、铬(Cr)、锆(Zr)、镍(Ni)、硅(Si)、锰(Mn)、钒(V)、铁(Fe)或锂(Li)中的至少两种。由此,可以得到准晶含量高、硬度大、耐腐蚀性佳等性能的准晶基体(即硬质基体)。在本发明的实施例中,准晶材料为Al-Cu-Fe、Al-Cu-Fe-Cr、Al-Cu-Cr、Al-Fe-Cr、Ti-Zr-Ni、Ti-Ni或Ti-Fe,即硬质基体是由Al-Cu-Fe、Al-Cu-Fe-Cr、Al-Cu-Cr、Al-Fe-Cr、Ti-Zr-Ni、Ti-Ni或Ti-Fe合金制备形成。
根据本发明的实施例,形成准晶材料包括原子个数比为(30-50):(30-50):(10-30)的钛、锆和镍,或原子个数比为(60-70):(15-25):(8-15):(3-8)的Al、Cu、Fe和Cr。由此,可以得到准晶含量高、硬度大、耐腐蚀性佳等性能的准晶基体,进而提高复合不粘涂层的硬度、耐腐蚀性以及不粘性。
根据本发明的实施例,所述有机树脂为含氟有机树脂,基于所述复合不粘涂层的总质量,按质量百分比计,氟元素的含量为0.1wt%-20wt%,比如0.1wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、15wt%、16wt%、17wt%、18wt%、19wt%、20wt%。由此,复合不粘涂层具有良好的不粘性,由于氟元素是以有机树脂的形式存在,上述含量的氟元素可以保证有机树脂充分的分散在硬质基体中,均匀的填充在硬质基体的孔隙内;若氟元素的含量低于0.1wt%,则相对会导致复合不粘涂层的不粘性相对较差;若氟元素的含量高于20wt%,则在复合不粘涂层制备时,需要添加相对较多的有机树脂,从而在制备过程中会导致沉积率低,复合不粘涂层的表面粗糙度增加,孔隙率提高,且含量过多的有机树脂会导致复合不粘涂层中各种不同材料之间的结合力以及复合不粘涂层与基体之间的结合力降低,还会使得复合不粘涂层的导热率降低以及耐磨性变差。
根据本发明的实施例,所述有机树脂的接触角为100度~140度,比如100°、110°、120°、130°或140°。由此,有机树脂的疏水性较好,可以有效保证复合不粘涂层良好的不粘性。
根据本发明的实施例,为了保证复合不粘涂层良好的不粘性,所述有机树脂选自PFA(四氟乙烯与全氟烷氧基乙烯基醚共聚物,也可称过氟烷基化物)、PTFE(聚四氟乙烯)和PTFA(聚四氟乙烯聚合物)中的至少一种,或PEEK(聚醚醚酮)与PFA、PTFE和PTFA中的至少一种的混合,比如PEEK与PFA的混合、PEEK与PTFE的混合,或PEEK与PTFA的混合。有机树脂包括与聚四氟乙烯的共聚物(PFA)、(PEEK)、(PTFE)中的至少一种。由此,上述有机树脂安全无毒,在烹饪时的温度范围内不会使之熔融;而且,上述有机树脂疏水性好,还可以进一步提高复合不粘涂层的不粘性。
根据本发明的实施例,所述复合不粘涂层满足以下条件至少之一:
所述复合不粘涂层的孔隙率小于或等于10%,比如为10%、9.5%、9%、8.5%、8%、7.5%、7%、6.5%、6%、5.5%、5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%、0.8%、0.5%或0.2%。由此,复合不粘涂层具有较低的孔隙率,较高的致密性,可以进一步提高复合不粘涂层的耐腐蚀性和耐磨性,而且还可以避免复合不粘涂层裂纹的产生;若孔隙率大于10%,则复合不粘涂层的硬度、耐磨性以及耐腐蚀性会相对变差,导致复合不粘涂层的耐久性降低;
复合不粘涂层的厚度为30~200微米,比如30微米、50微米、80微米、100微米、120微米、130微米、140微米、150微米、160微米、170微米、180微米、190微米或200微米。由于复合不粘涂层具有高硬度和高耐磨的特性,因此长期使用铁铲、百洁布等清洁用具清洗时,不会导致复合不粘涂层破坏和脱落,可赋予复合不粘涂层持久不粘性和耐腐蚀性,但考虑到复合不粘涂层厚度对其表面的热导率影响很大(当复合不粘涂层应用于锅具时,由于锅体的热导率很高,如低碳钢的热导率超过50W/mK,锅身和锅底容易产生温差,导致糊底和粘锅,而复合不粘涂层的导热率低于锅体,可以起到匀热的作用),复合不粘涂层太薄则起不到均热的作用,而复合不粘涂层过厚则会使复合不粘涂层外表面结构疏松、孔隙增加,涂层硬度、耐磨性、附着力和不粘性下降,故而本发明的实施例中复合不粘涂层厚度为30~200微米,如此,既可以保证复合不粘涂层起到较好的匀热作用,又不会导致复合不粘涂层外表面结构疏松、孔隙增加,涂层硬度、耐磨性和不粘性下降的问题;
复合不粘涂层的热导率为0.5-5W/mK,比如0.5W/mK、1W/mK、1.5W/mK、2W/mK、2.5W/mK、3W/mK、3.5W/mK、4W/mK、4.5W/mK、5W/mK。当复合不粘涂层应用于锅具时,由于锅体的热导率很高,如低碳钢的热导率超过50W/mK,使用时锅身和锅底产生温差,导致糊底和粘锅,本发明中复合不粘涂层的热导率较低,为0.5-5W/mK,因此复合不粘涂层涂覆在锅体上相当于给锅具表面设置了一层保护层,复合不粘涂层低热导率的特性使得热量在锅具表面温度均匀分布,解决了糊底和粘锅的难题;
复合不粘涂层的表面粗糙度(Ra)小于10微米,比如9.9微米、9微米、8微米、7微米、6微米、5微米、4微米、3微米、2微米、1.9微米、1.8微米、1.6微米、1.4微米、1.2微米、1微米、0.8微米、0.6微米、0.4微米或0.2微米。由此,有助于进一步提高复合不粘涂层的不粘性,若粗糙度过大,当该复合不粘涂层与外界器具接触时容易被外界器具破坏,降低复合不粘涂层的不粘性、耐磨性和耐腐蚀性。在一些实施例中,复合不粘涂层的表面粗糙度小于2微米。如此,可以更好的提高复合不粘涂层的不粘性。
在本发明的另一方面,本发明提供了一种制备前面所述的复合不粘涂层的方法。根据本发明的实施例,参照图1,制备复合不粘涂层的方法包括:
S100:将硬质颗粒与有机树脂混合,以便得到混合物。
根据本发明的实施例,当硬质颗粒的材料准晶时,即硬质颗粒为准晶颗粒,所述准晶颗粒是通过以下步骤制备获得的:
1)将铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、铬(Cr)、锆(Zr)、镍(Ni)、硅(Si)、锰(Mn)、钒(V)、铁(Fe)或锂(Li)中的至少两种按预定原子个数比混合,熔炼形成合金锭。
根据本发明的实施例,将形成准晶颗粒的原料按照预定原子个数比为(30-50):(30-50):(10-30)的钛、锆和镍,或原子个数比为(60-70):(15-25):(8-15):(3-8)的Al、Cu、Fe和Cr混合,之后进行熔炼成合金锭。由此,可以得到准晶含量高、硬度大、耐腐蚀性佳等性能的准晶基体(即硬质基体),进而提高复合不粘涂层的硬度、耐腐蚀性以及不粘性。
根据本发明的实施例,熔炼形成合金锭的具体条件没有限制要求,本领域技术人员可以根据原料的具体种类和配比等实际情况灵活选择。在本发明的一些实施例中,即形成的原料混合物在900~1200℃下进行熔炼形成合金锭。
2)将合金锭在真空或保护气氛中进行雾化制粉处理,以便得到准晶颗粒。由此,可以得到准晶含量较高的复合不粘涂层。
根据本发明的实施例,利用制粉设备在真空或保护气氛中进行雾化制粉,得到颗粒状准晶,其中,保护气氛的具体种类没有限制,比如可以包括但不限于氮气、氩气、氦气等惰性气体。根据本发明的实施例,为了得到适宜粒径的准晶颗粒,在喷涂之前,可预先利用网筛对制粉后的颗粒进行筛选,得到所需粒径大小的准晶颗粒。
根据本发明的实施例,在所述混合物中,基于硬质颗粒和有机树脂的总质量,按质量百分比计,所述有机树脂的含量为1wt%~50wt%,比如1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%、30wt%、35wt%、40wt%、45wt%、50wt%。在上述范围内,可以有效保证复合不粘涂层中的氟元素的含量在0.1wt%-20wt%,进而保证其表面具有良好的不粘性,且同时保证复合不粘涂层的硬度、耐磨性较佳,有机树脂可充分填充硬质基体的孔隙,使得复合不粘涂层的孔隙率也较低,可进一步提升复合不粘涂层的耐腐蚀性,再者,由于有机树脂具有一定的粘性,上述含量的有机树脂可以有效提升制备的复合不粘涂层在基体上的附着力;若有机树脂含量偏低,则复合不粘涂层的不粘性相对较差(尤其硬质基体的材料为非准晶时),而且有机树脂相对不能很好填充硬质基体中的孔隙,如此,复合不粘涂层中的孔隙依然相对较多,进而使得复合不粘涂层的耐腐蚀性相对较差;若有机树脂的含量偏高,则在制备不粘涂层时,有机树脂和形成硬质基体的原料的混合物的流动性较差,导致复合不粘涂层的沉积率降低,而且过多的有机树脂还反而会使得不粘涂层变得更加疏松多孔,影响复合不粘涂层的使用性能,而且还会导致不粘涂层的导热性相对较差,当复合不粘涂层应用于锅具时,不利于锅具的使用。
根据本发明的实施例,为了使得有机树脂和硬质颗粒充分均匀混合,下面根据本发明的一些具体实施例详细描述一下有机树脂和硬质颗粒混合方法:
在本发明的一些实施例中,将硬质颗粒与有机树脂进行球磨混合(比如可以采用球磨机进行球磨),以便得到混合物。由此,有机树脂和硬质颗粒可以和充分混合,有效保证有机树脂均匀充分的填充在硬质颗粒形成的硬质基体的孔隙中。其中,球磨时间没有限制要求,本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。
其中,有机树脂可以为颗粒状,也可以是粉末状,若有机树脂为颗粒状时,硬质颗粒和有机树脂的粒径分别不大于100微米(比如100微米、90微米、80微米70微米、60微米、50微米、40微米、30微米、20微米或10微米),如此,以有利于有机树脂和硬质颗粒的充分均匀混合,在后续喷涂时,也有利于混合物的出粉率,提高混合物的沉积率,提高制备的复合不粘涂层在基体上的附着力,并有利于降低复合不粘涂层的孔隙率。进一步的,球磨时,可以以乙醇为球磨介质进行球磨,之后将球磨混合好的浆料进行重新造粒,制备得到适合喷涂的混合物。在一些具体实施例中,有机树脂和硬质颗粒的粒径分别为10~50微米,如此,有机树脂和硬质颗粒分散更为均匀,得到的复合不粘涂层中有机树脂更均匀的填充在硬质基体的孔隙中,进而更好的提升复合不粘涂层致密性、耐蚀性。
在本发明的另一些实施例中,将硬质颗粒加入到有机树脂混合液中浸润,之后将浸润的所述硬质颗粒干燥,得到第一复合颗粒,得到所述混合物。由此,通过浸润后,有机树脂包覆在硬质颗粒的至少一部分的表面上,如此,可以更好地保证有机树脂分散的均匀性,使得制备的复合不粘涂层中,有机树脂更充分均匀的填充硬质基体中的孔隙,进而更进一步的降低复合不粘涂层的孔隙率,提高复合不粘的耐腐蚀性和不粘性。其中,有机树脂混合液的浓度没有限定要求,本领域技术人员可以根据“基于混合物的总质量,按质量百分比计,有机树脂的含量为1wt%~50wt%”的实际情况进行灵活设计。在一些实施例中,复合颗粒包括有机树脂和被有机树脂包覆至少一部分外表面的所述硬质颗粒,即通过上述将硬质颗粒加入到有机树脂混合液的混合方法,可以使得有机树脂将硬质颗粒包覆住,进一步的提升有机树脂和硬质颗粒的均匀性分散,而且在后续喷涂制备得到的复合不粘涂层中,有机树脂依然可以均匀充分的分散在硬质基体中,即有机树脂均匀填充在硬质基体的孔隙中。
其中,复合颗粒的粒径不大于100微米(比如100微米、90微米、80微米70微米、60微米、50微米、40微米、30微米、20微米或10微米)。由此,有利于提高制备的复合不粘涂层的致密性,降低其孔隙率,进而有利于提高复合不粘涂层的耐腐蚀性和不粘性;而且,上述粒径大小的复合颗粒有利于喷涂时的出粉率,提高混合物的沉积率,提高制备的复合不粘涂层在基体上的附着力,并有利于降低复合不粘涂层的孔隙率。在一些具体实施例中,复合颗粒为10~100微米,;在一些优选实施例中,复合颗粒为15~60微米(比如15微米、25微米、35微米、45微米、55微米),如此,有机树脂和硬质颗粒分散更为均匀,得到的复合不粘涂层中有机树脂更均匀的填充在硬质基体的孔隙中,进而更好的提升复合不粘涂层致密性、耐蚀性。
在本发明的又一些实施例中,将粒径小于15微米的所述硬质颗粒加入到有机树脂混合液中浸润,之后将浸润的所述硬质颗粒干燥、造粒,得到复合颗粒,以便得到所述混合物。由此,在上述方案中,选择小粒径的硬质颗粒可以使得有机树脂可以更为均匀的包覆在硬质颗粒的至少一部分的外表面上,如此,可以更好地保证有机树脂分散的均匀性,使得制备的复合不粘涂层中,有机树脂更充分均匀的分散填充硬质基体中的孔隙,进而更进一步的降低复合不粘涂层的孔隙率,提高锅具的耐腐蚀性和不粘性。由于在上述制备混合物的方法中,有机树脂和硬质颗粒容易发生团聚,得到粒径较大的团聚颗粒,而粒径较大的团聚颗粒,不利于喷涂时的出粉,如此,在干燥后可进一步对团聚颗粒进行造粒,从而得到适于喷涂的复合颗粒,以便于喷涂步骤的顺利进行,以防复合颗粒因粒径过大而影响出粉,而且还有利于提升混合物的沉积率以及制备的复合不粘涂层在基体上的附着力。所以,上述方法制备的复合颗粒也是包括有机树脂和被有机树脂包覆至少一部分外表面的硬质颗粒,但是该复合颗粒可以是有机树脂包覆单个的硬质颗粒(即有机树脂包覆在一个硬质颗粒的至少一部分的外表面上),也可以是多个硬质颗粒和有机树脂的团聚物(即有机树脂包覆在多个硬质颗粒的至少一部分的外表面上)。
其中,造粒后的复合颗粒的粒径不大于100微米(比如100微米、90微米、80微米70微米、60微米、50微米、40微米、30微米、20微米或10微米)。由此,上述粒径大小的复合颗粒和硬质颗粒有利于提高制备的复合不粘涂层的致密性,降低其孔隙率,进而有利于提高复合不粘涂层的耐腐蚀性和不粘性;而且,上述粒径大小的复合颗粒有利于喷涂时的出粉率,提升混合物的沉积率以及制备的复合不粘涂层在基体上的附着力,并有利于降低复合不粘涂层的孔隙率。在一些具体实施例中,复合颗粒为10~100微米;在一些优选实施例中,复合颗粒为15~60微米(比如15微米、25微米、30微米、35微米、45微米、55微米),如此,有机树脂和硬质颗粒分散更为均匀,得到的复合不粘涂层中有机树脂更均匀的填充在硬质基体的孔隙中,进而更好的提升复合不粘涂层致密性、耐蚀性。
需要说明的是,在前面所述的有机树脂和硬质颗粒混合得到混合物的三种方法中,都能够增加混合物在喷涂过程中的沉积率,提高复合不粘涂层在基体上的结合力,原因在于有机树脂与硬质颗粒在喷涂过程中沉积率不同,若两者混合不均匀,容易造成有机树脂沉积在复合不粘涂层之上,会影响后续的喷涂过程中混合物在前一层上的附着。其中,形成复合颗粒的混合方法,能够进一步增加硬质颗粒和有机树脂在基体上的沉积率,且进一步能够增加各个喷涂子层之间的结合。
需要说明的是,上述“有机树脂混合液”可以是有机树脂溶液(即有机树脂溶于溶剂中),也可以是指有机树脂乳液(即有机树脂不能或不能完全溶于溶剂中),其中,对溶剂的具体种类没有限制要求,本领域技术人员根据实际需求灵活选择即可,只要不对有机树脂的结构和硬质颗粒造成不良影响即可。
S200:将混合物喷涂形成复合不粘涂层。通过喷涂,硬质颗粒在基体的表面形成硬质基体,而有机树脂分散在硬体基体中。
根据本发明的实施例,喷涂的方法选自冷喷涂、超音速喷涂或等离子喷涂。由此,上述工艺条件可以得到性能致密性好、孔隙率低、耐腐蚀性佳、厚度适宜、硬度大等性能的复合不粘涂层。下面根据本发明的一些实施例,详细描述一下不同喷涂工艺的工艺参数:
超音速喷涂可以为氧气助燃超音速喷涂(HVOF)或空气助燃超音速喷涂(HVAF),其中,HVAF的工艺条件为:预先在100℃~200℃(比如100℃、120℃、140℃、160℃、180℃或200℃)下对锅体进行预热,空气流量为60~100L/min(比如60L/min、70L/min、80L/min、90L/min、100L/min),丙烷流量为63.2~94.8L/min(比如63.2L/min、70L/min、80L/min、90L/min、94.8L/min),喷涂距离为160~240mm(比如160毫米、180毫米、200毫米、220毫米或240毫米),空气压力为0.32~0.48MPa(比如0.32MPa、0.36MPa、0.38MPa、0.4MPa、0.42MPa、0.46MPa、0.48MPa),送粉量为16~24g/min(比如16g/min、18g/min、20g/min、22g/min、24g/min);HVOF的工艺条件为:预先在100℃~200℃(比如100℃、120℃、140℃、160℃、180℃或200℃)下对锅体进行预热,煤油流量为10-30L/h(比如10L/h、15L/h、20L/h、25L/h、30L/h),氧气流量为20~60m3/h(比如20m3/h、25m3/h、30m3/h、35m3/h、40m3/h、45m3/h、50m3/h、55m3/h或60m3/h),喷涂距离为300~400mm(比如300毫米、320毫米、340毫米、360毫米、380毫米或240毫米),空气压力为0.32~0.48MPa(比如0.32MPa、0.36MPa、0.38MPa、0.4MPa、0.42MPa、0.46MPa、0.48MPa),送粉量为5~15kg/h(比如5g/min、7g/min、9g/min、11g/min、13g/min或15g/min)。上述工艺制备的复合不粘涂层具有较低的孔隙率,致密性佳,而且基体(在基体上喷涂形成复合不粘涂层,当复合不粘涂层应用于锅具时,即是在锅体上形成复合不粘涂层)与复合不粘涂层之间的结合力较佳,有效提高复合不粘涂层的耐腐蚀性能,延长复合不粘涂层的使用寿命。
冷喷涂的条件为:送粉压力为3-5MPa(比如3MPa、4.5MPa、5MPa),枪室温度为600-850℃(比如600℃、700℃、800℃或850℃),送粉转速为8-16rpm(比如8rpm、10rpm、12rpm、14rpm、16rpm)。上述工艺制备的复合不粘涂层具有较低的孔隙率,致密性佳,而且基体与复合不粘涂层之间的结合力较佳,有效提高复合不粘涂层的耐腐蚀性能,延长复合不粘涂层的使用寿命;而且,由于冷喷涂的喷涂压力(送粉压力)较大,可使得复合不粘涂层更加致密,孔隙率更低,更有利于提高复合不粘涂层的耐腐蚀性。
等离子喷涂的条件为:功率为30~40KW(比如30W、35W、40W),主气流量为50~60L/min(比如50L/min、52L/min、54L/min、56L/min、58L/min、60L/min),辅助气流量为20~30L/min(比如20L/min、22L/min、24L/min、26L/min、28L/min、30L/min),送粉量为15~20g/min(比如15g/min、16g/min、17g/min、18g/min、19g/min、20g/min)。由此,上述工艺条件可以得到性能致密性好、孔隙率低、耐腐蚀性佳、厚度适宜、硬度大等性能的复合不粘涂层。
根据本发明的实施例,在所述喷涂之后,还包括热处理的步骤,其中,所述热处理的温度为200~400℃,比如200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃、400℃,本领域技术人员可以理解,此处的热处理的温度是指的退火步骤中的保温温度。在喷涂之后,会有部分有机树脂仍处于熔融状态,通过退火可以使得有机树脂交联固化。
根据本发明的实施例,为了得到表面粗糙度较低的复合不粘涂层,可进一步包括对复合不粘涂层抛光处理的步骤,进而得到Ra小于10微米的复合不粘涂层,通过提高表面的光洁度,进一步提高复合不粘涂层的耐腐蚀性能,而且,还有助于进一步提高复合不粘涂层的不粘性,若粗糙度过大,会引发表面的毛细作用,水滴会在毛细作用下沿表面铺展开,相对降低复合不粘涂层的疏水性;进一步的,粗糙度过大,容易使调理物等沉积在间隙内,则在长时间的使用过程中,会降低准复合不粘涂层的不粘性能,影响使用效果。
根据本发明的实施例,上述制备复合不粘涂层的方法可以用于制备前面所述的复合不粘涂层,其中,对复合不粘涂层的厚度、孔隙率、准晶含量等参数的要求与前面所述复合不粘涂层的一致,在此不再一一赘述。
根据本发明的一些具体实施例,下面详细描述一下制备复合不粘涂层(以硬质颗粒为准晶颗粒为例)的方法步骤:
1、将形成准晶颗粒的原料按照预定原子个数比混合,并熔炼成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径为小于100微米的准晶颗粒,如有必要,要将粒径较大的准晶颗粒进行破碎;
4、准晶颗粒与有机树脂混合;
5、锅体内表面清洁:采用酒精、三氯乙烯或者纯水,并配合使用超声波等方式对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、喷涂:在上述锅体内表面利用超音速喷涂、冷喷涂或等离子喷涂准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在200℃~400℃下进行热处理;
8、抛光:将准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<10微米,得到锅具。
在本发明的又一方面,本发明提供了一种锅具。根据本发明的实施例,参照图2,所述锅具包括:锅体100;前面所述的复合不粘涂层200,所述复合不粘涂层200设置在所述锅体100的至少一部分的内表面上。由此,该锅具具有较佳的不粘性、耐磨性和耐腐蚀性。
需要说明的是,上述“内表面”是锅具使用时,锅体靠近食物的表面,即设置复合不粘涂层之后,复合不粘涂层直接与食物接触。
根据本发明的实施例,形成锅体的材料选自碳钢、铝合金、不锈钢、铁或陶瓷中的至少一种。由此,锅体具有足够的强度使得可在其表面形成复合不粘涂层,而且上述材料具有较好的导热性,满足锅具的使用要求。
根据本发明的实施例,在制备锅具时,为了提高复合不粘涂层与锅体之间的结合力,在喷涂之前可预先对锅体的内表面进行清洁处理,其中,清洁的具体方法没有限制要求,只要可以去除污渍、不损坏锅体即可,且保证喷涂之前锅体内表面没有锈迹。在本发明的一些实施例中,可以采用酒精、三氯乙烯或者纯水,并配合超声波对锅体表面进行清洁,之后烘干即可。在一些实施例中,烘干之后,还可进一步对锅体的内表面做打砂处理使得内表面粗化,进而有利于进一步提高复合不粘涂层与锅体之间的结合力。
在本发明的又一方面,本发明提供了一种烹饪器具。根据本发明的实施例,所述烹饪器具包括前面所述的锅具。由此,该烹饪器具具有很好的耐腐蚀性,应用地域广泛,而且在烹饪食物时,食物不会粘锅,进而提高食物的口感和美观,烹饪器具的使用寿命也较长。此外,本领域技术人员可以理解,该烹饪器具具有前面所述复合不粘涂层的所有特征和优点,在此不再一一赘述。
根据本发明的实施例,烹饪颗粒器具的具体种类没有限制要求,本领域技术人员可以根据实际需求灵活选择。在本发明的一些实施例中,烹饪器具为炒锅煎锅、炖锅和具有内胆的电饭煲或高压锅。
当然,本领域技术人员可以理解,除了前面所述的锅具,烹饪设备还包括常规烹饪设备所必备的结构或部件,以炒锅为例,除了前面所述的锅具,还包括手柄等;以电饭煲为例,除了前面所述的锅具,所述电饭煲还包括煲体、底座、蒸汽阀、锅盖、电热盘、操作界面等结构或部件。
实施例
下面以制备锅具为例,描述制备复合不粘涂层的制备方法的实施例:
实施例1
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径为10-50微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:采用机械球磨的方法将99.87wt%的准晶颗粒与0.13wt%的PFA粉末,以乙醇为球磨介质进行球磨混合24小时,将混好的浆料进行重新造粒,制备得到适合热喷涂的准晶与树脂复合混合物;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层(即复合不粘涂层,因采用的是准晶颗粒,故也可称为准晶涂层);
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行热处理;
8、抛光:将准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例2
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径为10-50微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:采用机械球磨的方法将98.5wt%的准晶颗粒与1.5wt%的PFA粉末,以乙醇为球磨介质进行球磨混合24小时,将混好的浆料进行重新造粒,制备得到适合热喷涂的准晶与树脂复合混合物;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行热处理;
8、抛光:将准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例3
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径为10-50微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:采用机械球磨的方法将95wt%的准晶颗粒与5wt%的PFA粉末,以乙醇为球磨介质进行球磨混合24小时,将混好的浆料进行重新造粒,制备得到适合热喷涂的准晶与树脂复合混合物;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行热处理;
8、抛光:将准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例4
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径为10-50微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:采用机械球磨的方法将90wt%的准晶颗粒与10wt%的PFA粉末,以乙醇为球磨介质进行球磨混合24小时,将混好的浆料进行重新造粒,制备得到适合热喷涂的准晶与树脂复合混合物;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行热处理;
8、抛光:将准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米,最终得到的准晶涂层的扫描电镜图,参照图3。
实施例5
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径为10-50微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:采用机械球磨的方法将85wt%的准晶颗粒与15wt%的PFA粉末,以乙醇为球磨介质进行球磨混合24小时,将混好的浆料进行重新造粒,制备得到适合热喷涂的准晶与树脂复合混合物;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行退火;
8、抛光:将准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例6
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径为10-50微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:采用机械球磨的方法将74wt%的准晶颗粒与26wt%的PFA粉末,以乙醇为球磨介质进行球磨混合24小时;将混好的浆料进行重新造粒,制备得到适合热喷涂的准晶与树脂复合混合物;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行退火;
8、抛光:将准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例7
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径为10-50微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:采用机械球磨的方法将70wt%的准晶颗粒与30wt%的PFA粉末,以乙醇为球磨介质进行球磨混合24小时,将混好的浆料进行重新造粒,制备得到适合热喷涂的准晶与树脂复合混合物;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行退火;
8、抛光:将准晶涂层的准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例8
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径为10-50微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:采用机械球磨的方法将50wt%的准晶颗粒与50wt%的PFA粉末,以乙醇为球磨介质进行球磨混合24小时,将混好的浆料进行重新造粒,制备得到适合热喷涂的准晶与树脂复合混合物;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行退火;
8、抛光:将准晶涂层的准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例9
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径为10-50微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:采用机械球磨的方法将40wt%的准晶颗粒与60wt%的PFA粉末,以乙醇为球磨介质进行球磨混合24小时,将混好的浆料进行重新造粒,制备得到适合热喷涂的准晶与树脂复合混合物;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行退火;
8、抛光:将准晶涂层的准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例10
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径小于15微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:准晶颗粒加入到有机树脂混合液中浸润,之后将浸润的所述准晶颗粒干燥,并再打碎造粒,得到粒径为15~60微米的复合颗粒,从而得到混合物,其中,混合物中基于有机树脂和准晶颗粒的总质量,有机树脂的含量为10wt%;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行退火;
8、抛光:将准晶涂层的准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例11
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径小于15微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:准晶颗粒加入到有机树脂混合液中浸润,之后将浸润的所述准晶颗粒干燥,并再打碎造粒,得到粒径为15~60微米的复合颗粒,从而得到所述混合物,其中,混合物中基于有机树脂和准晶颗粒的总质量,有机树脂的含量为15wt%;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行退火;
8、抛光:将准晶涂层的准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例12
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径小于15微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:准晶颗粒加入到有机树脂混合液中浸润,之后将浸润的所述准晶颗粒干燥,并再打碎造粒,得到粒径为15~60微米的复合颗粒,从而得到混合物,其中,混合物中基于有机树脂和准晶颗粒的总质量,有机树脂的含量为20wt%;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行退火;
8、抛光:将准晶涂层的准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例13
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径小于15微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:准晶颗粒加入到有机树脂混合液中浸润,之后将浸润的所述准晶颗粒干燥,并再打碎造粒,得到粒径为15~60微米的复合颗粒,从而得到混合物,其中,混合物中基于有机树脂和准晶颗粒的总质量,有机树脂的含量为25wt%;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行退火;
8、抛光:将准晶涂层的准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例14
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径小于15微米的准晶颗粒;
4、准晶颗粒与有机树脂混合:准晶颗粒加入到有机树脂混合液中浸润,之后将浸润的所述准晶颗粒干燥,并再打碎造粒,得到粒径为15~60微米的复合颗粒,从而得到混合物,其中,混合物中基于有机树脂和准晶颗粒的总质量,有机树脂的含量为30wt%;
5、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
6、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
7、退火:对步骤6中得到的准晶涂层在380℃下进行退火;
8、抛光:将准晶涂层的准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
实施例15
1、硬质颗粒与有机树脂混合:采用机械球磨的方法将96wt%的不锈钢颗粒与4wt%的PFA粉末,以乙醇为球磨介质进行球磨混合24小时,将球磨混合好的浆料进行重新造粒,制备得到适合热喷涂的不锈钢颗粒与树脂的混合物,其中不锈钢颗粒的粒径为10~50微米;
2、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
3、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到复合不粘涂层;
4、退火:对步骤3中得到的复合不粘涂层在380℃下进行退火;
5、抛光:将复合不粘涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
对比例1
1、按照Al、Cu、Fe和Cr原子数比为65:20:10:5的比例将合金原料溶成合金锭;
2、雾化制粉:在真空或者保护气氛环境下,采用制粉设备,制成准晶粉;
3、筛分:将准晶粉进行网筛,得到粒径为10-50微米的准晶颗粒;
4、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
5、超音速喷涂:喷涂前对锅体的预热温度为100-200℃,喷涂工艺参数为空气流量为88L/min,丙烷流量为79L/min,喷涂距离为200mm,空气压力为0.4MPa,送粉量为20g/min,得到准晶涂层;
6、抛光:将准晶涂层的准晶涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
对比例2
1、锅体内表面清洁:采用酒精,并配合使用超声波对锅体内表面进行清洁并烘干,要求锅体内表面在喷涂前不能有锈迹等,随后做打砂处理使锅体内表面粗化;
2、在锅体内表面静电喷涂形成PFA有机树脂层,得到不粘涂层(即不粘涂层中不含有硬质基体),并将不粘涂层抛光至表面粗糙度Ra<2微米。
对实施例1-15和对比例1-2中的锅具的复合不粘涂层进行测试,测试数据如表1所示。
表1实施例1-15和对比例1-2的测试数据
Figure BDA0002162191910000211
Figure BDA0002162191910000221
其中,复合不粘涂层中氟含量的测试是通过扫描电子显微镜(SEM)中能谱(EDS)测试元素含量;
孔隙率是通过扫描电子显微镜(SEM)测试,将倍数放大到500倍,观察并统计涂层中孔隙的占比得到的。
疏水角是通过疏水角测试仪测试得到的;
盐雾测试的方法为:将样片放入5%NaCl浓度的盐雾箱进行测试得到的;
测试平板耐磨次数的方法:将样品固定在耐磨试验机上,施加向下15N的力,采用百洁布来回移动100mm,若样品表面裸露基体则停止实验,记录耐磨次数(具体步骤参见GB/T 32095.2)。
数据分析:
根据实施例1~6的测试结果,随着有机树脂添加量的增加,在1wt%~50wt%的范围内,制备的复合不粘涂层的孔隙率呈现先减小后增加的趋势,其中,孔隙率越低越有利于耐腐蚀性能的提升,同时,制备的复合不粘涂层的中的氟含量介于0.1wt%~20wt%之间,进而提升锅具的不粘性;当有机树脂添加量过少(<1wt%)时,无法起到填充粘结复合不粘涂层内孔隙的作用,耐蚀性下降,且制备的复合不粘涂层的氟含量较低,不粘性相对较差;当有机树脂添加量过大时(>50wt%),硬质颗粒与有机树脂的混合物的流动性变差,复合不粘涂层反而变得更加疏松多孔,导致耐蚀性和疏水角均下降;通过实施例4~7与实施例10~14的对比,有机树脂与硬质颗粒的混合方法也会对复合不粘涂层的孔隙率有一定的影响,具体的:实施例4~7中的混合方法为简单的将有机树脂和硬质颗粒球磨混合,在采用喷涂制备复合不粘涂层时,有机树脂发生熔融,由于熔融的有机树脂的流动性,会有部分的有机树脂流动到复合不粘涂层的底层,从而导致有机涂层的表层的部分孔隙不能被填充,所以相对实施例10~14中的复合不粘涂层的孔隙率较高,耐腐蚀性相对较差,而实施例10~14中通过浸润,有机树脂以核壳的形式包覆在准晶颗粒的至少一部分的表面上,更有效的填充准晶晶粒之间的缝隙,因此耐蚀性更高、不粘性更好、孔隙率更低。同时机械混合(即将硬质颗粒与有机树脂球磨混合)的混合物在热喷涂过程由于硬质颗粒与有机树脂的比重不同,容易发生分流,从而导致有机树脂中氟流失较多;而浸润的方式产生核壳结构颗粒,混合物分流情况会得到改善,所以制备混合物质,含等量的有机树脂时,浸润的混合方式得到的复合不粘涂层中的氟含量相对较高,机械混合的方式得到的复合不粘涂层中氟元素含量相对较低。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (21)

1.一种复合不粘涂层,其特征在于,包括:
硬质基体和分散在所述硬质基体中的有机树脂,所述有机树脂为疏水性有机树脂。
2.根据权利要求1所述的复合不粘涂层,其特征在于,所述有机树脂填充在所述硬质基体中的至少一部分的孔隙内。
3.根据权利要求1或2所述的复合不粘涂层,其特征在于,所述有机树脂为含氟有机树脂,基于所述复合不粘涂层的总质量,按质量百分比计,氟元素的含量为0.1wt%-20wt%。
4.根据权利要求1所述的复合不粘涂层,其特征在于,所述复合不粘涂层满足以下条件至少之一:
孔隙率小于或等于10%;
厚度为30~200微米;
热导率为0.5-15W/mK;
表面粗糙度小于10微米。
5.根据权利要求1所述的复合不粘涂层,其特征在于,所述硬质基体选自金属、硬质化合物、金属合金、复合粒子和陶瓷中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的复合不粘涂层,其特征在于,所述金属合金为准晶。
7.根据权利要求6所述的复合不粘涂层,其特征在于,所述金属选自不锈钢、铬、镍、钛、金、银、铜和铸铁中的至少一种;
所述硬质化合物选自碳化钨、碳化钛、碳化铬、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化铬、氧化钙、氧化镁、碳化硼、氧化硅、氮化硅和碳化硅中的至少一种;
所述金属合金还选自铝合金、Ni-Cr合金、Ni-Cu合金、Co-Cr-W合金、Ni-Cr-Al-Y合金、Co-Cr-Al-Y合金和Fe-Cr-Al-Y合金中的至少一种;
所述复合粒子选自镍包陶瓷和镍包铝中的至少一种。
8.根据权利要求1、5或6所述的复合不粘涂层,其特征在于,所述有机树脂的接触角为100度~140度。
9.根据权利要求8所述的复合不粘涂层,其特征在于,所述有机树脂选自PFA、PTFE和PTFA中的至少一种,或PEEK与PFA、PTFE和PTFA中的至少一种的混合。
10.一种制备权利要求1~9中任一项所述的复合不粘涂层的方法,其特征在于,包括:
将硬质颗粒与疏水性的有机树脂混合,以便得到混合物;
将所述混合物喷涂形成所述复合不粘涂层。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,将所述硬质颗粒与所述有机树脂进行球磨混合,以便得到所述混合物。
12.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,将所述硬质颗粒加入到有机树脂混合液中浸润,之后将浸润的所述硬质颗粒干燥,得到复合颗粒,以便得到所述混合物。
13.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,将粒径小于15微米的所述硬质颗粒加入到有机树脂混合液中浸润,之后将浸润的所述硬质颗粒干燥、造粒,得到复合颗粒,以便得到所述混合物。
14.根据权利要求12或13所述的方法,其特征在于,所述复合颗粒包括所述有机树脂和被所述有机树脂包覆至少一部分外表面的所述硬质颗粒。
15.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述有机树脂为颗粒状有机树脂,所述硬质颗粒和所述有机树脂的粒径分别不大于100微米,优选10微米~50微米。
16.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,所述复合颗粒的粒径不大于100微米,优选10微米~100微米,更优选15微米~60微米。
17.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,所述复合颗粒的粒径不大于100微米,优选10微米~100微米,更优选15微米~60微米。
18.根据权利要求10~13中任一项所述的方法,其特征在于,在所述混合物中,基于所述硬质颗粒和所述有机树脂的总质量,按质量百分比计,所述有机树脂的含量为1wt%~50wt%。
19.根据权利要求10~13中任一项所述的方法,其特征在于,在所述喷涂之后,还包括热处理的步骤,其中,所述热处理的温度为200~400℃。
20.一种锅具,其特征在于,包括:
锅体;
权利要求1~9中任一项所述的复合不粘涂层,所述复合不粘涂层设置在所述锅体的至少一部分的内表面上。
21.一种烹饪器具,其特征在于,包括权利要求20所述的锅具。
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