CN113005386A - 一种燃气明火锅具用隔热涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃气明火锅具用隔热涂层，隔热涂层包括高温合金连接层以及耐热陶瓷层，隔热涂层的厚度为100μm‑500μm，高温合金连接层的厚度为20μm‑100μm，耐热陶瓷层的厚度为80μm‑400μm，耐热陶瓷层通过高温合金连接层涂敷在锅具的内表面和/或外表面。本发明不仅能够最大程度地避免因应力分布不均而造成的涂层脱落问题，从而大大提高涂层使用寿命，还可以提高涂层的隔热效果。相应地，本发明还提供一种燃气明火锅具用隔热涂层制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及涂层制备技术方法，具体而言，涉及一种燃气明火锅具用隔热涂层及其制备方法。
背景技术
明火烹饪是每个家庭必不可少的一项生活活动，其充分保证了人类一日三餐营养的摄入。其中锅具内表面温度又是食材明火烹饪的重中之重。虽然不同食材对烹饪温度要求不同，但是温度过高、升温速率过快均容易使得食材的化学成分发生质变，甚至产生一些致癌物。人体一旦摄入过多的这些致癌物势必对人体会造成极大的损害。因此如何控制烹饪锅具内部温度，使烹饪锅具温度不至于过高、加热速度不至于过快是锅具行业亟待解决的问题。
目前传统主流的锅具主要是由铁、钢、铝合金、铜合金、钛合金等金属材料制备而成。这些金属材料均是热的良导体，热导率非常高，而陶瓷氧化物的热导率相对而言要低很多。目前耐热陶瓷技术在航空航天等领域的高温热端部件应用非常广泛，耐热陶瓷技术在航天航空领域的服役环境条件十分的严苛复杂，其不仅要求热导率低，而且还要要求热膨胀系数的匹配性、耐烧结、耐腐蚀、抗蠕变、耐热冲击等等。对于传统烹饪锅具而言，其服役条件相对好一些，隔热、耐氧化、服役寿命是其中的关键。
传统的锅具表面一般会喷涂一层低热导率的耐热陶瓷或者耐热高温合金，以提高锅具的隔热效果或者使用寿命。然而在锅具表面单一喷涂耐热陶瓷的话，由于金属基体与耐热陶瓷的热膨胀系数差异极大而导致应力分层开裂的倾向严重，会大大减少耐热陶瓷的使用寿命。在锅具表面单一喷涂耐热高温合金的话，其虽然改善了应力差异，但高温合金毕竟是金属材料，其隔热性能相对较差。因此，获得一种热膨胀系数匹配性优良且隔热效果优异的可长寿命服役的耐热涂层就十分重要。
发明内容
基于此，为了解决在传统锅具表面喷涂单一耐热陶瓷或者耐热高温合金而无法同时提高耐热涂层隔热效果和使用寿命的问题，本发明提供了一种燃气明火锅具用隔热涂层及其制备方法，其具体技术方案如下：
一种燃气明火锅具用隔热涂层，所述隔热涂层包括高温合金连接层以及耐热陶瓷层，所述隔热涂层的厚度为100μm-500μm，所述高温合金连接层的厚度为20μm-100μm，所述耐热陶瓷层的厚度为80μm-400μm，所述耐热陶瓷层通过所述高温合金连接层涂敷在锅具的内表面和/或外表面。
上述隔热涂层充分发挥了耐热陶瓷的低热导率和高效阻热效果以及高温合金热膨胀系数的高匹配性和抗氧化效果，其不仅能够最大程度地避免因应力分布不均而造成的涂层脱落问题，从而大大提高涂层使用寿命，还可以提高涂层的隔热效果。
进一步地，所述锅具由300系列奥氏体不锈钢、铝合金或者铜合金制成。
进一步地，所述高温合金连接层由MCrAlY高温合金制成。
进一步地，所述MCrAlY高温合金中的M为Ni或者NiCo。
进一步地，所述耐热陶瓷层由化锆基陶瓷、稀土氧化物、稀土锆酸盐或六铝酸盐制成。
相应地，本发明还提供一种燃气明火锅具用隔热涂层制备方法，其包括如下步骤：
S0：预处理，用150#-2000#砂纸将锅具的内表面和/或外表面打磨，去除锅具内外表面氧化皮，避免锅具内外表面凹凸不平，然后进行浸泡和清洗，并烘干。
S1：喷砂处理，对预喷涂表面进行喷砂；
S2：烘干处理，将MCrAlY粉末和陶瓷粉末烘干；
S3：喷涂处理，依次进行MCrAlY粉末和陶瓷粉末的喷涂，以获取厚度均匀、表面光滑的燃气明火锅具用隔热涂层。
进一步地，在步骤S1中，喷砂工艺参数设定如下：喷枪空气压力为0.1MPa-0.4MPa，喷枪与预喷涂表面的距离为80mm-300mm，喷枪与预喷涂表面之间的角度为60°-75°，喷枪喷嘴直径为8mm-12mm。
进一步地，在步骤S2中，所述MCrAlY粉末和陶瓷粉末的烘干温度为900℃，所述MCrAlY粉末的粒度为30μm-60μm，所述陶瓷粉末的粒度为40μm-120μm。
进一步地，在步骤S3中，喷枪电压为30V-120V，喷枪电流为150A-1200A，主气流量为10L/min-100L/min，次气流量为0.5L/min-15L/min，送粉气流量为0L/min-15L/min，送粉速度为0g/min-100g/min，喷涂距离为30mm-200mm，喷涂速度为5mm/s-100mm/s。
锅具内表面和/或外表面都可进行喷涂，且锅具内表面或外表面的陶瓷涂层可相同也可不同，最终获得所述燃气明火锅具用隔热涂层。
进一步地，在步骤S0中，依次采用酒精、丙酮对锅具内表面和/或外表面进行清洗，烘干温度为150℃，烘干时间2min。
进一步地，在步骤S1中，喷砂磨砺直径为200目-800目。
进一步地，在步骤S3中，主气为氩气，次气为氢气。
进一步地，在步骤S3中，喷涂路径为往复直线。
通过上述燃气明火锅具用隔热涂层制备方法，能够高效地生产准备隔热涂层，其具有步骤简单和高效率的特点。
本发明所取得的有益效果为：
1.本发明通过充分发挥耐热陶瓷的低热导率和高效阻热效果以及高温合金热膨胀系数的高匹配性和抗氧化效果，其不仅能够最大程度地避免因应力分布不均而造成的涂层脱落问题，从而大大提高涂层使用寿命，还可以提高涂层的隔热效果。
2.本发明能够高效制备隔热涂层，其具有步骤简单和高效率的特点。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明实施例中一种燃气明火锅具用隔热涂层的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中锅内底部不同温度测试点的分布示意图；
图3是对比实施例一的锅内底部升温曲线图；
图4是对比实施例二的锅内底部升温曲线图；
图5是实施例一的锅内底部升温曲线图；
图6是实施例二的锅内底部升温曲线图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供一种燃气明火锅具用隔热涂层，所述隔热涂层包括高温合金连接层以及耐热陶瓷层，所述隔热涂层的厚度为100μm-500μm，所述高温合金连接层的厚度为20μm-100μm，所述耐热陶瓷层的厚度为80μm-400μm，所述耐热陶瓷层通过所述高温合金连接层涂敷在锅具的内表面和/或外表面。
上述隔热涂层充分发挥了耐热陶瓷的低热导率和高效阻热效果以及高温合金热膨胀系数的高匹配性和抗氧化效果，其不仅能够最大程度地避免因应力分布不均而造成的涂层脱落问题，从而大大提高涂层使用寿命，还可以提高涂层的隔热效果。
其中，所述锅具由300系列奥氏体不锈钢、铝合金或者铜合金制成，所述高温合金连接层由MCrAlY高温合金制成，所述MCrAlY高温合金中的M为Ni或者NiCo，所述耐热陶瓷层由化锆基陶瓷、稀土氧化物、稀土锆酸盐或六铝酸盐制成。
实施例二：
本实施例所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层制备方法，其包括如下步骤：
S0：预处理，选择材质为304不锈钢的单层锅具，锅底尺寸为直径Φ260mm*1.5mm，采用150-2000#砂纸对锅具打磨，并依次采用酒精、丙酮对打磨后的锅具进行清洗和烘干，烘干温度150℃，烘干时间2min；
S1：喷砂处理，对锅底表面进行喷砂，喷枪空气压力为0.35MPa，喷枪与预喷涂表面的距离为100mm，喷枪与预喷涂表面之间的角度为60°，喷枪喷嘴直径为12mm。
S2：烘干处理，将粒度为30μm-60μm的MCrAlY粉末以及粒度为
40μm-120μm的8YSZ陶瓷粉末烘干，烘干温度为900℃，烘干时间为10min。
S3：设定喷涂参数，喷枪电压为120V，喷枪电流为220A，主气流量为50L/min，次气流量为2L/min，送粉气流量为2L/min，送粉速度为40g/min，喷涂距离为120mm，喷涂速度为30mm/s。
S4：喷涂处理，先喷涂NiCrAlY层，厚度为60μm，再喷涂8YSZ陶瓷粉末，厚度为240μm，NiCrAlY层以及8YSZ陶瓷粉末总厚度为300μm。
S5：热循环测试，将锅具放置于燃气灶具，燃气灶具火力调至最大，加热5min后，将锅具迅速放入自来水水槽中。等锅具充分冷却后，多次重复，直到观察到涂层脱落现象停止，并记录总热循环次数H。当热循环次数H为342次时，观察到了涂层脱落现象，停止记录。
S6：隔热测试，将锅具置于燃气灶具上方，燃气灶具火力调至最大，通过热电偶测温仪测试锅内底部随时间变化的温度，每隔30s记录一次温度，记录时间为5min，得出锅具升温曲线，如图5所示。
实施例三：
本实施例所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层制备方法，其包括如下步骤：
S0：预处理，选择材质为1050铝合金的单层锅具，锅底尺寸为直径Φ180mm*1.5mm，采用150-2000#砂纸对锅具打磨，并依次采用酒精、丙酮对打磨后的锅具进行清洗和烘干，烘干温度150℃，烘干时间2min；
S1：喷砂处理，分别对锅底表面以及锅内表面进行喷砂，喷枪空气压力为0.30MPa，喷枪与预喷涂表面的距离为200mm，喷枪与预喷涂表面之间的角度为60°，喷枪喷嘴直径为10mm。
S2：烘干处理，将粒度为30μm-60μm的MCrAlY粉末以及粒度为40μm-120μm的8YSZ陶瓷粉末烘干，烘干温度为900℃，烘干时间为10min。
S3：设定喷涂参数，喷枪电压为120V，喷枪电流为220A，主气流量为50L/min，次气流量为2L/min，送粉气流量为2L/min，送粉速度为40g/min，喷涂距离为120mm，喷涂速度为30mm/s。
S4：喷涂处理，先在锅底表面喷涂NiCrAlY层，厚度为60μm，再在锅底表面喷涂8YSZ陶瓷粉末，厚度为240μm，锅底表面的NiCrAlY层以及8YSZ陶瓷粉末总厚度为300μm，然后在锅内表面喷涂NiCrAlY层，厚度为60μm，再在锅内表面喷涂8YSZ陶瓷粉末，厚度为240μm，锅内表面的NiCrAlY层以及8YSZ陶瓷粉末总厚度为300μm，最终在锅具内外表面实现双层耐热涂层效果。
S5：热循环测试，将锅具放置于燃气灶具，燃气灶具火力调至最大，加热5min后，将锅具迅速放入自来水水槽中。等锅具充分冷却后，多次重复，直到观察到涂层脱落现象停止，并记录总热循环次数H。当热循环次数H为356次时，观察到了涂层脱落现象，停止记录。
S6：隔热测试，将锅具置于燃气灶具上方，燃气灶具火力调至最大，通过热电偶测温仪测试锅内底部随时间变化的温度，每隔30s记录一次温度，记录时间为5min，得出锅具升温曲线，如图6所示。
对比实施例一：
本实施例所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层制备方法，其包括如下步骤：
S0：预处理，选择材质为304不锈钢的单层锅具，锅底尺寸为直径Φ260mm*1.5mm，采用150-2000#砂纸对锅具打磨，并依次采用酒精、丙酮对打磨后的锅具进行清洗和烘干，烘干温度150℃，烘干时间2min；
S1：喷砂处理，对锅底表面进行喷砂，喷枪空气压力为0.35MPa，喷枪与预喷涂表面的距离为100mm，喷枪与预喷涂表面之间的角度为60°，喷枪喷嘴直径为12mm。
S2：烘干处理，将粒度为30μm-60μm的MCrAlY粉末烘干，烘干温度为900℃，烘干时间为10min。
S3：设定喷涂参数，喷枪电压为120V，喷枪电流为220A，主气流量为50L/min，次气流量为2L/min，送粉气流量为2L/min，送粉速度为40g/min，喷涂距离为120mm，喷涂速度为30mm/s。
S4：喷涂处理，喷涂MCrAlY层，厚度为300μm。
S5：热循环测试，将锅具放置于燃气灶具，燃气灶具火力调至最大，加热5min后，将锅具迅速放入自来水水槽中。等锅具充分冷却后，多次重复，直到观察到涂层脱落现象停止，并记录总热循环次数H。当热循环次数H为425次时，观察到了涂层脱落现象，停止记录。
S6：隔热测试，将锅具置于燃气灶具上方，燃气灶具火力调至最大，通过热电偶测温仪测试锅内底部随时间变化的温度，每隔30s记录一次温度，记录时间为5min，得出锅具升温曲线，如图3所示。
对比实施例二：
本实施例所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层制备方法，其包括如下步骤：
S0：预处理，选择材质为304不锈钢的单层锅具，锅底尺寸为直径Φ260mm*1.5mm，采用150-2000#砂纸对锅具打磨，并依次采用酒精、丙酮对打磨后的锅具进行清洗和烘干，烘干温度150℃，烘干时间2min；
S1：喷砂处理，对锅底表面进行喷砂，喷枪空气压力为0.4MPa，喷枪与预喷涂表面的距离为100mm，喷枪与预喷涂表面之间的角度为60°，喷枪喷嘴直径为12mm。
S2：烘干处理，将粒度为40μm-120μm的8YSZ陶瓷粉末烘干，烘干温度为900℃，烘干时间为10min。
S3：设定喷涂参数，喷枪电压为80V，喷枪电流为200A，主气流量为60L/min，次气流量为2L/min，送粉气流量为2L/min，送粉速度为30g/min，喷涂距离为100mm，喷涂速度为30mm/s。
S4：喷涂处理，喷涂8YSZ陶瓷粉末，厚度为300μm。
S5：热循环测试，将锅具放置于燃气灶具，燃气灶具火力调至最大，加热5min后，将锅具迅速放入自来水水槽中。等锅具充分冷却后，多次重复，直到观察到涂层脱落现象停止，并记录总热循环次数H。当热循环次数H为122次时，观察到了涂层脱落现象，停止记录。
S6：隔热测试，将锅具置于燃气灶具上方，燃气灶具火力调至最大，通过热电偶测温仪测试锅内底部随时间变化的温度，每隔30s记录一次温度，记录时间为5min，得出锅具升温曲线，如图4所示。
在上述实施例二和三以及对比实施例一和二的隔热测试中，热电偶均通过测试锅内底部不同测试点的温度，然后取不同测试点的温度平均值为测试结果，其测试点分布如图2所示。
结合图3、4、5以及6可以明显看出，本发明解决了在传统锅具表面喷涂单一耐热陶瓷或者耐热高温合金而无法同时提高耐热涂层隔热效果和使用寿命的问题，充分发挥了耐热陶瓷的低热导率和高效阻热效果以及高温合金热膨胀系数的高匹配性和TGO层抗氧化效果，其不仅能够最大程度地避免因应力分布不均而造成的涂层脱落问题，从而大大提高涂层使用寿命，还可以提高涂层的隔热效果。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种燃气明火锅具用隔热涂层，其特征在于，所述隔热涂层包括高温合金连接层以及耐热陶瓷层，所述隔热涂层的厚度为100μm-500μm，所述高温合金连接层的厚度为20μm-100μm，所述耐热陶瓷层的厚度为80μm-400μm，所述耐热陶瓷层通过所述高温合金连接层涂敷在锅具的内表面和/或外表面。
2.如权利要求1所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层，其特征在于，所述锅具由300系列奥氏体不锈钢、铝合金或者铜合金制成。
3.如权利要求1所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层，其特征在于，所述高温合金连接层由MCrAlY高温合金制成。
4.如权利要求3所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层，其特征在于，所述MCrAlY高温合金中的M为Ni或者NiCo。
5.如权利要求1所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层，其特征在于，所述耐热陶瓷层由化锆基陶瓷、稀土氧化物、稀土锆酸盐或六铝酸盐制成。
6.一种燃气明火锅具用隔热涂层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S0：预处理，用砂纸将锅具的内表面和/或外表面打磨，然后进行浸泡和清洗，并烘干；
S1：喷砂处理，对预喷涂表面进行喷砂；
S2：烘干处理，将MCrAlY粉末和陶瓷粉末烘干；
S3：喷涂处理，依次进行MCrAlY粉末和陶瓷粉末的喷涂，以获取厚度均匀、表面光滑的燃气明火锅具用隔热涂层。
7.如权利要求6所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层制备方法，其特征在于，在步骤S1中，喷砂工艺参数设定如下：喷枪空气压力为0.1MPa-0.4MPa，喷枪与预喷涂表面的距离为80mm-300mm，喷枪与预喷涂表面之间的角度为60-75，喷枪喷嘴直径为8mm-12mm。
8.如权利要求7所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述MCrAlY粉末和陶瓷粉末的烘干温度为900℃，所述MCrAlY粉末的粒度为30μm-60μm，所述陶瓷粉末的粒度为40μm-120μm。
9.如权利要求8所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层制备方法，其特征在于，在步骤S3中，喷枪电压为30V-120V，喷枪电流为150A-1200A，主气流量为10L/min-100L/min，次气流量为0.5L/min-15L/min，送粉气流量为0L/min-15L/min，送粉速度为0g/min-100g/min，喷涂距离为30mm-200mm，喷涂速度为5mm/s-100mm/s。
10.如权利要求9所述的一种燃气明火锅具用隔热涂层制备方法，其特征在于，在步骤S3中，喷涂路径为往复直线。
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